一 、概述

  “電機電力電子及運動控制實驗裝置”綜合了目前我國高等院校“電機學”、“電機與拖動”、“控制微電機”、“電機控制”、“工廠電氣控制”“電力電子技術”“電力拖動自動控制系統”等課程實驗大綱的要求。特別適用于高等院校現有的電機、電氣技術實驗設備的更新改造，同時也為中等專業學校、職業技術學院等新建或擴建實驗室，迅速開設實驗課提供了理想的實驗設備，為教師或研究生開發新實驗或進行科學研究工作提供良好的實驗條件。

二、特點

1、綜合性強 本裝置綜合了目前國內各類院校電機及電氣類課程的全部實驗項目。

2、適應性強 能滿足各類學校相應課程的實驗教學，實驗的深度與廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學的進程作有機地結合。裝置采用組件式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、整套性強 從儀器儀表、專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線等均配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實驗的需要進行配置。

4、直觀性強 各實驗掛件采用分隔結構形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務明確，操作、維護方便。

5、科學性強 裝置占地面積少，節約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經特殊設計，可模擬中小型電機的特性和參數；小電機耗電省，節約能源；實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；電氣控制實驗，內容豐富，設計合理，除了加深理論知識外，還為學生走向社會打下良好的基礎；測量儀表采用指針式（帶超量程告警等）、數字式、智能化及人機對話等相結合，密切結合教學實驗需要進行配置，使裝置測量手段現代化；設有定時器兼報警記錄儀，為學生實驗技能的考核提供一個統一的標準。

6、開放性強 控制屏供電隔離（浮地設計），并設有內、外電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監示及短路保護等功能，使用方便；各測量儀表均有保護功能。整套裝置經過精心設計，加上可靠的元器件質量及可靠工藝作為保障，產品性能優良，所有這些均為開放性實驗創造了條件，有利于提高學生分析問題和解決問題的能力。

三、技術性能

1、輸入電源：三相四線(或三相五線) ～380V±10% 50Hz

2、工作環境：溫度-10℃～+40℃  相對濕度＜85%(25℃)  海拔＜4000m

3、裝置容量：＜1.5KVA

4、重 量： 480Kg

5、外形尺寸：187×700×160cm3

四、實驗項目

（一）電力電子技術實驗

1、 電力電子技術實驗項目（晶閘管電路）

(1) 單結晶體管觸發電路

(2) 正弦波同步移相觸發電路實驗

(3) 鋸齒波同步移相觸發電路實驗

(4) 西門子TCA785集成觸發電路實驗

(5) 單相半波可控整流電路實驗

(6) 單相橋式半控整流電路實驗

(7) 單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

(8) 三相半波可控整流電路及有源逆變電路實驗

(9) 三相橋式半控整流電路實驗

(10) 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

(11) 單相交流調壓電路實驗

(12) 三相交流調壓電路實驗

2、 電力電子技術實驗項目（電力電子器件特性及驅動保護）

(13) 單向晶閘管(SCR)特性實驗

(14) 功率場效應管(MOSFET)特性實驗

(15) 電力晶體管(GTR)特性實驗

(16) 絕緣雙極型晶體管(IGBT)特性實驗

(17) 功率場效應管(MOSFET)驅動與保護電路實驗

(18) 絕緣雙極型晶體管(IGBT)驅動與保護電路實驗

3、 電力電子技術實驗項目（電力電子器件的典型線路實驗）

（1）單相正弦波脈寬調制（SPWM）逆變電路實驗

（2）直流斬波電路的性能研究

（降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波的電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路）

（3）全橋DC/DC變換電路（IGBT）　

4、 電力拖動自動控制實驗

(1)晶閘管直流調速系統主要單元的調試(SCR)

(2)開環晶閘管直流調速系統實驗

(3)單閉環(電壓單閉環、轉速單閉環、電流單閉環)不可逆直流調速系統實驗(SCR)

