GL-DLDZ-2A Комплексный испытательный стенд силовой электроники

Ⅰ. Обзор

Комплексный испытательный стенд силовой электроники GL-DLDZ-2A в основном используется для курсов по различным направлениям электромеханики и автоматизации: эксперименты с принципами работы двигателей и электрической тяги (управление двигателями и электроприводом), силовая электроника (силовая электроника), системы управления электропередачей (системы управления движением) и т. д. Он способен решать актуальные экспериментальные учебные задачи и обладает достаточной свободой расширения для удовлетворения потребностей в дальнейших углублённых исследованиях в будущем.

Ⅱ. Характеристики изделия

1. Уникальная структурная конструкция, сочетающая стационарные модули (нагрузки, источники питания переменного и постоянного тока, а также модули с большой массой, имеющие стационарные конструкции) и подвесные модули-коробки, не только снижает трудоёмкость подготовки преподавателя к эксперименту, но и обеспечивает удобство расширения функций экспериментального стенда.

2. При выполнении традиционных экспериментальных проектов экспериментальный стенд позволяет проводить исследования современных устройств силовой электроники и современной теории управления.

3. Экспериментальная установка оснащена полным набором функций обеспечения безопасности персонала и оборудования. Выход источника переменного тока оборудования оснащен функцией защиты от перегрузки по току, а в конце каждого отверстия для наблюдения за импульсом запуска предусмотрена схема защиты от высокого напряжения, а силовой блок оснащен схемой безопасности. Для предотвращения наложения сильных электрических сигналов на слабые электрические цепи используются три типа экспериментальных проводов, чтобы студенты не допустили неправильного подключения высоковольтных и низковольтных линий при подключении, что может привести к повреждению низковольтной цепи.

4. Экспериментальный двигатель: Мощность используемого экспериментального двигателя составляет 100–200 Вт, он специально разработан. Его параметры и характеристики позволяют имитировать двигатели малой и средней мощности.

III. Технические характеристики изделия

1. Мощность устройства:<1,5 кВА;

2. Рабочая мощность: ~3Н/380 В/50 Гц/3 А;

3. Размеры: 1565 мм*720 мм*1650 мм

4. Вес:<150 кг

IV. Экспериментальный проект комплексного испытательного стенда силовой электроники

1. Эксперимент с однофазным однополупериодным управляемым выпрямителем

2. Эксперимент с однофазным мостовым полупериодным управляемым выпрямителем

3. Эксперимент с однофазным мостовым полностью управляемым выпрямителем и активным инвертором

4. Эксперимент с трёхфазным однополупериодным управляемым выпрямителем

5. Эксперимент с трёхфазным мостовым полностью управляемым выпрямителем

6. Эксперимент с однофазным мостовым полностью управляемым выпрямителем и активным инвертором

7. Эксперимент с трёхфазным однополупериодным активным инвертором

8. Эксперимент с трёхфазным мостовым полностью управляемым выпрямителем и активным инвертором

9. Эксперимент с однофазной схемой регулирования переменного напряжения

10. Эксперимент с трёхфазной схемой регулирования переменного напряжения

11. Определение параметров и характеристик звеньев тиристорной системы регулирования скорости постоянного тока

12. Отладка основных узлов Тиристорное регулирование скорости постоянного тока

13. Исследование статических характеристик необратимой системы регулирования скорости постоянного тока с одним замкнутым контуром

14. Двухтиристорная необратимая система регулирования скорости постоянного тока с двумя замкнутыми контурами

15. Логическая нециркуляционная реверсивная система регулирования скорости постоянного тока

16. Система широтно-импульсного регулирования скорости постоянного тока (ШИМ) с двумя замкнутыми контурами управления

17. Двухконтурная система регулирования напряжения и скорости трёхфазного асинхронного двигателя

18. Двухконтурная каскадная система регулирования скорости трёхфазного асинхронного двигателя

