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SBDD-2型現代電力電子技術實驗平臺

一、概述

現代電力電子技術實驗平臺，是依據西安交通大學王兆安編著的《電力電子技術》（第五版）、《半導體變流技術》教材實驗大綱的要求，吸收國內、外同類產品的優點，充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，精心研制而成。

(此圖片僅作為結構參考，具體實物要根據配置而定）

二、適用范圍

現代電力電子技術實驗裝置涵蓋了各類院校所開設的"電力電子技術"、"半導體變流技術"等專業課程所要求的實驗項目。

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℃）海撥＜4000m

3、裝置容量：＜1000W

4、外形尺寸：1650×700×1580 mm

四、裝置的基本裝備

1、DX01電源控制屏（鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板）

（1）交流電源（帶有過流保護措施）

提供交流電源：

①三相交流電源220V/3A, 經過380V//220V 隔離變壓器輸出。

②提供三相同步變壓器一組，輸出電壓AC380V//3*15V。

（2）高壓直流電源：輸出220V/0.5A，具有輸出短路保護。

（3）數字式儀表

①交流數字電壓表：可通過其下方的波段開關切換指示三相電網輸入線電壓，精度1.0級；

②智能真有效值交流數字電壓表一只：測量范圍0-1000V,設置1V/10V/100V/1000V四量程，六位數碼顯示測量值。儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化，上位機通訊功能，通過按鍵能夠對儀表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調零、濾波級數設置、通信地址設置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩定，容易更換和升級維護。　　

③智能真有效值交流數字電流表一只：測量范圍：0-5A, 設置10mA/500mA/5A三檔量程，六位數碼顯示測量值。儀表采用現代化技術，數碼中文顯示，具備智能化、數字化，上位機通訊功能，通過按鍵能夠對儀表進行設置操作,量程手動、自動切換模式、校準、調零、濾波級數設置、通信地址設置、超量程自動報警提示及保護等功能。硬件部分整體性強，集成度高，采用表貼工藝制作，工業塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩定，容易更換和升級維護。

④直流數字電壓表一只：測量范圍0～500V，三位半數顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級；

⑤直流數字電流表一只：測量范圍0～5A，三位半數顯，精度0.5級，具有短路保護等功能。 （4）帶鏡面的指針表：直流電壓表（測量范圍0～±300V，為中零式，精度為1.0級）直流電流表（測量范圍0～±2A，為中零式，精度為1.0級）

（5）三相可調電阻（90Ω×2/0.41A一個 、900Ω×2/0.41A兩個）

（6）平波電抗器：提供100mH、200mH、700mH電感，在1A下保持線性。

（7）給定：±15V可調電壓輸出，帶數顯，指示輸出電壓。

（8）單相調壓：提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調交流電源，并帶短路保護。

（9）三相整流濾波電路：可對單相及三相交流電源進行整流和濾波，具有輸出短路保護。

（10）變壓器：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），用于三相橋式、單相橋式有源逆變電路實驗。

（11）人身安全保護體系

① 提供三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護器，然后經鑰匙開關、接觸器到隔離變壓器，使主電路輸出與電網隔離（浮地設計），對人身安全起到一定的保護作用。

② 提供電壓型漏電保護裝置1套：控制屏若有漏電現象，漏電壓超過一定值，即切斷電源。

③ 提供電流型漏電保護裝置1套：控制屏若有漏電現象，漏電流超過一定值，即切斷電源。

④ 實驗連接線及插座：強、弱電連接及插座分開，不能混插。強電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。

（12）控制屏其它設施 控制屏正面大凹槽內，設有兩根鋼管，可掛置實驗部件，凹槽底部設3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。控制屏兩側設有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座。

★（13）實驗室智慧用電安全控制系統

智能電源管理系統具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統可離線獨立運行。

1）智能終端：智能電源管理系統以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監測數值。能監控實驗室電源的故障類型和故障次數；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！設備時間管理包含年月日時間的顯示。可設備相應過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定等7大保護功能數值。

2）手機APP：用電狀態界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等。用戶可進行遠程在線報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。

3）PC端軟件：每個設備狀態信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶定位跟蹤與信息統計；具有管理員信息修改與權限管理等功能。可一鍵開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！用電數據界面能智能查找近2年用電數據，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。

2、DX02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，形狀似長方體結構，造形美觀大方；設有兩個大抽屜，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、DX03 三相可控整流電路（一）

提供6只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設有RC吸收和保險絲保護裝置，晶閘管可通過外加觸發信號進行觸發（留有觸發脈沖輸入接口），可更好的完成設計性實驗。 三相觸發電路由KC04、KC41、KC42、4066等集成電路組成，可通過鈕子開關選擇雙窄脈沖或寬脈沖，同時提供六路觸發脈沖功放電路等。

4、DK05晶閘管觸發電路：提供單結晶體管觸發電路實驗、單相交流調壓觸發電路，鋸齒波同步移相觸發電路實驗，正弦波觸發電路及TCA785集成觸發電路。

5、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》(第五版)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。

