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电力电子及电机拖动实验实训装置

一、装置配置功能
1. 实验装置:所有组件模块化设计,便于维修。
2. 实验台架:以铝合金材为主体结构,底部配置标准吊柜,采用 2 层结构,可放置挂件等。
3. 交流电源:提供三相固定 380V 交流电源,塑料专用模具设计,独立模块化;实验装置电源云监测系统:具有可关闭接入网关的设备电源;可控制启动接入网关的所有设备电源;可按设定时间工作;支持在线查询控制节点的工作状态;具有记录查询,可查看启动、关闭时间功能;设备使用数据需为可导出;具有可监测设备的报警状态等功能; 投标书提供虚拟系统控制系统画面截图,投标书需提供实验仿真图片。
4. 调压器:三相同轴联动自耦调压器(规格 1.5kVA、0~450V)三相自耦调压器。
5. 直流电源:提供 220V(不小于 1A)励磁电源,带过流保护;电枢电源,0-250V,不小于 3A ,同时显示电压、电流(自动量程,精度不低于 0.2 级)、恒流、恒压状态任意切换显示。
6. 保护、防雷、滤波功能。
7. 测量仪表
(1) 直流数字电压、毫安、安培表
电压表:0-500V,精度:不低于 0.2 级。
毫安表:0-2A,精度:不低于 0.2 级。
电流表:0-30A,不低于 0.2 级。
(2) 单三相智能功率、功率因数表
智能功率、功率因数表测量精度不低于 1.0 级,功率因数测量范围 0.3~1.0,电压电流量程为 450V 和 5A,能自动判别并显示负载性质,可存储测量数据。符合标准的工业通信协议。
(3) 智能化交流电流表至少 3 只。精度:不低于 0.5 级,量程:0-5A。
(4) 智能化交流电压表至少三只。精度:不低于 0.5 级,量程:0-500V。
(5) 工业级柜装,专用插接短接连接,具有手动、自动量程,带 4-20mA 电流输出口, 继电器报警输出口,支持工业标准通信网络接口及协议。
8. 实验模块
(1) 三相可调电抗器组件:不低于 127V/0.5A 的固定电抗器和 0~250V 的自耦调压器组成;
(2) 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源组件;
(3) 整步表及开关组件;
(4)三相芯式变压器组件 127V/ 0.4A 、 63.6V/ 0.8A 、 31.8V/ 1.6A;
(5) 三相组式变压器组件原边 220V/0.35A,副边 55V/1.4A;
(6) 三相可调电阻器组件三组 90Ω*2/1.3A 瓷盘电阻;
(7) 三相可调电阻器组件三组 900Ω*2/0.41A 瓷盘电阻;
(8) 可调电阻器、电容器组件 90Ω×2/1.2A 及 900Ω×2/0.41A 瓷盘电阻;
(9) 波形测试及开关板组件;
(10) 继电接触实验箱 3 个交流接触器、按钮及时间继电器等;
(11) 直流斩波实验组件完成六种典型实验;
(12) 给定及实验器件,提供给定(±15V 可调电压输出)、压敏电阻(作为过压保护元件,内部已连成三角形接法)、二极管,24V 电源及电感;
(13) 变压器实验组件三相芯式变压器一个(该变压器有 2 套副边绕组,原、副边绕组的电压为 127V/63.6V/31.8V);
(14) 晶闸管桥式电路挂箱:提供 12 只分成正、反桥两组的晶闸管,每只晶闸管均设有过流、过压保护装置,正、反桥晶闸管可通过外加信号进行触发(留有触发脉冲输入接口),可更好的完成设计性实验;
(15) 晶闸管触发电路挂箱:三相锯齿波移相触发电路:提供双路晶闸管的移相电路, 提供观察座,输出专用接口等,并设置有故障点进行考核排故,故障排除可以用专用导线根据原理图短接也可以输入线号来排除故障;故障说明需通过手动按钮设置或触摸屏配合 PLC 设置故障;
(16) 晶闸管触发电路实验:需提供提供单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发 电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路、TCA785 集成触发电路共五个触发电路实验;
(17) 电机调速控制实验:需提供以下模块:给定模块,可调电阻及电容,电流反馈与过流保护(FBC+FA)、给定器(G)、转速变换器(FBS)、反号器(AR)、调节器 I 和调节器 II;
