中人ZRDJ-DGV大功率電機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗臺

一、裝置特點(diǎn)

1.各功能組件采用積木式結(jié)構(gòu)，便于二次開發(fā)及功能擴(kuò)展；

2.所有實(shí)驗連線均在控制屏面板上連接即可，無需直接接觸電機(jī)，安全可靠性；

3.所有電機(jī)均選用工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的2kW中小型功率電機(jī)，能真實(shí)反映電機(jī)本身特性；

4.該實(shí)驗裝置帶有電壓型和電流型漏電保護(hù)功能，確保實(shí)驗進(jìn)程中操作者的人生安全和設(shè)備的保護(hù)；

5.整套性強(qiáng)，從儀器儀表、專用電源、電機(jī)機(jī)組、實(shí)驗部件及實(shí)驗專用導(dǎo)線等均配套齊全；配套件的性能、規(guī)格等緊密結(jié)合實(shí)驗的要進(jìn)行配置。

二、技術(shù)性能

1.輸入電源：三相四線AC380V±10% 50Hz

2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃  相對濕度＜85%(25℃)  海拔＜4000m

3.裝置容量：≤6kVA

4.重量：750kg

5.外形尺寸：189cm×80cm×170cm

三、裝置的基本配置

實(shí)驗裝置由控制屏、實(shí)驗桌、交直流電源、測量儀表組件、負(fù)載組件、電機(jī)機(jī)組、實(shí)驗掛箱、實(shí)驗導(dǎo)線及配件等組成。

（1）交流電源部分

提供三相0～450V可調(diào)交流電源，同時可得到單相0～250V可調(diào)的交流電源，配有一臺三相同軸聯(lián)動自耦調(diào)壓器（規(guī)格6kVA、0～450V）。可調(diào)交流電源輸出具有短路保護(hù)裝置，當(dāng)相間、線間過電流及直接短路均能起到保護(hù)?？刂破恋墓╇娪蓡⑼０粹o進(jìn)行控制，同時具有漏電聲光告警、過壓保護(hù)、相序指示、缺相指示功能；配有三只指針式交流電壓表，通過切換開關(guān)，可指示三相電網(wǎng)電壓和三相調(diào)壓電壓。

（2）直流電源部分

?雙路直流電源：一路0～250V（3A）可控直流勵磁電源（具有欠勵保護(hù)、過流、短路及過壓保護(hù)聲光告警功能），另一路0～250V(20A)可控直流穩(wěn)壓電樞電源（過流、短路及過壓保護(hù)聲光告警功能），具有內(nèi)部、外部兩種控制模式，內(nèi)部控制模式下，通過面板上的電位器來調(diào)節(jié)直流電壓輸出；外部控制模式下，通過外加給定信號來控制直流電壓輸出，可用于電機(jī)閉環(huán)控制等實(shí)驗；設(shè)有一只直數(shù)字電壓表，通過開關(guān)切換，監(jiān)示勵磁電壓及電樞電壓輸出。

同步電機(jī)勵磁電源：0～100V（4A），帶短路保、過流保護(hù)功能。

（3）定時器兼報警記錄儀(服務(wù)管理器)

采用藍(lán)屏液晶顯示器，中文菜單顯示，直觀、清晰；通過鍵控單元完成時間設(shè)定、定時報警設(shè)定、解除設(shè)置等操作、具有切斷電源及記錄各種告警次數(shù)等功能。

（4）數(shù)字轉(zhuǎn)速表：可顯示0～3000r/min，采用編碼盤測速，直接數(shù)字顯示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時輸出模擬量電壓信號，用于速度反饋。

（5）數(shù)模雙顯直流電壓、電流表（整體表）：

數(shù)模雙顯直流電壓表兩只：測量范圍為0～±500V，分2V、20V、200V、500V四檔，直鍵開關(guān)切換量程，輸入阻抗10MΩ，精度為0.2級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源功能。

指針表：鏡面式、雙刻度線、中零表頭結(jié)構(gòu)，反應(yīng)靈敏，可直接測量正負(fù)電壓；

數(shù)顯表：四位數(shù)碼管顯示，自動判斷、顯示被測電壓極性，讀數(shù)準(zhǔn)確、方便。

數(shù)模雙顯直流毫安表兩只：測量范圍為0～±5A，分20mA、200mA、2A、5A四檔，直鍵開關(guān)切換量程，精度為0.2級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源功能。

