一、概 述

    “THMDK-1型大功率电力电子技术及电机控制实验装置”是根据高等院校统编教材《电力电子技术》（第四版）（西安交通大学王兆安编著）、《电力拖动自动控制系统》（第三版）（上海大学陈伯时编著）及《交直流调速系统》等课程实验大纲要求，针对部分高校对大功率变流技术及中小型交直流电机调速实验设备的需求而研制。适用于高等院校原有的电力电子、电机控制技术实验设备的更新改造，为中等专业学校、职业技术学院等实验室新建或扩建、迅速开设实验课提供了理想的实验设备，同时为教师及研究生开发新实验或进行科学研究工作提供良好的实验条件。

二、特 点

1. 综合性  本装置综合了目前国内各类院校电力电子、半导体变流、交直流调速、电机控制、控制理论等实验项目。
2. 适应性  能满足各类学校相应课程的实验教学，深度和广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机的结合，装置采用积木式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可，永不淘汰。
3. 配套性  从专用电源、电机及其它实验部件到实验连接导线配套齐全，配套部件的性能、规格等均密切结合实验的需要进行配套。
4. 直观性  各实验挂件采用分隔结构形式，组件面板示意、图线分明，各挂件任务明确，操作、维护方便。
5. 科学性  装置占地面积少，节约实验用房，减少基建投资；配套的电机均经过测试，保证了实验的准确性和统一性；实验内容丰富，设计合理，除了加深理论知识外还可结合实际开设计性实验。
6. 开放性  控制屏设有电压型漏电保护和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监视及短路保护等功能，各测量仪表均有可靠的保护功能，使用安全可靠；控制屏还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验的考核提供一个统一的标准。由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优良，所有这些均为开放性实验室，创造了条件。
7. 先进性  本装置着重从新器件高度来考虑，在保留了晶闸管实验的基础上，加入了新器件的特性、新器件的驱动与保护等大量现代电力电子技术实验，让学生对新器件有足够的认识和了解，紧跟时代步伐。同时不断的适应教材的新变化，及时将新的技术在实验中得到体现，如计算机控制的数字调速系统等等。

三、技术性能

1. 输入电源：三相四线～380V±10% 50Hz
2. 工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3. 装置容量：＜9kVA
4. 重    量：750kg
5. 外形尺寸：172cm×73cm×170cm

四、实验装置的基本配置及功能

• MDK01电源控制屏 (铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板)
• 数模双显交直流电压电流表（整体表）

• 数模双显直流电压表一只（整体表）：精度0.5级，电压表测量范围为0～±500V，通过琴键手动换档，量程2V、20V、200V、500V；三位半数字显示，具有超量程告警、指示及切断总电源功能。

    数显表：四位数码管显示，读数准确；

    指针表：镜面指针表显示，中零结构，反应灵敏。

• 数模双显直流电流表一只（整体表）：精度1级，电流表测量范围为0～20A，通过琴键手动换档，量程2A、5A、20A，具有超量程报警、指示及切断总电源等功能。

    数显表：四位数码管显示，读数准确；

    指针表：镜面指针表显示，中零结构，反应灵敏。

• 数模双显真有效值交流电压表一只（整体表）：精度0.5级，测量范围0～500V，通过琴键手动换档，量程2V、20V、200V、500V，具有超量程告警、指示及切断总电源等功能；能对交流信号（20Hz～20kHz）进行真有效值测量。

     数显表：四位数码管显示，读数准确；

    指针表：镜面指针表显示，反应灵敏。

• 数模双显真有效值交流电流表一只（整体表）：精度0.5级，测量范围0～20A，通过琴键手动换档，量程2A、5A、20A，具有超量程告警、指示及切断总电源等功能；能对交流信号（20Hz～20kHz）进行真有效值测量。

    数显表：四位数码管显示，读数准确；

    指针表：镜面指针表显示，反应灵敏。

2. 交流电源

    提供三相0～450V可调交流电源，同时可得到单相0～250V可调的交流电源，配有一台三相同轴联动自耦调压器（规格9kVA、0～450V）。可调交流电源输出具有过流、短路保护装置，当相间、线间过电流及直接短路均能起到保护。控制屏的供电由启停按钮进行控制，同时具有漏电声光告警、过压保护、相序指示、缺相指示功能；配有电网电压指示表，通过切换开关，可指示输入的三相电网电压。

3. 直流电源

    220V/3A直流励磁电源，带短路保护功能。

4. 定时器兼报警记录仪：采用蓝屏液晶显示器，中文菜单显示，直观、清晰；通过键控单元完成时间设定、定时报警设定、解除设置等操作、具有切断电源及记录各种告警次数等功能。
5. 三相缺相指示、相序检测及过压指示