(18) 线绕式异步电机启动与调速电阻箱:线绕式异步电动机转子专用电阻分 0Ω、2Ω、5Ω、15Ω;
(18) 数字化电源(整批配置 1 套):需采用嵌入式芯片设计,预留 SWD 编程调试接口且全低压供电、逆变输出设计,可进行实验操作;逆变输入直流电压 DC24V,具有硬件过电流保护及防反接保护、软件过流保护功能;采用 LCL 滤波,支持单极性双极性SPWM 逆变滤波;预留逆变输出电压反馈端口供用户使用,设计有 RS-485 通信接口便于用户调试,供货时需配套设备源代码、PCB、SCH、材料清单等。
(19) 数字化逆变器(整批配置 1 套, 单相容量不小于 0.2kVA):工业级电源变换模块,能将主机模块的电源经过变换为从机使用,让学生了解新型电源配电自动化原理, 需具有低压报警,低压关断,过压关断,过载关断,过热保护等多种功能。主控采用STM32,OLED 液晶显示尺寸不小于 45*25,可以并网与离网输出,开放核心源代码供学生研究,深入了解变频原理、并网原理等,配置一套三电平设计,DSP+ARM 架构的 10KW 应急电源资源,配套设备源代码、PCB、SCH、材料清单等。
(20) 接触电阻与压力测量装置资源包(整批配置 1 套):模块采用精密滚珠丝杆调节机构,高可靠,压力传感器、恒流源,高精度电阻表、高精度压力表,能很好的完成接触电阻测量与压力的关系等。
(21) 交直流电弧实验装置资源包(整批配置 1 套):科研型弧光保护装置,该模块采用精密滚珠丝杆调节机构,高可靠,高耐用的电极,能很好的完成直流电路、交流电力等实验。
9. 实验所需电机导轨及电机
(1) 电机导轨采用不锈钢导轨(同轴度不大于±5 丝),2048 圈光电编码器(支持400线、600 线、 1024 线、2048 线等常见编码器),与其精度相当的测速发电机及数显转速表,包括测速及固定电机的不锈钢导轨等。
(2) 校正过直流发电机:PN≥375W,UN=220,Uf=220V, 双轴伸。
(3) 直流并励电动机:,双轴伸。
(4) 三相鼠笼式异步电动机:PN≥90W 空载转 1500r/min,Y/△接法。
(5) 三相线绕式异步电动机:PN≥90W,UN=220V,空载转速 1500r/min,Y 接法。
(6) 三相同步电动机:PN≥90W,,Y 接法。
10. 配套教学资料:提供教学手册、测试线、电源线、相关配套软件。
二、可完成的实验内容
(一)电机拖动部分:
(1) 电机基础实验:1)认识实验;2)直流并励电动机实验;3)直流发电机实验;
(2) 变压器实验:1)单相变压器实验;2)三相变压器;3)三相变压器的联接组和不对称短路;4)三相三绕组变压器;
(3) 异步电机实验:1)三相鼠笼异步电动机的工作特性 2)三相异步电机变频调速;
(4) 电动机机械特性的测定:1)直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性;2) 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性;
(5) 同步电机实验:1)三相同步发电机的运行特性实验;2)三相同步发电机的并联运行实验;3)三相同步发电机参数的测定;
(二)电力电子部分:
(1) 三相半波可控整流电路实验;
(2) 三相半波有源逆变电路实验;
(3) 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验;
(4) 单相交流调压电路实验;
(5) 单相整流及有源逆变电路实验;
(6) SCR\GTO\MOSFET\GTR\IGBT 特性实验;
(7) GTO\MOSFET\GTR\IGBT 驱动与保护电路实验;
(8) 典型电力电子器件线路实验:直流斩波电路的性能研究(降压斩波电路、升压斩 波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic 斩波电路、Zeta 斩波电路六种典型线路)(MOSFET 或 IGBT);
(9) 直流电机调速实验:1)晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验 (SCR);2)晶闸管直流调速系统主要单元的调试(SCR);3)单闭环(转速单闭环、电流单闭环)不可逆直流调速系统实验(SCR);双闭环不可逆直流调速系统实验(SCR);