（4）電流轉速雙閉環控制晶閘管不可逆直流調速系統實驗 

（5 電流轉速雙閉環控制可逆直流脈寬調速系統(H橋、IGBT)

（6）三相異步電動機調壓調速系統實驗

（二）電機與拖動基礎實驗

1、 變壓器實驗 

 (1) 單相變壓器  

 (2) 三相變壓器   

 (3) 三相變壓器的聯接組和不對稱短路

 (4) 三相三繞組變壓器 

 (5) 單相變壓器的并聯運行  

 (6) 三相變壓器的并聯運行

2、 直流電機實驗 

(1) 直流電機認識實驗  

(2) 直流發電機  

(3) 直流并勵電動機的啟動與調速實驗

3、 異步電機實驗

(1) 三相鼠籠異步電動機的工作特性  

(2）三相異步電動機的起動與調速

5、電動機機械特性的測定 

(1) 直流他勵電動機在各種運轉狀態下的機械特性  

(2) 三相異步電動機在各種運行狀態下的機械特性

(3) 三相異步電機M-S曲線的測繪

五、裝置的配置

1、DQ01電源控制屏(鐵質噴塑結構，鋁質面板)

(1) 交流電源

提供三相0～450V可調交流電源，同時可得到單相0～250V可調電源(配有一臺三相同軸聯動自耦調壓器（規格1.5KVA、0～450V），克服了三只單相調壓器采用鏈條結構或齒輪結構組成的許多缺點)。可調交流電源輸出處設有過流保護技術，相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，克服了調換保險絲帶來的麻煩。配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關指示三相電網電壓和三相調壓電壓。

提供三相同步變壓器1只，電壓380V//3*15V。

(2) 高壓直流電源兩路

提供220V(0.5A)勵磁電源及0～250V(3A)連續可調穩壓電樞電源(內部具有過壓、過流保護功能)各一組，并設有直流數顯電壓表及切換開關。

(3) 人身安全保護體系    

設有三相隔離變壓器一組(三相電源經鑰匙開關、接觸器后，到隔離變壓器，再經三相調壓器輸出)，使輸出與電網隔離，對人身安全起到一定的保護作用；設有電流型漏電保護器，控制屏若有漏電現象，漏電流超過一定值，即切斷電源。強電連接線及插座，采用全封閉結構，使用安全、可靠、防觸電。設有電壓型漏電保護器，實驗中若有漏電現象，發出報警功能，切斷電源。強電連接線及插座，采用全封閉結構，使用安全、可靠、防觸電。

(4) 控制屏正面大凹槽內，設有兩根圓鋼管，可掛儀表及實驗部件。凹槽底部設有多個小圓形單相三芯220V電源插座，供儀表等部件供電用。控制屏兩側設有三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。設有實驗臺照明用的220V、40W日光燈一盞。
（5）教學軟件

1、用電安全與觸電急救仿真教學軟件

軟件采用二維與三維結合的虛擬畫面，教導學生用電的安全和急救方法，軟件內設有單相觸電、兩相觸電、跨步觸電、低壓觸電急救、高壓觸電急救、人工呼吸救護法、牽手呼吸救護法、胸外心臟按壓就護法等原理講解與教學，單相觸電分維修帶電斷線、維修插座觸電、室外觸電等原理演示。低壓觸電和高壓觸電教學主要為學生講解演示如何解救處于低壓觸電或者高壓觸電時的人，人工呼吸救護法、牽手呼吸救護法、胸外心臟按壓就護法采用采用3D虛擬仿真技術展示，經過渲染和潤色，使模型看起來與真實部件一般無二，畫面逼真。通過實訓能夠對學生進行實訓室安全用電教育，提高學生的安全意識，使學生學會一些自救的方法，讓學生在遇到危險時能采取一定的安全措施，保護自己，以及熟悉各種電氣事故產生的原因和處理電氣事故的實用操作措施，減少電氣事故的發生。