    当输入设备的三相电源电压缺少任何一路或者两路，控制屏面板上相应指示灯亮；当三相电源正常时自动检测输入电源的相序关系，当电网电压值大于255V时自动发出告警信号。

6. 数字转速表：可显示0～±3000r/min，采用日本欧姆龙1024光电编码盘测速，直接数字显示电机的转速，同时输出模拟量电压信号，供速度反馈使用。
7. 三相变压器：提供三相芯式变压器一个，用于三相桥式有源逆变电路实验。
8. 整流模块：可连接成三相不可控整流电路用来产生直流电源。
9. 电抗器：分为50mH、100mH两段感抗值，作为逻辑无环流实验的平波电抗器使用。
10. 开关模块：可作为一般实验的控制开关，同时可作为设计性实验的开关控制。
11. 单相可调电阻负载：供新器件特性、触发电路、整流电路等实验的可调电阻负载。
12. 三相绕线式异步电动机转子电阻模块
13. 可调电阻、电容模块：提供耐压AC63V的可调电容，调节范围0.47～11.47µF，0～999kΩ十进制可调电阻，供电流调节器及速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。
14. 控制屏其它设施

    控制屏正面大凹槽内，设有两要不锈钢钢管，可挂置实验部件，凹槽底部设有12芯、3芯等插座，挂件的供电由这些插座提供。控制屏两边设有单相三极220V电源插座，还设有实验台照明用的40W日光灯一盏。

15. 人身安全保护体系

• 电压型漏电保护器：实验过程中的接线等出现的漏电现象进行保护，发出声光报警信号并切断电源，确保人身安全。
• 电流型漏电保护装置：控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。
• 实验连接线及插座：强、弱电连接及插座分开，不能混插。强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。

• 各功能挂件

      1.    MDK11大功率晶闸管主电路（一）

    提供6只20A/1000V的晶闸管，输出电压上正下负，每只晶闸管均设有过流、过压保护装置，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。

2. MDK11-1大功率晶闸管主电路（二）

    提供6只20A/1000V的晶闸管，输出电压上负下正，每只晶闸管均设有过流、过压保护装置，可通过外加信号进行触发(留有触发脉冲输入接口)，在逻辑无环流可逆直流调整实验中作为晶闸管反桥来使用，与MDK11等组件配合使用可完成大功率逻辑无环流可逆直流调速等实验。

3. MDK12三相晶闸管触发电路

    提供三相触发电路、功放电路等，与“MDK11”配套使用。

4. MDK13晶闸管触发电路实验

    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。

5. DJK04电机调速控制实验1

    提供以下模块：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)、电压隔离器(TVD)、调节器I和调节器II。其中调节器I和调节器II的反馈电阻、电容均从控制屏上接，实验时可以灵活改变系统的参数，观测不同的参数对系统稳定性及相应时间等影响；也可让学生从调速系统的各种参数(如电机的机电时间常数等)出发对调节器的放大倍数及积分时间的参数分别设计，完成设计性实验。

6. DJK04-1电机调速控制实验2

    提供以下模块：转矩极性签别(DPT)、零电平检测（DPZ）及逻辑控制器（DLC），与MDK04配合使用完成逻辑无环流可逆直流调速系统实验项目。

7. DJK04-2数字调速控制接口

    该挂件完成计算机控制系统与模拟调速系统的接口转换，调速系统中电压、电流和转速信号经过隔离和保护单元，通过配套的数据采集卡将反馈信号采集到计算机控制系统中，在本公司提供的上位机软件中完成数字PI算法，输出控制信号到模拟调速系统，构成整个数字晶闸管调整系统。利用该挂件可以完成直流电机的单闭环、双闭环、逻辑无环流和三闭环错位选触无环流的晶闸管数字调速。也可完成三相异步电机的数字调压调速和串级调速。

    上位机软件采用VC软件编制，具有虚拟示波器的功能，能对电动机启动波形进行分析、处理和打印同时上位机软件可以对电机电流、电压和转速当前值时进行实时显示，调节器中的PI参数均可以任意设置，完成调节系统在不同参数模式下的运动状态的研究。

    配套的数据采集卡最高采样速率为100kS/s，数字量输入/输出各16路、模拟量输入16路、模拟量输出1路，该数据采集卡直接支持在LabVIEW和MATLAB软件下编程使用，供学校完成毕业或者课程设计使用。

8. MDK14给定及实验器件

    提供给定(±15V可调电压输出)、整流二极管、续流二极管。

9. MDK20新器件特性实验

    提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR电力电子器件，与MDK14等配套使用，可测定其特性曲线；与MDK21配套使用，可完成电力电子新器件的驱动特性实验。

