電力電子技術教學實驗臺

一、基本要求

1 、需將目前新的的電力電子應用在實踐教學中，使學生在學校掌握新的的電氣傳動應用技術；

2 、通過這個平臺，學生可完成課程實驗、畢業設計、綜合實驗、創新性實驗、研究性實驗，達到培養高水平技術人才的目標；

3 、需融合傳統和現代的電力電子技術等實驗要求，滿足電力電子技術課程教學要求。

二、實驗內容要求（投標商需提供設備的詳細配置清單）

1 、電力電子技術（晶閘管部分）

1 ）鋸齒波同步移相觸發電路實驗；

2 ）單相橋式半控整流電路實驗；

3 ）單相橋式全控整流電路實驗；

4 ）單相橋式有源逆變電路實驗；

5 ）三相半波可控整流電路的研究；

6 ）晶閘管三相半波有源逆變電路的研究；

7 ）三相橋式半控整流電路實驗；

8 ）三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗；

9 ）單相交流調壓電路實驗；

10 ）三相交流調壓電路實驗；

2 、電力電子器件實驗（全控型器件特性部分）

1 ）功率場效應晶體管 (MOSFET) 的主要參數測量；

2 ）功率場效應晶體管 (MOSFET) 的驅動電路研究；

3 ）絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 特性及其驅動電路的研究；

4 ）電力晶體管（ GTR ）驅動電路的研究；

5 ）電力晶體管（ GTR ）的特性研究。；

3 、電力電子技術（全控型器件典型線路部分）

1 ）直流斬波電路（ Buck 、 Cuk 、 Boost 、 Sepic 、 Buck-Boost 、 Zeta 等六種電路）的性能研究；

2 ）單相交直交變頻電路的性能研究；

3 ）全橋 DC/DC 變換電路實驗；

4 、研究型電力電子技術實驗

基于 Matlab 開發的研究型數字電力電子技術實驗：

1 ）單端正激開關電源實驗；

2 ）單端反激開關電源實驗；

3 ）單相 Boost 型 APFC 有源功率因數校正實驗；

5 、基于 XPC 模式的數字電力電子系統實驗

1 ）直流斬波實驗（ Buck 變換器）；

2 ）直流斬波實驗（ Boost 變換器）；

3 ）直流斬波實驗（ Buck-Boost 變換器）；

4 ）半橋電源變換器；

5 ）全橋電源變換器；

三、技術條件要求

1 、輸入電源：三相四線（或三相五線）～ 380V ± 10% 50Hz ，整機功率 1.5kW 左右；

2 、安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準；

3 、實驗裝置尺寸： 1.8mX0.75mX1.6m 左右。

四、技術性能要求

1 、設備安全要求： 要求提供完善的人身安全和設備安全保護功能，請投標商在投標書中詳細描述；

2 、設備結構要求

設備由控制屏、實驗桌、實驗模塊和實驗導線等組成。控制屏固定了各種測量儀表及實驗電源，并能同時容納多個實驗模塊。實驗模塊采用掛箱結構形式，便于實驗功能的更換和擴展。請在投標書中提供設備整機圖片；

3 、設備配置的實驗電源要求

1 ）單、三相交流電源：通過開關切換分別輸出三相 200V 和 230V 交流電源，給直流調速和交流調速提供輸入電源，帶過流和短路保護；

2 ） 220V/0.5A 直流勵磁電源：供直流電動機和直流發電機勵磁繞組；

3 ）低壓直流穩壓電源：要求提供± 15V/1A 直流穩壓電源。

4 、設備配置的測量儀表要求

要求提供該指針式測量儀表；

直流電壓表：要求測量精度為 1 級，測量范圍為± 300V 的指針電壓表；

直流電流表：要求測量精度為 1 級，測量范圍為± 2A 的指針電流表；

交流電壓表：要求測量精度為 1 級，測量范圍為 300V 的指針電壓表；

交流電流表：要求測量精度為 1 級，測量范圍為 1A 的指針電流表；

5 、研究型電力電子技術組件（整個實驗室配 1 套，用于創新和綜合設計應用）

1 ）要求通過 labview 作為人機界面開發環境直接通過 labview 下的虛擬控制界面實現電壓電流參數的實時采集以及對執行機構的實時控制，不需要另行配置示波器等檢測儀器；