指針表：鏡面式、雙刻度線、中零表頭結(jié)構(gòu)，反應(yīng)靈敏，可直接測量正負(fù)電流；

數(shù)顯表：四位數(shù)碼管顯示，自動判斷、顯示被測電流極性，讀數(shù)準(zhǔn)確、方便。

數(shù)模雙顯直流電流表兩只：測量范圍0～20A，分2A、5A，20A三檔，直鍵開關(guān)切換量程，精度為1.0級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源功能。

指針表：鏡面式、雙刻度線、中零表頭結(jié)構(gòu)，反應(yīng)靈敏，可直接測量正負(fù)電流；

數(shù)顯表：四位數(shù)碼管顯示，自動判斷、顯示被測電流極性，讀數(shù)準(zhǔn)確、方便。

整個實(shí)驗室配一套實(shí)驗室智能電源管理系統(tǒng)

輸入電壓：三相四線制380V±10%，50HZ；上電前合閘條件檢測：輸入過壓、欠壓、對地漏電、過流、任一故障存在不合閘，并且進(jìn)行普通話語音報警；運(yùn)行檢測保護(hù)：輸入過壓、欠壓、輸出過流、漏電，任一故障出現(xiàn)將自動跳閘，實(shí)施保護(hù)，并且進(jìn)行普通話語音報警，保護(hù)閥值現(xiàn)場可設(shè)置；實(shí)訓(xùn)室總體智能電源管理系統(tǒng)上電前合閘條件檢測，符合上電條件后，實(shí)訓(xùn)室總體智能電源管理系統(tǒng)自動合閘，恢復(fù)供電；具有實(shí)時電壓顯示/故障次數(shù)顯示。

（6）數(shù)模雙顯真有效值交流電壓表、電流表（整體表）

真有效值數(shù)模雙顯交流電壓表三只：測量范圍為0～500V，分2V、20V、200V、500V四檔，直鍵開關(guān)切換量程，輸入阻抗10MΩ，精度為0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源功能，能對交流信號（20Hz～20kHz）進(jìn)行真有效值測量。

指針表：鏡面式、指針顯示，反應(yīng)靈敏、讀數(shù)快；

數(shù)顯表：四位數(shù)碼管顯示，讀數(shù)準(zhǔn)確、方便。

數(shù)模雙顯真有效值交流電流表三只：測量范圍為0～20A，分2A、5A、20A三檔，直鍵開關(guān)切換量程，精度為0.5級，具有超量程聲光報警、指示及切斷總電源功能，能對交流信號（20Hz～20kHz）進(jìn)行真有效值測量。

指針表：鏡面式、指針顯示，反應(yīng)靈敏、讀數(shù)快；

數(shù)顯表：四位數(shù)碼管顯示，讀數(shù)準(zhǔn)確、方便。

實(shí)驗室配一套，研究型多電機(jī)控制實(shí)驗/開發(fā)組件

DSP程序采用C語言模塊化編寫，也可以直接使用Matlab語言編寫算法或者用Simulink庫搭建電機(jī)控制算法，編譯整個模塊就能自動生成DSP代碼，在控制電路上運(yùn)行后就能生成相應(yīng)的控制信號，從而方便地實(shí)現(xiàn)對四種電機(jī)的控制，配有DSP（USB2.0）專業(yè)仿真器，用于程序的下載和燒錄。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用Labview軟件編寫，實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動、停止、加減速、正反轉(zhuǎn)切換、PI參數(shù)設(shè)定等控制；同時可實(shí)時的觀測到系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時的多種波形。

基本配置與技術(shù)要求：

（1）處理器：TMS320F2812，最高主頻150MHz。

（2）功率模塊：需采用三菱IPM模塊PM25RLA120，最大輸出功率3.7kW。

（3）保護(hù)功能：具有欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)和溫度保護(hù)，當(dāng)上述任意一種情況發(fā)生時立刻封鎖PWM脈沖輸出。

（4）配套電機(jī)（四種電機(jī)）：

（a）直流有刷電機(jī)：額定電壓220V，額定電流1.2A，額定功率185W，額定轉(zhuǎn)速1600r/min；

（b）直流無刷電機(jī)：電流有效值0.94A，額定功率100W，最高轉(zhuǎn)速1500r/min；

（c）三相鼠籠式異步電機(jī)：額定電壓380V，額定電流1.12A，額定功率370W，額定轉(zhuǎn)速1400r/min；

（d）三相永磁同步電機(jī)：額定電壓380V，額定電流 0.35A，額定功率180W，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。