2、維修電工電子電機與職業資格培訓考評仿真軟件

本軟件為apk的格式，可在PC端使用，也可在移動端使用，本軟件即可手動設置故障也能自動設置故障，本軟件通過電路圖中綠色的框選擇手動設置故障點（最多可以設置39個故障點），也可以通過系統自動進行隨機1個故障點設置，隨機兩個故障點設置，隨機三個故障點設置，隨機四個故障點設置，隨機五個故障點設置，本軟件內有工具箱，元件庫，放大鏡，電路圖等功能，可通過工具箱可選擇萬用表進行檢測，通過元件庫選擇合適的元件，通過放大鏡可以清楚的了解各個元器件及電路。本軟件通過電動機星三角啟動控制電路故障的設置，并經過種種排查，讓學生了解電動機星三角啟動控制電路的工作原理及電路結構。

3、虛擬頻譜儀、邏輯分析儀、示波器、三用表仿真軟件：

本軟件為apk的格式，可在PC端使用，也可在移動端使用，本軟件的功能有：電阻的測量、交流電壓的測量（測量變壓器，若變壓器測量燒壞多用表時，冒黑煙提示并可以重置多用表）、晶體管的極性判斷、直流電壓測量（通電流表檔時燈光亮）、直流電流的測量、以及電容好壞的判斷。本軟件可任意拖動紅色與黑色筆頭，2個筆頭拖拽至被測物體上定位時顯示紅圈，如未定位準確無紅圈顯示，并在進行錯誤操作的時（如所選量程錯誤、所測數據錯誤等等），儀表指針將無反應、提示錯誤重新測量等，本多用表可選擇交流電壓檔，直流電壓檔，電阻檔，電流檔，電阻調0，并且可放大顯示數據，可清楚觀看所測數據大小。學生可以通過本軟件學習多用表的正確使用方法。

4、單片機、plc可編程設計與控制虛擬仿真軟件：

本軟件基于unity3d開發，內置實驗步驟、實驗指導書、電路圖、組件列表、連接線路、接通電源、電路圖、場景重置、返回等按鈕，在連線及代碼正確后，可以通過啟動/停止、正向運動、反向運動按鈕操作三維機床模型運動，在連接線路狀態下，三維機床模型可進行放大/縮小、平移。

1.繼電器控制：閱讀實驗指導書，并進入實驗，通過識讀電路圖，選擇組件列表中的繼電器、熱繼電器、開關等元器件以拖拽的形式布局至電器柜中，限位器置于三維機床模型上，可選擇蓋蓋子，部分元器件名稱可重命名，然后點擊連接線路按鈕，將端子對端子進行連線，將機床電路連接成功后，選擇接通電源，進行操作，若組件或線路連接錯誤將彈出提示錯誤框，可隨時進行場景重置。

2.PLC控制：實驗同繼電器控制，增加PLC控制功能，在連線完成后，通過PLC編碼按鈕，進入程序編寫界面，編寫正向與反向2條程序，共有12個梯形圖符號，編寫完成后，選擇提交進行程序驗證。驗證成功后，接通電源進行操作，組件、線路連接、代碼錯誤將彈出提示錯誤框，可隨時進行場景重置。

3.單片機控制：實驗同繼電器控制，增加單片機控制功能，在連線完成后，通過C編碼按鈕進入編程界面，輸入正確的C語言代碼，提交驗證成功后，接通電源進行操作，組件、線路連接、代碼錯誤將彈出提示錯誤框，可隨時進行場景重置。

2、DQ02實驗桌

    實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，形狀似長方體封閉式結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜、柜門，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗桌還設有四個萬向輪和四個固定調節機構，便于移動和固定，有利于實驗室的布局。

