DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置实验指导书V3.4版

1第一章DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介1-1控制屏介绍及操作说明一、特点(1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程所开设的主要实验项目。(2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。(3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。(4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。(5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实有效保护操作者的人身安全，为开放性的实验室创造了前提条件。(6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。(7)实验线路选择紧跟教材的变化，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。图1-1DJDK-1电力电子技术及电机控制实验装置外形图2二、技术参数(1)输入电压三相四线制380V±10%50±1Hz(2)工作环境环境温度范围为-5～40℃，相对湿度≤75%，海拔≤1000m(3)装置容量：≤1.5kVA(4)电机输出功率:≤200W(5)外形尺寸：长×宽×高=1870㎜×730㎜×1600㎜1-2DJK01电源控制屏电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用；在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W日光灯。图1-2主控制屏面板图1、三相电网电压指示三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。2、定时器兼报警记录仪平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书）3、电源控制部分它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出。34、三相主电路输出三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调速电源选择开关”控制，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相电源输出附近装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器可测定主电源输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。5、励磁电源在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”侧，则励磁电源输出为220V的直流电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护，由于励磁电源的容量有限，仅为直流电机提供励磁电流，不能作为大容量的直流电源使用。6、面板仪表面板下部设置有±300V数字式直流电压表和±5A数字式直流电流表，精度为0.5级，能为可逆调速系统提供电压及电流指示；面板上部设置有500V真有效值交流电压表和5A真有效值交流电流表，精度为0.5级，供交流调速系统实验时使用。1-3各挂件功能介绍以挂件的编号次序分别介绍其使用方法，并简单说明其工作原理和单元电路原理图。一、DJK02挂件（三相变流桥路）该挂件装有12只晶闸管、直流电压和电流表等，其面板如图1-3所示。图1-3DJK02面板图41、三相同步信号输出端同步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有/Y接法的三相同步变压器，和主电源输出保持同相，其输出相电压幅度为15V左右，供三相晶闸管触发电路(如DJK02-1等挂件)使用，从而产生移相触发脉冲；只要将本挂件的12芯插头与屏相连接，则输出相位一一对应的三相同步电压信号；信号接口的详细引脚情况详见附录相关内容。2、正、反桥脉冲输入端从三相晶闸管触发电路(如DJK02-1等挂件)来的正、反桥触发脉冲分别通过输入接口，加到相应的晶闸管电路上；信号接口的详细情况详见附录相关内容。3、正、反桥钮子开关从正、反桥脉冲输入端来的触发脉冲信号通过“正、反桥钮子开关”接至相应晶闸管的门极和阴极；面板上共设有十二个钮子开关，分为正、反桥两组，分别控制对应的晶闸管的触发脉冲；开关打到“通”侧，触发脉冲接到晶闸管的门极和阴极；开关打到“断”侧，触发脉冲被切断；通过关闭某几个钮子开关可以模拟晶闸管主电路失去触发脉冲的故障情况。4、正、反桥主电路正桥主电路和反桥主电路分别由六只5A/1000V晶闸管组成；其中由VT1～VT6组成三相正桥元件（一般不可逆、可逆系统的正桥使用正桥元件）；由VT1ˊ～VT6ˊ组成三相反桥元件（可逆系统的反桥以及需单个或几个晶闸管的实验可使用反桥元件）；所有这些晶闸管元件均配置有阻容吸收及快速熔断丝保护，此外正桥主电路还设有压敏电阻，其内部已经接成三角形接法，起过压吸收。注意：如果在DZSZ-1型上使用时，调节整流桥输入的相电压值不可超过200V，否则会造成整流桥处的压敏电阻损坏。5、电抗器实验主回路中所使用的平波电抗器装在电源控制屏内，其各引出端通过12芯的插座连接到DJK02面板的中间位置，有3档电感量可供选择，分别为lOOmH、2O0mH、700mH（各档在1A电流下能保持线性），可根据实验需要选择合适的电感值。电抗器回路中串有3A熔丝保护，熔丝座装在控制屏内的电抗器旁。