(10) 交流电机调速系统实验:1)双闭环三相异步电机调压调速系统实验;2)双闭环三相异步电机串极调速系统实验。
三、选配模块
(一)基于DSP 的电机控制系统
(1)实验装置
1) AC220V 电源、DC24V 电源、控制板、驱动板;直接生成 dsp 执行代码。
2) 驱动平台:需支持仿真开发平台、提供上位机测控系统、主要硬件资源包括:
①主控芯片:TMS320F28335;
②A/D 和 D/A 通道:除 DSP 本身所带的 A/D 通道外,还需额外扩展 4 路以上 12 位的 D/A 转换通道,可编程生成任意波形,输出电压范围*大为±10V;
③外扩 I/O:除 DSP 本身的 I/O 口外,可扩展多路光耦隔离输出口(6 路以上)、多路光耦隔离输入口(6 路以上);
④上位机软件:通过上位机可以实现启动、停止、频率调节、给定转速调节、PID 参数设定等功能;同时可实时观测电流、速度反馈等波形。
⑤通信接口:具备 CAN 接口,USB 接口,10M/100M 以太网接口,方便用户扩展。
⑥功率模块:采用 IPM 模块。
⑦保护功能:具有过压、过流与过热保护功能,当保护发生时立刻封锁 PWM 脉冲输出。
⑧配套视频:提供详细的教学视频,包含 CCS 软件配置、使用,投标时提供实验步骤及实验波形等。
3) 所需软件:Code Composer Studio 7.2.0、Matlab 2018b、C2000 工具包。4)实验内容
(1) 基于 MATLAB 的仿真开发环境搭建;
(2) 直流有刷电机双闭环 PWM 控制调速实验;
(3) 直流无刷电机 PWM 控制调速实验;
(4) 三相交流异步电机控制实验(FOC);
(5) 三相永磁同步电机矢量控制实验(基于 MATLAB 图形化仿真编程)
(二)PLC 控制模块
    采用 西门子S7-1200PLC主机,不少于 12 路数字量输入,8 路数字量输出,4 路模拟量输入,2 路模拟量输出;不少于 2 个 接口,所有器件端子全部引出;配置正版软件,软件具有授权序列号。成交供应商负责与现有教学大纲完成匹配。
(三)变频器模块
    采用西门子V20变频器,三相输出不小于 0.5KW,带通信接口,变频器三相 AC380V 电源输入,具有转矩控制平方 V/F 控制等。成交供应商负责与现有教学大纲完成匹配。
(四)触摸屏模块
    采用昆仑通态7 寸彩色触摸屏,分辨率不低于 800×480,带按键交互功能,集成接口。
(五)数字调速系统
1、采用嵌入式芯片设计,具有至少 2 路同步模拟量输入、模拟量输出 2 路,设置有转子位置检测输入口,直接完成针对被控对象的闭环控制,数据采集卡支持在 LabVIEW 和 MATLAB 软件下编程使用,采用专业品牌采集卡及器件,配置相关软件。上位机采用LABVIEW 开发,提供转速闭环,电流闭环、双闭环,步进电机控制,随动控制系统等多种算法软件,操作简洁。
2、数字化调速实验
(1)测量电压(2)输出电压 (3)转速测量(4)基于 PID 测试系统(5)单闭环直流调速系统实验(6)单闭环直流调速系统实验
(六)数字式电力电子实验装置
1、三相交流电源:带过流、过压、陶瓷快熔保险管保护。可通过开关切换可输出 200V 和220V 三相交流电压,给三相晶闸管整流、直流调速、变频调速、三相逆变、PWM 整流等实验提供电源。
2、直流电源:DC 220V/0.5A,带快熔保险丝保护,供直流电动机励磁绕组用。
3、过流与电流反馈:用高精度的电流互感器采集三相电流,经过三相线性精密整流电路转换为直流信号,用于过流检测和电流反馈。
4、直流电压电源:±15V/1A 为三相数字触发电路、脉冲功放电路、电压电流检测保护电路和电流反馈电路等供电电源。
1) 转速计:采用低纹波系数编码器,6 位数字转速计,精度不低于 0.5 级。
2) 负载、可调励磁电源实时采集控制板
3) 指针式直流表指针式交流表
4) 触发电路及主回路(一)
5) 二极管及平波电抗器
6) 三相组式变压器:每只变压器原边 220V 0.4A,副边 110V 0.8A,供三相晶闸管有源逆变电路和串级调速用。
7) 直流斩波电路
8) 单端正激、反激变换器
9) 半桥、全桥变换器
10) 三相变频、逆变主电路
11) 三相逆变滤波电路
12) 三相 PWM 整流主电路
13)三相 PWM 整流滤波电路
四、参考设备图片

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