3、DQ03-1電機導軌、測速系統及智能數顯轉速表

包括測速發電機及固定電機的導軌等。導軌平整度好，無應力變形，加工精細，同心度好，互換性好，能保證電機與電機、電機與測功機之間很好的連接，電機運行噪聲小，實驗參數典型，能較好滿足實驗要求。

4、DQ05三相組式變壓器（三只相同的單相變壓器組成，原邊220V/0.35A，副邊55V/1.4A）

5、DQ07直流復勵發電機（Un=DC200V ， IN=0.5A ，  PN=100W ， n=1600RPM ，絕緣等級E ）

6、DQ09直流并（他）勵電動機（Un=DC220V ， IN=1.1A ，  PN=185W ， n=1500RPM ，絕緣等級E ）

7、DQ10三相鼠籠式異步電動機（ AC3800V/220V，接法 Y/Δ，轉速 1420 RPM，功率100W ,電流0.5A，絕緣等級E）

8、DQ11三相線繞式異步電動機（AC220V，接法 Y，轉速 1380 RPM，功率120W ,電流0.6A，絕緣等級E）

9、GDQ12線繞式異步電機起動與調速電阻箱

提供0、2、5、15三相繞線異步電動機轉子起動、調速電阻一組。

10、DQ19校正直流測功機（220V、2.2A、 355W、1500r/min）

即可作電動機又可作測功機，做電動機使用時，可作為發電機的原動機，也可用于拖動電動機完成四象限測試；作測功機使用時，由于電機經特殊設計，容量是被測電機的2～3倍，并經精密儀器校正，能很好的完成被測電機的加載輸出轉矩的測試。

11、DQ22直流數字電壓、毫安、安培表(三只)

    直流數顯電壓表一只，采用ICL公司高性能AD轉換器配以高速MPU單元設計爾成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍0-300V。手動量程為：2V、20V、300V。測量精度為0.5級。具有數據存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。

    直流數顯毫安表一只，采用ICL公司高性能AD轉換器配以高速MPU單元設計爾成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。具有自動與手動量程，測量范圍：0-2000mA。手動量程為：20mA、200mA、2000mA。測量精度為0.5級。具有數據存儲與查詢功能。具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。 

    直流數顯電流表一只，測量范圍0～5A，三位半數顯，精度為0.5級，具有超量程報警、指示及切斷總電源等功能。

12、DQ25單三相智能型功率、功率因數表

    由24位專用DSP、16位高精度AD轉換器和高速MPU單元設計爾成，通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。軟件上采用RTOS設計思路，同時配有PC監控軟件來加強分析能力。能同時測量兩路單相功率P1、P2，三相功率等于兩路功率之和（兩表法測量三相總功率）。功率測量精度為1.0級，功率因數測量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動判別負載性質（感性顯示“L”，容性顯示“C”，純電阻不顯示），并可存儲測量數據，供隨時查閱。

13、DQ26三相可調電阻器(三組90Ω×2/1.3A瓷盤電阻)

14、DQ27三相可調電阻器(三組900Ω×2/0.41A瓷盤電阻)

15、DQ29可調電阻器、電容器

    提供90Ω×2/1.3A及900Ω×2/0.41A瓷盤電阻各一組，35μF/450V、4μF/450V電力電容各1只。

16、DQ31波形測試及開關板

    由變壓器波形測試部分和兩個三刀雙擲開關、一個雙刀雙擲開關組成。

17、DQ44數/模交流電流表

由三只數字交流電流表和一只指針式精密交流電流組成。 測量范圍0～5A，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，四位數碼顯示。指針式精密交流電流表一只，采用帶鏡面、雙刻度線（紅、黑）表頭（不同的量程讀取相應的刻度線），測量范圍0～5A，分0.3A、1A、3A、5A四檔，精度1.0級，直鍵開關切換，設有超量程指示，告警等功能。

