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(yè)設計、綜合實驗、創(chuàng)新性實驗、研究性實驗，達到培養(yǎng)高水平技術人才的目標；

3 、需融合傳統(tǒng)和現(xiàn)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(nèi)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(fā)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(shù)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(fā)的研究型數(shù)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(shù)校正實驗；

5 、基于 XPC 模式的數(shù)字電力電子系統(tǒng)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(fā)電機勵磁繞組；

3 ）低壓直流穩(wěn)壓電源：要求提供± 15V/1A 直流穩(wěn)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(chuàng)新和綜合設計應用）

1 ）要求通過 labview 作為人機界面開發(fā)環(huán)境直接通過 labview 下的虛擬控制界面實現(xiàn)電壓電流參數(shù)的實時采集以及對執(zhí)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(fā)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(nèi)點擊編譯后，即可看到用來下載 DSP 程序的 CCS 集成開發(fā)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(xiàn)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(tài)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(huán)境實現(xiàn)在線實時監(jiān)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(shù)校正實驗。提供 DSP 下載器一套。

6 、常規(guī)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(jiān)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(fā)電路及主回路一套；

4 ）三相觸發(fā)電路：采用數(shù)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(xiàn)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(tǒng)，內(nèi)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(fā)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(shù)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(chuàng)新和綜合設計應用）：

7.1 軟件系統(tǒng)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(zhí)行 RTW 和 C 編譯器生成的可執(zhí)行代碼。利用 xPC Target 能把 Simulnk 模型和物理系統(tǒng)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(shù)字量輸入 / 輸出模塊等各種功能模塊；

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

(5) 能夠實現(xiàn)示波器定義和控制 , 可以用于主機或目標機來監(jiān)測和獲取信號數(shù)據(jù)。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(shù)字電力電子系統(tǒng)硬件參數(shù)要求說明。

1) 提供實時采集控制板組件系統(tǒng)，技術參數(shù)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(jié) 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(shù)據(jù)信號需經(jīng)過 ISO 高速數(shù)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(tǒng)，技術參數(shù)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(wěn)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(chǎn)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(tǒng)，技術參數(shù)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(nèi)核，具體參數(shù)由投標廠家在投標書里詳細說明。

8 、投標文件中提供數(shù)字電力電子技術設計開發(fā)教學系統(tǒng)軟件著作權證書掃描件。

五、配套檢測工具包

（ 1 ）數(shù)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(fā)：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(wěn)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(wǎng)絡實驗室管理系統(tǒng)連接。

（ 2 ）數(shù)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(shù) / 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 ；