6、直流电压表及直流电流表面板上装有300V的带镜面直流电压表、2A的带镜面直流电流表，均为中零式，精度为1.0级，为可逆调速系统提供电压及电流指示。二、DJK02-1挂件(三相晶闸管触发电路)该挂件装有三相晶闸管触发电路和正反桥功放电路等，面板图如图1-4所示。1、移相控制电压Uct输入及偏移电压Ub观测及调节Uct及Ub用于控制触发电路的移相角；在一般的情况下，我们首先将Uct接地，调节Ub，从而确定触发脉冲的初始位置；当初始触发角固定后，在以后的调节中只调节Uct的电压，这样能确保移相角始终不会大于初始位置，防止实验失败；如在逆变实验中初始移相角α=150o定下后，无论调节Uct，都能保证β30O，防止在实验过程中出现逆变颠覆的情况。2、触发脉冲指示在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，当开关拨到左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；当开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄脉冲。5图1-4DJK02-1面板图3．三相同步信号输入端通过专用的十芯扁平线将DJK02上的“三相同步信号输出端”与DJK02-1“三相同步信号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同步信号；同步信号也可以从其他地方提供，但要注意同步信号的幅度和相序问题；信号接口的详细情况详见附录相关内容。4、锯齿波斜率调节与观测孔由外接的三相同步信号经KC04集成触发电路，产生三路锯齿波信号，调节相应的斜率调节电位器，可改变相应的锯齿波斜率，三路锯齿波斜率在调节后应保证基本相同，使六路脉冲间隔基本保持一致，才能使主电路输出的整流波形整齐划一。5、控制电路其触发线路原理如图1-5所示。在由原KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60°的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。在面板上设有三相同步信号观测孔、两路触发脉冲观测孔。VT1～VT6为单脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)；VT1’～VT6’为双脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)。三相同步电压信号从三路KC04的“8”脚输入，在其“4”脚相应形成线性增加的锯齿波，移相控制电压Uct和偏移电压Ub经叠加后，从“9”脚输入。当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066（电子开关），使得每个KC04从“1、15”脚输出相位相差180°的单窄脉冲(可在上面的VT1～VT6脉冲观测孔观测到)，窄脉冲经KC41（六路双脉冲形成器）后，得到六路双窄脉冲(可在下面的VT1’～VT6’脉冲观测孔观测到)。将钮子开关拨到宽脉冲侧时，通过控制4066，使得KC04的“1、15”脚输出宽脉冲，同时将KC41的控制端“7”脚接高电平，使KC41停止工作，宽脉冲则通过4066的“3、9”两脚直接输出。4069为反相器，它将部分控制信号反相，用以控制4066；KC42为调制信号发生器，对窄脉冲和宽脉冲进行高频调制。具体有关KC04、KC41、KC42的内部电路原理图，请查阅附录中的相关内容。6图1-5触发电路原理图76、正、反桥功放电路正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图1-6所示；由晶闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。Ulf即为DJKO2面板上的Ulf,该点接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将Ulf改为Ulr。7、正桥控制端Ulf及反桥控制端Ulr这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路最终输出；当端子悬空表示功放不工作；Ulf端子控制正桥功放，Ulr端子控制反桥功放。8、正、反桥脉冲输出端经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端”与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应的触发脉冲；接口的详细情况详见附录相关内容。图1-6功放电路原理图8三、DJK03-1挂件（晶闸管触发电路）晶闸管装置的正常工作与其触发电路的正确、可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按主电路的要求来设计，为了能可靠触发晶闸管应满足以下几点要求:(1)触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并保留足够的裕量。(2)为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲的相位应能在一定的范围内连续可调。(3)触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发。(4)触发脉冲的波形要符合一定的要求。多数晶闸管电路要求触发脉冲的前沿要陡，以实现精确的导通控制。对于电感性负载，由于电感的存在，其回路中的电流不能突变，所以要求其触发脉冲要有一定的宽度，以确保主回路的电流在没有上升到晶闸管擎住电流之前，其门极与阴极始终有触发脉冲存在，保证电路可靠工作。DJK03-1挂件是晶闸管触发电路专用实验挂箱，面板如图1-7所示。其中有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I和II，单相交流调压触发电路以及西门子T