19. Эксперимент с однопереходной транзисторной триггерной схемой и однофазным однополупериодным управляемым выпрямителем

20. Эксперимент с синусоидальной синхронной фазовой триггерной схемой

21. Эксперимент с пилообразной фазовой триггерной схемой

22. Эксперимент с интегральной триггерной схемой Siemens TCA785

23. Измерение основных параметров мощного полевого транзистора (МОП-транзистора)

24. Исследование схемы управления мощного полевого транзистора (МОП-транзистора)

25. Исследования о характеристиках биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) и его схемы управления

26. Исследование схемы управления силовым транзистором (GTR)

27. Исследование характеристик силового транзистора (GTR)

28. Эксперимент с технологией мягкого переключения

29. Исследование характеристик схемы DC-чоппера

30. Исследование характеристик однофазной схемы преобразования частоты переменного тока в постоянный

31. Эксперимент по регулированию переменного напряжения с помощью прерывания

32. Эксперимент с мостовой схемой DC-преобразователя

33. Эксперимент с однотактным импульсным источником питания с прямым ходом

34. Эксперимент с однотактным импульсным источником питания с обратным ходом

Ⅴ. Описание технических функций изделия

1. Описание защитных функций экспериментального стенда

1) Средства индивидуальной защиты оборудования

① Плавающая защита трёхфазного изолирующего трансформатора полностью изолирует экспериментальное питание от электросети, что играет эффективную роль в обеспечении безопасности персонала;

② Вход трёхфазного питания оснащён устройством защиты от утечки тока. Выключатель отключается, когда ток утечки оборудования превышает 30 мА, что соответствует национальным стандартам безопасности низковольтных электроприборов;

③ Выход трёхфазного изолирующего трансформатора оснащён устройством защиты от утечки напряжения. При возникновении напряжения утечки на экспериментальном стенде происходит автоматическое отключение.

④ Высоковольтный экспериментальный провод выполнен в полностью пластиковой оболочке. Внутренняя часть провода изготовлена из бескислородной медной проволоки, тонкой, как волос, многожильной, с мягкой текстурой. Оболочка изготовлена из толстой проволоки и покрыта антизатвердевающими химикатами. Вилка изготовлена из цельной меди, что исключает возможность поражения электрическим током при прикосновении учащихся к металлическим частям.

2) Система безопасности оборудования

① Трехфазный выход переменного тока оснащен двойной защитой от перегрузки по току и короткого замыкания, обеспечиваемой электронными схемами и предохранителями. При превышении выходного тока 3 А источник питания отключается, и включается аварийный сигнал.

② Управляющий катод тиристора и контрольные отверстия каждой пусковой цепи оснащены защитой от высокого напряжения, предотвращающей неправильное подключение учащихся.

③ На экспериментальном столе используются три типа экспериментальных проводов, которые нельзя соединять друг с другом. Для сильного тока используется полностью пластиковый защитный экспериментальный провод, а для слабого тока — металлический оголенный экспериментальный провод (фактический диаметр медной жилы больше, чем у сильного тока). В контрольном отверстии используется экспериментальный провод №2, чтобы исключить возможность неправильной работы учащихся и подключения сильного тока к слабому месту.

④ Источники питания переменного и постоянного тока экспериментального стола оснащены функцией защиты от перегрузки по току.

2. Техническое описание панели управления

1) Панель управления и экспериментальный стол

Экспериментальный стол изготовлен из алюминиевого сплава, а рабочая поверхность – из высокоплотной антикоррозионной и огнестойкой ДСП. Он имеет элегантную форму и оснащен двумя ящиками и тумбой для хранения инструментов, подвесных коробок и материалов. Экспериментальный стол оснащен четырьмя колесами для удобства перемещения и фиксации, что обеспечивает удобство в организации лабораторной работы.