10. MDK21功率器件驱动电路实验箱

    主要是为完成新器件特性实验提供驱动和保护电路，使学生了解电力电子新器件的驱动特性。主要包括电源、驱动电路、PWM波形发生器。

11. DJK15控制理论实验

    提供稳压电源、交/直流数字电压表、低频函数信号发生器、六位数显频率计、阶跃信号发生器及典型的控制环节（比例环节、惯性环节、积分环节、超前滞后校正环节，还可组成微分、延迟等各种电路）等。

12. DJK16控制理论实验

    提供稳压电源、阶跃信号发生器、典型的控制环节（比例环节、惯性环节、积分环节、超前滞后校正环节，还可以组成微分、延迟等各种电路）及自由布线区（以便自由组合实验线路进行实验）。

13. MDK22单相交流调功电路

    采用专用KC08晶闸管过零集成触发电路，针对教学的特殊性设计了数字周波数控制模块，以200ms(10个周波数)为一周期，操作“增加”或者“减少”按钮，可方便设置在每个周期中导通的周波个数，设定范围从0～10个。配合主电路设计，生动形象地展示了交流调功的特性。

14. MDK03三相绕线式异步电动机-直流发电机-编码器机机组

    Y380V，1.5kW三相绕线式异步电动机与230V/1.9kW直流发电机（负载）及1024光电编码器同轴安装，电机接线端子直接引出至面板，实验接线方便。

15. MDK04直流电动机-直流发电机-编码器机机组

    220V/2.2kW直流电动机与230V/1.9kW直流发电机（负载）及1024光电编码器同轴安装，电机接线端子直接引出至面板，实验接线方便。

16. MDK05实验连接线（高可靠带护套手枪插实验导线）

    采用高可靠护套结构手枪插连接导线（接触良好，安全可靠），里面采用无氧铜抽丝而成头发丝般细的多股线，达到超软目的，外包丁晴聚氯乙烯绝缘层，具有柔软、耐压高、强度大、防硬化、韧性好等优点，插头采用实芯铜质件，外有柔软橡胶层保护，接触可靠。

五、实验项目

（一）电力电子实验项目

1. 单结晶体管触发电路
2. 正弦波同步移相触发电路实验
3. 锯齿波同步移相触发电路实验
4. 西门子TCA785集成触发电路实验
5. KC08单相过零触发电路实验
6. 单相半波可控整流电路实验
7. 单相桥式半控整流电路实验
8. 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验
9. 三相半波可控整流电路实验
10. 三相桥式半控整流电路实验
11. 三相半波有源逆变电路实验
12. 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
13. 单相交流调压电路实验
14. 单相交流调功电路实验
15. 三相交流调压电路实验
16. 单向晶闸管（SCR）特性实验
17. 可关断晶闸管（GTO）特性实验
18. 功率场效应管（MOSFET）特性实验
19. 电力晶体管（GTR）特性实验
20. 绝缘双极型晶体管（IGBT）特性
21. 可关断晶闸管（GTO）驱动与保护电路实验
22. 功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验
23. 电力晶体管（GTR）驱动与保护电路实验
24. 绝缘双极型晶体管（IGBT）驱动保护电路实验

（二）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
2. 晶闸管直流调速系统主要单元的调试（SCR）
3. 电压单闭环不可逆直流调速系统实验（SCR）
4. 转速单闭环不可逆直流调速系统实验（SCR）
5. 带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统（SCR）
6. 双闭环不可逆直流调速系统实验（SCR）
7. 逻辑无环流可逆直流调速系统实验（SCR）

（三）交流电机调速系统实验

1. 双闭环三相异步电动机调压调速系统实验（SCR）
2. 双闭环三相异步电机串极调速系统实验（SCR）

（四）计算机控制的电机调速系统实验

1. 数字控制晶闸管电压单闭环直流调速系统实验（SCR）
2. 数字控制晶闸管转速单闭环直流调速系统实验（SCR）
3. 数字控制晶闸管带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统（SCR）
4. 数字控制晶闸管双闭环不可逆直流调速系统实验（SCR）
5. 数字控制晶闸管逻辑无环流可逆直流调速系统实验（SCR）
6. 数字控制晶闸管双闭环三相异步电机调压调速系统实验（SCR）
7. 数字控制双闭环三相异步电机串极调系统实验（SCR）
    

（五）控制理论实验项目

1. 控制系统典型环节的模拟
2. 一阶系统的时域响应及参数测定
3. 二阶系统的瞬态响应分析
4. 三阶系统的瞬态响应及稳定性分析
5. PID控制系统的动态校正
6. 控制系统的动态校正
7. 典型环节频率特性的测试
8. 线性系统频率特性的测试
9. 信号的采样与恢复
10. 典型的非线性环节
11. 非线性系统的相平面分析