2 ）要求能夠通過 matlab 軟件或匯編語言進行算法修改（二次開發功能），通過直接打開 Simulink 庫搭建控制的各種實驗算法，直接在 matlab 軟件內點擊編譯后，即可看到用來下載 DSP 程序的 CCS 集成開發軟件會自動打開，并且 MATLAB 編譯生成的匯編語言會自動鏈接到自動打開的 CCS 軟件中去，現場可以通過 matlab 的命令窗口和 CCS 的程序窗口看到上述的動態交互式程序下載過程，最后 CCS 將 MATLAB 中 Simulink 庫編譯生成的匯編語言實時下載到 DSP 中去，并能夠通過 CCS 編程環境實現在線實時監控運行，要求可完成以下電力電子線路實驗： 1. 單端正激開關電源實驗 2. 單端反激開關電源實驗 3.APFC 有源功率因數校正實驗。提供 DSP 下載器一套。

6 、常規實驗裝置掛件要求

1 ） 提供平波電抗器和 RC 濾波電路一套；

2 ）提供± 15V 給定（帶監視儀表）以及量程為 0-2A 的直流電流表一只；

3 ）提供三相觸發電路及主回路一套；

4 ）三相觸發電路：采用數字集成電路，要求可模擬三相整流電路丟脈沖或逆變電路顛覆的故障現象；

主回路：提供 12 只可孔硅， 6 只二極管；

5 ）直流斬波電路模塊

要求提供兩種獨立的升降壓電路，同時提供六種斬波電路（ Buck 、 Cuk 、 Boost 、 Sepic 、 Buck-Boost 、 Zeta ）的器件供學生自行設計電路，每種斬波電路需獨立引出觀察孔；

6 ）電力電子線路模塊

提供單相交直流變頻電路，控制回路采用 SPWM 波形；

7 ）直流脈寬調速模塊

提供直流脈寬調速系統，內含 H 橋主回路（采用 IGBT 構建），控制回路采用基于 SG3525 集成芯片設計的 PWM 發生器；

8 ）驅動器件模塊

提供 GTR 、 MOSFEF 、 IGBT 等電力電子器件一套，每個器件提供獨立應的驅動電路，留有波形觀察孔，具備短路、 du/dt 、 di/dt 等保護。

7 、數字電力電子技術要求說明 （提供實物圖片，整個實驗室配 1 套，用于創新和綜合設計應用）：

7.1 軟件系統功能要求

(1) 學生通過自行編程設計，利用 MATLAB/Simulink 按照理論框圖搭建搭建自己的控制算法進行快速原型化設計，然后借助本實驗裝置完成硬件在回路仿真，達到快速原型化設計的目的。在該模式下只需要安照理論框圖或控制流程，通過簡單直觀的 Simulink 框圖搭建操作就可構造出復雜的控制算法，達到實時在線實時控制的效果，便于進行教學或科研等工作；

(2) 要求采用主機—目標機的“雙機”模式 ，主機用于運行 MATLAB 和 Simulink ，而目標機則用于執行 RTW 和 C 編譯器生成的可執行代碼。利用 xPC Target 能把 Simulnk 模型和物理系統連接起來并且在任何 PC 硬件上實時運行；

(3) 要求提供基于 XPC Target 下的 Matlab Simulink 模塊庫，模塊庫包含有脈寬調制 (XPC PWMs) 模塊 ，模擬量輸入 (AD) 模塊，模擬量輸出 (DA) 模塊，定時器 (Timer) 模塊，正交編碼電路（ QEP ）模塊 , 捕獲（ CAP ）模塊 , 異步中斷請求模塊 , 數字量輸入 / 輸出模塊等各種功能模塊；

(4) 能夠實現在程序運行的過程中監測、跟蹤和記錄信號數據，用信號記錄可獲得程序執行期間的數據，將采集到的信號上傳到主機用于顯示、分析；

(5) 能夠實現示波器定義和控制 , 可以用于主機或目標機來監測和獲取信號數據。同一個示波器上可顯示多條曲線，還可以同時定義多個示波器；

7.2 基于 XPC 模式的數字電力電子系統硬件參數要求說明。

1) 提供實時采集控制板組件系統，技術參數要求： 6 路模擬量輸入：輸入電壓 0-5V 、 0-10V 、 0- ± 10V 可選； 6 路獨立 AD 轉換，轉換速率 300KHz ； 2 路模擬量輸出：輸出電壓 0-10V 、 0- ± 10V 可選； 2 路獨立 DA 轉換，轉換速率 1MHz ； 8 路 PWM 輸出： TTL 電平；最高調制頻率 50KHz ；占空比最小時間調節 5ns ； 6 路開關量輸入信號： TTL 電平；