2) Панель управления электропитанием GLPE-01

Трехфазное питание переменного тока: Трехфазные источники питания переменного тока 220 В и 240 В подаются через промышленный переключатель с ручкой, обеспечивая подачу питания для регулирования скорости постоянного и переменного тока с защитой от перегрузки по току. Питание подается к учащимся для проведения экспериментов после прохождения цепей защиты, таких как защита от утечки тока, трехфазный изолирующий трансформатор и защита от утечки напряжения.

3) Панель вспомогательных функций GLPE-01A

① Источник питания возбуждения двигателя: комплект источников питания возбуждения двигателя постоянного тока с независимыми силовыми ключами и цифровым вольтметром.

② Реактор: сглаживающие реакторы и RC-фильтры, необходимые для экспериментов по регулированию скорости постоянного тока. Сглаживающие реакторы используют метод отвода от средней точки и имеют номиналы 50 мГн, 100 мГн, 200 мГн и 700 мГн соответственно. Он сохраняет линейность при токе менее 1,5 А. Реактор также может использоваться в качестве индуктивной нагрузки в экспериментах в области силовой электроники.

③ Стабилизированный источник питания постоянного тока: обеспечивает стабилизированное питание постоянного тока ±15 В/1 А; стабилизированное питание постоянного тока 24 В/2 А. С независимым выключателем и защитой от короткого замыкания, перегрузки по току и т.д.

④ Трехфазный трансформатор: используется в качестве инверторного трансформатора в каскадной системе регулирования скорости и схеме активного инвертора.

⑤ Трехфазный регулируемый резистор: комплект регулируемых резисторов 100–1000 Ом/1 А для сопротивления нагрузки генератора и других экспериментальных резистивных нагрузок, а также в качестве пускового сопротивления двигателя.

⑥ Пусковое сопротивление двигателя: 0 Ом, 2 Ом, 5 Ом, 15 Ом, ∞ – пятискоростной регулируемый пусковой резистор для обмотки двигателя.

3. Техническое описание часто используемых экспериментальных компонентов

1) GLPE-10A – тиристорный триггерный компонент I

Предоставляет интегрированную триггерную схему TCA785, пилообразную синхронную триггерную схему, синусоидальную синхронную триггерную схему с выводами из каждого контрольного отверстия, удобную и безопасную эксплуатацию.

2) GLPE-11A – трехфазный триггерный компонент I

Триггерная схема: использует цифровую интегральную схему, обладает высокой помехоустойчивостью, равномерный интервал между трехфазными импульсами, хорошая стабильность, формирует двойные узкие импульсы, диапазон сдвига фаз импульсов составляет 0–160°.

3) Трехфазный тиристорный компонент главной цепи GLPE-12

Главная цепь: состоит из 12 тиристоров, 6 диодов, сглаживающего реактора и RC-цепи.

4) Компонент I цепи управления скоростью двигателя GLPE-13A

Содержит следующие модули: реверсор, блок блокировки нуля, блок задания напряжения, блок преобразования скорости, блок регулятора скорости и блок регулятора тока. Благодаря резисторам обратной связи и конденсаторам регулятора, параметры системы можно гибко изменять в ходе эксперимента для наблюдения влияния различных параметров на устойчивость и время отклика системы.

5) Схема управления скоростью двигателя GLPE-13-1 (II)

Включает следующие модули: определение полярности момента (DPT), определение нулевого уровня (DPZ) и логический контроллер (DLC).

6) Силовые устройства GLPE-14

Этот экспериментальный модульный проект включает в себя не только исследование схем управления и характеристик ключей GTR, MOSFET, IGBT, GTO и других устройств, но и анализ применения быстровосстанавливающихся диодов, высокоскоростных оптопар, индукторов и т. д. в силовых электронных схемах.

7) Схема постоянного тока GLPE-15

Можно выполнить шесть типовых экспериментов: понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, повышающе-понижающий преобразователь, преобразователь Чука, септический преобразователь и дзета-преобразователь. Все схемы используют дискретные компоненты, и студенты собирают их самостоятельно.