18、DQ45數/模交流電壓表

由三只數字交流電壓表和一只指針式精密交流電流組成。 測量范圍0～450V，量程自動判斷、自動切換，精度0.5級，四位數碼顯示。指針式精密交流電壓表一只，采用帶鏡面、雙刻度線（紅、黑）表頭（不同的量程讀取相應的刻度線），測量范圍0～500V，分10V、30V、100V、300V，500V五檔，精度1.0級，直鍵開關切換，設有超量程指示、告警等功能。

19、DK03晶閘管主電路

  提供6只5A/1000V的晶閘管，6只5A/1000V的二極管，每只晶閘管均設有保護裝置，晶閘管可通過外加信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗；設有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V，精度1.0級帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級各一只和平波電抗器一組。  

20、DK04三相晶閘管觸發電路

   提供三相晶閘管觸發電路、功放電路等，與“DK03”配套使用，留有波形測試孔。

21、DK05 單相晶閘管觸發電路

提供單結晶體管觸發電路、正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路、單相交流調壓觸發電路及西門子TCA785觸發電路共五種觸發電路。  

22、DK06電機調速控制實驗（Ⅰ）

提供以下模塊：給定（帶數顯）、調節器I、轉速變換（FBS）、調節器II、反號器（AR）、電流變換（FBC）。其中調節器I和調節器II的比例增益由電位器調節。

23、DK07直流斬波實驗

    根據西安交通大學王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術》(第四版)中相關的直流斬波內容而設計的；提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的PWM控制集成電路SG3525。可完成教材中降壓斬波電路（Buck Chopper）、升壓斬波電路（Boost Chopper）、升降壓斬波電路（Boost -Buck Chopper）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種典型實驗。

24、DK08給定及實驗器件

    提供給定（±15V可調電壓輸出）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）、二極管、BCR等。

25、DK10可調電阻器，電容器

提供耐壓AC100V的可調電容三組，調節范圍為0.1～11.37uF，0～999KΩ十進制可調電阻兩組。

26、DK12變壓器實驗

    提供三相芯式變壓器一個（該變壓器有2套副邊繞組，原、副邊繞組的電壓為127V/63.6V/31.8V），用于異步電機串級調速實驗和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗；還設有三相不控整流電路等模塊。

27、DK13功率器件驅動電路實驗（一）

    主要是為完成新器件特性實驗提供驅動和保護電路，使學生了解電力電子新器件的驅動特性。主要包括電源、驅動電路、PWM波形發生器。

（1）電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。

（2）驅動電路：包括MOSFET、IGBT的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用了專用芯片EXB841。

（3）PWM波形發生器：由SG3525為核心的PWM波形發生器主要為新器件驅動電路提供PWM驅動波形；可以通過頻率調節旋鈕進行頻率調節；通過占空比電位器來調節PWM波的占空比 頻率調節范圍4KHz～10KHz。

28、DK14單相交直交變頻原理

根據普通高等教育“九五”國家級重點教材，王兆安、黃俊主編的《電力電子技術》(第四版)的相關內容進行開發，用于展示交直交變頻原理，主要讓學生了解SPWM正弦波脈寬調制信號的形成方法，了解IGBT管專用集成驅動芯片的特點及其使用。能完成如下實驗項目：1、SPWM波形成的過程；2、交直交變頻電路在不同負載時的工作情況和波形，并研究工作頻率對電路工作波形的影響；3、IGBT管專用集成驅動芯片的工作特性。

29、DK17雙閉環H橋DC/DC變換直流調速系統

提供了DC/DC變換電路實驗的主電路和控制電路，采用LEM傳感器作為電流檢測，電力電子器件為IGBT，控制電路采用PWM控制集成電路SG3525，掛箱面板上還提供了所需的觀測孔。可完成的實驗項目有：

(1)全橋DC/DC變換電路實驗；

(2)雙閉環可逆直流脈寬調速實驗。

30、實訓連接線及配件

結構手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發絲般細的多股線，達到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優點，插頭采用實芯銅質件外套鈹輕銅彈片，接觸優良。

七 設備配置清單