6 路開關量輸出信號： TTL 電平； 1 個位置檢測接口：可用于無刷電機、開關磁阻電機位置檢測信號的輸入；

1 個光電編碼器接口：可用于異步電機、交流伺服電機等光電編碼器信號的輸入；要求實時板卡和實時采集控制板之間所有數據信號需經過 ISO 高速數字隔離電路，杜絕了 PCI 實時板卡受物理對象的干擾 , 降低了實時板卡損壞的幾率。

2) 提供直流斬波電路組件系統，技術參數要求：要求直流電源采用 24V/4.5A 開關電源，有過流保護功能，輸出電壓穩定。斬波電路功率器件采用 18A/200V 的 MOSFET 管，驅動電路采用了知名公司生產的專用集成驅動芯片。

提供 Buck 變換器、 Boost 變換器、 Buck-Boost 變換器，每個變換器上均設置了多個觀測點，可以觀測驅動波形， MOSFET 的電壓、電流，電感的電壓、電流，二極管的電壓、電流，輸出電壓等波形。

3) 提供半橋、全橋變換器組件系統，技術參數要求：要求隔離型半橋開關電源輸入 AC 220V ± 20%/50Hz, 控制頻率 24KHz ，額定輸出 DC 48V/1A 。隔離型全橋開關電源輸入 AC 220V ± 20%/50Hz, 控制頻率 24KHz ，額定輸出 DC48V/1A 。

4 ） 提供 XPC 控制器， 整個實驗室 1 套，用于運行 XPC 實時內核，具體參數由投標廠家在投標書里詳細說明。

8 、投標文件中提供數字電力電子技術設計開發教學系統軟件著作權證書掃描件。

五、配套檢測工具包

（ 1 ）數字示波器

1 、帶寬 100MHz ，采樣率 2GSa/s ；

2 、幅值檔位（ 500uV/div~10V/div ）；

3 、時基范圍（ 1ns/div~1000s/div) ；

4 、最高支持存儲深度達 56Mpts ；

5 、波形捕獲率達 50,000 個波形每秒；

6 、 256 級波形灰度顯示；

7 、標配多達 65 ， 000 幀的硬件實時波形錄制，回放，分析功能；

8 、標配觸發：邊沿、脈寬、欠幅、斜率、視頻、碼型、建立 / 保持、 RS232 、 IIC 、 SPI ；

9 、接口 :USB Host/Device ， LAN ， AUX ；

10 、 8 英寸 TFT WVGA （ 800 × 480 ）顯示屏；

11 、為保證設備性能穩定 , 改善電路的頻率特性 , 采用多層電路板工藝；

12 、提供三年無憂服務；

13 、設備支持與網絡實驗室管理系統連接。

（ 2 ）數字萬用電表

1 、顯示器 :256x64 點陣顯示器；

2 、讀書分辨率 :5 位半 , 最高位可以是 0,1,2. 最大讀書為 : +- 240000 ；

3 、基本直流精度 : 0.015 % ；

4 、測量功能 : 直流電壓 , 交流電壓 , 直流電流 , 交流電流 , 二線電阻 , 四線電阻 , 二極管 , 通斷測試 , 頻率和周期 , 電容 , 任意傳感器；

5 、測量速率 :DCV 最快速率 123 讀數 / 秒；

6 、測量范圍 :

DCV: - 1000 V - + 1000 V ；

DCI: 0 – 10 A, 最小量程 200 uA ；

ACV: 0 – 750 V ；

ACI: 0 – 10 A ；

OHM: 200Ω- 100 MΩ ；

FRQ: 3Hz – 1 MHz ；

CAP: 2nF – 100 mF ；

7 、配置克隆 : 將儀器的所有配置通過 U 盤備份或者克隆到其他同型號設備；

8 、標配 :USB,GPIB,RS-232 和 LAN ；