（6）人機(jī)交互界面采用7寸觸摸屏，用于顯示電機(jī)類型、電機(jī)轉(zhuǎn)速及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并可以控制電機(jī)啟停等。

實(shí)驗項目：

（1）直流有刷電機(jī)PWM控制調(diào)速實(shí)驗（C語言版）

（a）開環(huán)PWM可逆直流調(diào)速實(shí)驗

（b）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速實(shí)驗

（c）速度、電流雙閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速實(shí)驗。

（2）直流無刷電機(jī)PWM控制調(diào)速實(shí)驗（C語言版）

（a）直流無刷電機(jī)控制原理實(shí)驗

（b）速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗

（c）定位控制實(shí)驗

（3）三相異步電動機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速實(shí)驗（C語言版）

（a）DSP控制的SPWM變頻調(diào)速實(shí)驗

（b）DSP控制的馬鞍波變頻調(diào)速實(shí)驗

（c）DSP控制的SVPWM變頻調(diào)速實(shí)驗

（4）三相異步電動機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速實(shí)驗（Matlab/Simulink版）

（a）DSP控制的SPWM變頻調(diào)速實(shí)驗

（b）DSP控制的馬鞍波變頻調(diào)速實(shí)驗

（c）DSP控制的SVPWM變頻調(diào)速實(shí)驗

（5）三相交流異步電機(jī)FOC控制實(shí)驗（C語言版）

（a）功率單元模塊測試實(shí)驗

（b）電流、速度功能模塊測試實(shí)驗

（c）電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器功能測試實(shí)驗

（d）電流模型功能模塊測試實(shí)驗

（e）電流、速度雙閉環(huán)控制功能實(shí)驗

（6）三相永磁同步電機(jī)FOC控制實(shí)驗（C語言版）

（a）功率單元模塊測試實(shí)驗

（b）電流、速度功能模塊測試實(shí)驗

（c）電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器功能測試實(shí)驗

（d）相位初始化測試實(shí)驗

（e）電流、速度雙閉環(huán)控制功能實(shí)驗

（7）磁場定向控制（FOC）的高性能變頻調(diào)速實(shí)驗（Matlab/Simulink版）

（8）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的高性能變頻調(diào)速實(shí)驗（Matlab/Simulink版）

（7）單相變壓器、三相心式變壓器

?單相變壓器：容量0.44kVA，高壓端220V/2A，低壓端110V/4A，安裝在控制屏內(nèi)，變壓器接線端子直接引出至面板，實(shí)驗接線方便。

?(三相變壓器：容量1.2kVA，高壓端220V/1.82A，低壓端110V/3.64A，安裝在控制屏內(nèi)，變壓器接線端子直接引出至面板，實(shí)驗接線方便。

?三相聯(lián)軸可調(diào)電抗器

由三只0～80mH～90mH，6A電抗器及一只3kVA三相同軸調(diào)壓器組成三相同軸聯(lián)動可調(diào)電抗器，接線端子直接引出至面板，實(shí)驗接線方便。

（8）三相聯(lián)軸可調(diào)電阻負(fù)載

提供265Ω/6.5A三相同軸可調(diào)負(fù)載電阻一臺，接線端子直接引出至面板，實(shí)驗接線方便。

（1)直流電動機(jī)及三相同步發(fā)電機(jī)

1）直流電機(jī)：額定功率PN=2.2KW，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，UN=220V。

2）三相同步發(fā)電機(jī)：額定功率：2KVA，額定電壓AC400V，額定電流3.6A, 額定轉(zhuǎn)速1500RPM，頻率50HZ。功率因數(shù)COSφ=0.8。

3）編碼器完成測速、模擬量反饋，電機(jī)接線端子直接引出至面板，實(shí)驗接線方便。

（2）直流發(fā)電機(jī)及異步電動機(jī)組

1）三相鼠籠異步電機(jī)：額定功率：2.2KW，額定電壓AC380V，額定電流4.7A, 額定轉(zhuǎn)速1500RPM，頻率50HZ。

2）直流發(fā)電機(jī)：額定功率2.2KW，額定電壓AC220V，額定電流8.7A,額定轉(zhuǎn)速1500RPM。勵磁電流0.47A,勵磁電壓200V。