6、DK13功率器件驅動與保護電路：主要是為完成新器件特性實驗提供電源、驅動電路及PWM波形發生器。

（1）電源：為驅動電路提供電源，包括±5V、±15V和+20V直流電源。

（2）驅動電路：包括 MOSFET和IGBT的驅動電路。其中IGBT的驅動電路采用專用芯片EXB841，其它的由運放、門電路及分立元件組成。

（3）PWM波形發生器：以SG3525為核心的PWM波形發生器主要是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。頻率范圍分為2擋，通過鈕子開關切換，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍4KHz～10KHz；低頻檔是為GTR和GTO驅動電路提供PWM波形，頻率調節范圍400Hz～1KHz；占空比可從0%調至100%。

7、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（電阻，電感）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。

8、DK17全橋DC/DC變換電路

通過對四個橋臂上IGBT管的觸發控制，來實現全橋DC-DC變換電路實驗，主要由兩大部分組成，即主回路部分、控制電路部分。主回路由直流電源、四種IGBT管組成；控制回路部分由專用芯片SG3525產生PWM脈沖波，PWM脈沖發生器產生的四路控制脈沖，分別驅動四個橋臂的IGBT管，設有LEM電流傳感器，可對電流進行保護，帶有告警和復位功能。

9、DX17實驗元器件：提供晶閘管（均設有RC吸收和保險絲保護）、壓敏電阻（作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法）二極管及燈座、RC吸收電路。

10、實驗連接線：根據不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗聯接線，強電部分采用高可靠護套結構手槍插連接線（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，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結構聯接線，兩種導線都只能配合相應內孔的插座，這樣大大提高了實驗的安全及合理性。

★11、透明型電力電子應用創新實訓模塊：(全室配1套，便于學生對電力電子器件及電路的直觀認識）

電力電子應用創新實訓模塊底盒使用190mm×145mm，124mm×145mm兩種開模有機透明封閉塑料底盒，模塊面板采用藍色印制電路板PCB工藝，可以直觀看到器件的實物及相關的原理圖。對于高壓電路安裝在面板背面，或者通過雙圈接線柱引出接口，透過透明底盒能夠看到器件實物，方便感性認識。

包含三相同步信號電路單元模塊、TC787AP三相集成脈沖觸發電路模塊（設有單雙脈沖切換開關，封鎖及輸出開關，移相電位器等）、六路功率三極管BU406及灌封脈沖變壓器隔離的脈沖輸出電路，PWM脈沖發生器及四路功率橋功率輸出電路、二極管整流電路、四路IGBT功率橋電路及LEM電流傳感器檢測電路、三相晶閘管整流電路、基于DSP的三相異步電機IPM逆變調速模塊電路（矢量控制）、變頻調速按鍵與LED顯示電路模塊，交流電壓檢測儀表、交流電流檢測儀表、直流電壓和電流檢測儀表等。

本套件可完成單相半波不控整流電路實訓，單相全橋不控整流電路實訓，三相晶閘管觸發電路實訓，三相半波整流電路實訓，三相半控橋式整流電路實訓，三相橋式整流電路實訓，三相交流調壓電路實訓，DC/DC 全橋IGBT整流電路實訓，直流電機H橋IGBT可逆調速電路實訓，交流電機矢量變頻調速電路實訓等。

★12、智慧課堂教學互動系統（全室共配1套，用于教師與學生對波形的更深入研究）

（該系統采用一體化設計，要求所有功能集中在一塊核心控制器上，不接受采用多種模塊拼裝，確保使用人員的人身安全及設備安全的性能指標）

功能要求如下：

1）示波器功能：雙通道12位100MSPS實時采樣模擬輸入通道，輸入范圍±25V，可通過x10探頭擴展到±250V，帶寬50MHz；可配置為雙通道100MSPS示波器。

5）信號源功能：雙通道函數信號發生器/信號源，可輸出正弦、方波、三角波和任意波形，最高支持頻率25MHz，頻率步進1Hz，波形幅度范圍1mVpp - 10 Vpp，調節步進1mV。

6）頻譜圖儀功能，DC-20MHz，可選帶寬和窗函數、平均模式。

7）電源功能：提供一組正負可調輸出，輸出電壓±3V至±15V，調節步進50mV，輸出電流700mA，提供輸出限流調節和輸出電流監測功能；一組固定±5V輸出，輸出電流700mA/100mA；一組固定3.3V輸出，輸出電流600mA；所有電源均帶有短路保護功能。

8）波特圖分析儀功能，頻率范圍為1Hz至20MHz。

9）數字萬用表功能，6000讀數，3 5/6位，提供交直流電壓（0.1mV-36V（安全電壓））、交直流電流（0.1uA-10A）、電阻（0.1Ω-40MΩ）、電容（10pF-4000uF）測量。