8) Компоненты схемы управления тиристором GLPE-10B II

Представляет собой трёхфазную мостовую схему выпрямителя, состоящую из 6 диодов и однопереходной транзисторной схемы управления для каждого контрольного отверстия.

9) Принцип работы однофазного преобразователя частоты переменного тока в постоянный (AC/DC) GLPE-16

Возможные экспериментальные проекты: (1) Процесс формирования сигнала ШИМ; (2) Рабочие условия и формы сигналов схем преобразования частоты переменного тока в постоянный при различных нагрузках (резистивная, индуктивная и двигатель), а также влияние рабочей частоты на форму рабочего сигнала схемы; (3) Рабочие характеристики интегральной микросхемы драйвера, предназначенной для работы с IGBT-транзисторами.

10) Система регулирования скорости постоянного тока GLPE-17 с двумя замкнутыми контурами обратной связи H-моста DC/DC

Возможные экспериментальные проекты: (1) Эксперимент со схемой полного мостового DC/DC-преобразователя; (2) Эксперимент с регулированием скорости постоянного тока с двумя замкнутыми контурами обратной связи с реверсивным широтно-импульсным регулированием.

11) GLPE-30 – однофазный преобразователь напряжения переменного тока с технологией плавного переключения

Схема управления однофазным преобразователем напряжения переменного тока с технологией плавного переключения состоит из основной схемы и схемы управления. Основными звеньями схемы управления являются: схема широтно-импульсной модуляции (ШИМ), блок измерения напряжения и тока, схема управления и т.д.

12) GLPE-31 – однотактный импульсный источник питания обратного хода

Входное напряжение переменного тока – 50–200 В, выходное напряжение – три уровня постоянного тока: +5 В/5 А; +12 В/1 А; -12 В/1 А. Скорость изменения выходного напряжения составляет менее 0,3% при изменении входного напряжения переменного тока и выходной нагрузки постоянного тока.

13) GLPE-32 – однотактный импульсный источник питания прямого хода

Использует специализированную интегральную схему в качестве ШИМ-контроллера, которая может напрямую управлять силовым полевым транзистором MOSFET.

14) Цифровой вольтметр переменного тока YB10

Три вольтметра переменного тока: с интерфейсом связи, многоскоростной автоматический диапазон, корпус промышленного класса 48 мм × 96 мм, точность: 0,5 ступени, диапазон: 0–500 В.

15) Цифровой амперметр переменного тока YB11

Три амперметра переменного тока: с интерфейсом связи, многоскоростной автоматический диапазон, корпус промышленного класса 48 мм × 96 мм, точность: 0,5 ступени, диапазон: 0–5 А.

4. Техническое описание направляющей и двигателя

1) Двигатель постоянного тока DJ02 с параллельным возбуждением: PN = 185 Вт, nN = 1600 об/мин, Iном = 1,1 А, Uном = 220 В

2) Генератор постоянного тока DJ03: PN = 185 Вт, nN = 1600 об/мин, Iном = 1,1 А, Uном = 220 В

3) Трехфазный асинхронный двигатель DJ11 с проволочной обмоткой: PN = 100 Вт, Iном = 0,6 А, nN = 1400 об/мин, Uном = 220 В, соединение звездой

4) Направляющая двигателя DJ01, фотоэлектрический энкодер и тахометр

5. Экспериментальный провод GLPJ-01

Экспериментальный соединительный провод выполнен из высоконадежного полностью закрытого типа с разъемом из бескислородной меди, скрученной в 128 тонких, как волос, жил, мягкой текстуры, с оболочкой из толстой проволоки и антизатвердевающими составами. Вилка изготовлена из цельной меди.

Синхронная ПК-версия:

GL-DLDZ-2A  Комплексный испытательный стенд силовой электроники http://russian.biisun.com/products/power-electronics-comprehensive-test-bench