3）編碼器完成測速、模擬量反饋，電機(jī)接線端子直接引出至面板，實(shí)驗接線方便。

1.實(shí)驗桌

實(shí)驗桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，結(jié)構(gòu)堅固，形狀似長方體封閉式結(jié)構(gòu)，造型美觀大方；設(shè)有一個大抽屜，用于放置工具、資料等。桌面提供一個寬敞舒適的工作臺面。實(shí)驗桌還設(shè)有四個萬向輪和四個固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動和固定。

2.實(shí)驗掛箱

(1)智能單三相功率、功率因數(shù)表

由兩套微電腦，高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片和全數(shù)顯電路構(gòu)成，并帶有功率求和表一只，直接顯示三相總功率。通過鍵控、數(shù)顯窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的智能控制模式。為了提高測量范圍和測試精度，將被測電壓、電流瞬時值的取樣信號經(jīng)A/D變換，采用專用DSP計算有功功率、無功功率、單相功率及三相功率，精度為0.5級，電壓、電流量程分別為500V、20A，可測量負(fù)載的有功功率、無功功率、功率因數(shù)及負(fù)載的性質(zhì)等。

(2)空氣開關(guān)組件

提供20A斷路器開關(guān)兩只。

(3)旋轉(zhuǎn)燈、整步表組件

提供并網(wǎng)用的三組旋轉(zhuǎn)燈（黃、綠、紅各兩只）及Mz10整步表一只。

(4)繼電接觸控制組件

提供三相四線空氣開關(guān)一只（16A），啟停按鈕三只，交流接觸器（220V、18A）二只，熱繼電器（220V、4～6A）二只。提供Y/△起動電路、能耗制動電路。

3.歐式導(dǎo)線架

裝置配有歐式導(dǎo)線架，用于懸掛和放置實(shí)驗專用連接導(dǎo)線，外形尺寸為530mm×430mm×1200mm，設(shè)有五個萬向輪，造型美觀大方。

4.高可靠帶護(hù)套手槍插實(shí)驗導(dǎo)線及配件

采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接導(dǎo)線（接觸良好，安全可靠），里面采用無氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細(xì)的多股線，達(dá)到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)件，外有柔軟橡膠層保護(hù)，接觸可靠。

四、實(shí)驗項目

1.直流電動機(jī)實(shí)驗

(1)直流電動機(jī)冷態(tài)直流電阻的測試

(2)直流電動機(jī)啟動、調(diào)速、改變轉(zhuǎn)向

(3)直流電動機(jī)機(jī)械特性實(shí)驗

(4)直流電動機(jī)調(diào)速特性實(shí)驗

2.單相變壓器實(shí)驗

(1)單相變壓器的空載實(shí)驗

(2)單相變壓器的短路實(shí)驗

(3)單相變壓器的負(fù)載實(shí)驗（阻性、感性、阻感性）

3.三相芯式變壓器實(shí)驗

(1)三相芯式變壓器空載實(shí)驗

(2)三相芯式變壓器短路實(shí)驗

(3)三相芯式變壓器負(fù)載實(shí)驗（阻性、感性、阻感性）

(4)三相芯式變壓器極性及連接組別的測定

4.三相鼠籠異步電動機(jī)實(shí)驗

(1)三相鼠籠異步電動機(jī)冷態(tài)直流電阻的測試

(2)三相鼠籠異步電動機(jī)定子繞組的判斷

(3)三相鼠籠異步電動機(jī)空載實(shí)驗

(4)三相鼠籠異步電動機(jī)短路實(shí)驗

(5)三相鼠籠異步電動機(jī)負(fù)載實(shí)驗

5.三相同步發(fā)電機(jī)實(shí)驗

(1)三相同步發(fā)電機(jī)定子、勵磁繞組冷態(tài)直流電阻的測試

(2)三相同步發(fā)電機(jī)的空載實(shí)驗

(3)三相同步發(fā)電機(jī)的短路實(shí)驗

(4)三相同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載實(shí)驗

(5)三相同步發(fā)電機(jī)的外特性實(shí)驗

(6)三相同步發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性實(shí)驗

(7)三相同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)實(shí)驗