10）邏輯分析儀功能，獨立16通道，最高采樣率100MSPS，支持單次、連續和實時采樣模式。

11）靜態輸入（與邏輯分析儀復用）功能，16通道，可配置為帶譯碼的4位數碼管，或16路LED。

12）脈沖信號發生器功能，獨立16通道，最高刷新率10MSPS，可輸出自定義的脈沖序列。

13）靜態輸出（與脈沖信號發生器復用）功能，可輸出時鐘、正負脈沖、單次邊沿、電平開關等時序。

★ 13、配套教學數字資源（共1套）

★ A、在線教育課程開放平臺（具有軟件著作權，配1個登錄帳號）:

1）本系統是互通教學多元化管理平臺，將用戶傳統的各個平臺系統實施整合，集中互通管理，解決多平臺、多賬號難以管理、數據庫分散無法集中統計等問題。系統包含了：在線教務管理系統、在線課程資源管理平臺、在線習題庫平臺、在線考試考核平臺、線上視頻課程管理平臺及線上虛擬仿真教學管理平臺，真正意義的一站互通數據集中統計！

2）課程資源：多個微課視頻實拍采集教學視頻素材，后期影視包裝，片頭10秒左右，片尾5秒左右，視頻尺寸不低于1920*1080，視頻格式MP4、FLV等；多個虛擬仿真內容采用unity引擎開發，在pc端win系統上運行（win7、win8、win10，注不包含win xp）軟件。

3）為了教學的統一性要求在線教育平臺與實訓裝置是同一個生產商！

4）部分微課內容舉例：

★B、配套輔助教學軟件資源（網絡版，提供正版軟件，提供50個接點）

（1）電機與變壓器仿真教學軟件（正版3D軟件，有軟件著作權，便于升級）

電機與變壓器仿真教學軟件包括功率電機、控制電機、信號電機和變壓器4個實驗單元，不少于18個典型的實驗項目，每個實驗項目下設有外形結構、工作原理、拆裝過程、故障檢測、常見應用、考考你等數目不等實驗任務。

本軟件既可支持教師的課堂演示教學，亦可支持學生進行課前預習，重點支持學生在理論課后進行的自主仿真實驗，并可在此基礎上實現技能考核。

（2）電力拖動仿真教學軟件（正版3D軟件，有軟件著作權，便于升級）

內容包括三相異步機單向轉動控制等30個實驗項目，涵蓋維修電工初級、中級、高級主要實驗項目，每個項目又根據需要設有實驗目的、實驗器件、實驗電路、電路原理、器件布局、元件檢查、通電運行、通電運行、故障排除等多種訓練任務。軟件以技能為核心，項目為引領、任務為驅動，職場環境為背景，操作步驟為主線，學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業性、情境性、過程性、交互性于一身，性價比極高。為職業教育與技能實驗、鑒定信息化、現代化提供了不可或缺的豐富資源。

（3）電工作業培訓仿真教學軟件（ 包含用電安全與觸電急救）（正版3D軟件，有軟件著作權，便于升級）

該軟件需采用二維與三維結合的虛擬畫面，教導學生電工基礎知識和用電的安全及急救方法。應包含電工初步知識（電工基礎、電工儀表使用、導線安全連接、安全用電工具、安全用電標志），觸電急救（觸電的方式、安全防護措施、接地與接零保護、人工呼吸，心肺復蘇等急救方法），風險排除（滅火器類型、滅火器的使用），電工電子基本操作（包括低壓電器、電機與變電器、照明電路、電子技術）等4大模塊，不少于15個實驗單元，72個實驗項目。軟件以技能為核心，操作步驟為主線，以學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業性、情境性、過程性、交互性和靈活性于一身，性價比極高。為職業教育與技能實驗、鑒定信息化、現代化提供了豐富的教學資源。

五、本裝置能開設的實驗項目

（一）晶閘管觸發電路實驗項目

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）單相集成鋸齒波觸發電路實驗（由 Tca785 組成）

5）三相集成鋸齒波觸發電路實驗

（二）晶閘管線路實驗項目

1）單相半波可控整流電路實驗

2）單相橋式半控整流電路實驗

3）單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

4）三相半波可控整流電路實驗

5）三相橋式半控整流電路實驗

6）三相半波有源逆變電路實驗

7）三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

8）單相交流調壓電路實驗

9）三相交流調壓電路實驗

（三）電力電子器件特性及驅動保護實驗項目

1）單向晶閘管（ SCR ）特性實驗

2）功率場效應管（MOSFET）特性實驗

3）絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗

4）功率場效應管（MOSFET）驅動與保護電路實驗

5）絕緣雙極性晶體管（IGBT）驅動與保護電路實驗

（四）典型新器件線路實驗

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）DC/DC變換電路

（五）透明創新電力電子實驗項目

本套件可完成單相半波不控整流電路實訓，單相全橋不控整流電路實訓，三相晶閘管觸發電路實訓，三相半波整流電路實訓，三相半控橋式整流電路實訓，三相橋式整流電路實訓，三相交流調壓電路實訓，DC/DC 全橋IGBT整流電路實訓，直流電機H橋IGBT可逆調速電路實訓，交流電機矢量變頻調速電路實訓等。

六、實驗測量儀表組件及掛箱明細表：