现代电力电子技术实验装置

KCDLH-05型现代电力电子技术实验装置

一、产品概述

KCDLH-05型现代电力电子技术实验装置，紧密围绕西安交通大学王兆安教授编著的《电力电子技术》（第五版）以及《半导体变流技术》等权威教材的实验大纲进行开发。在设计过程中，充分借鉴了国内外同类产品的优势，并结合实验室实际需求与未来发展趋势，打造出一款专业服务于电力电子技术教学与实验的先进设备，旨在为电力电子技术的教学与研究提供全方位、高效能的实验支持平台。

二、适用范围

本实验装置精准适配各大院校电气工程及其自动化、电子信息工程等相关专业所开设的"电力电子技术"、"半导体变流技术"等核心课程的实验教学需求，涵盖了这些课程所要求的各类基础、综合及设计性实验项目，为学生提供了从基础理论验证到创新实践的完整实验环境，助力院校培养适应现代电力电子技术发展需求的高素质专业人才。

三、技术性能

1. 输入电源：支持三相四线或三相五线制380V±10％、50HZ的交流电源输入，确保在常规工业电网环境下稳定运行。

2. 工作环境：适应温度范围为-10℃至+40℃，相对湿度低于85％（25℃），海拔高度不超过4000m的实验室环境，保证在不同地域和季节条件下均能可靠工作。

3. 装置容量：额定功率小于1000W，既满足了实验教学的功率需求，又兼顾了实验室用电安全和能源效率。

4. 外形尺寸：整体尺寸为1650×700×1600 mm，布局合理，空间利用率高，便于实验室统一规划和管理。

四、装置的基本装备

（一）DX01电源控制屏

采用坚固耐用的铁质双层亚光密纹喷塑结构，搭配清晰美观的铝质面板，集成了丰富的电源、仪表及保护功能：

1. 交流电源模块：提供三相交流电源220V/1.5A，经过380V//220V隔离变压器输出，有效降低电网干扰，保障实验安全。

2. 高压直流电源：输出220V/0.5A的高压直流电，内置短路保护机制，确保设备及人员安全。

3. 数字式仪表：配备多只高精度数字仪表，包括交流数字电压表、真有效值交流数字电压表、真有效值交流数字电流表、直流数字电压表和直流数字电流表，所有仪表均采用三位半数显，精度达到0.5级，能够准确测量实验中的各类电参数。

4. 带镜面的指针表：包含直流电压表和直流电流表，采用中零式设计，精度为1.0级，为传统指针式仪表爱好者提供直观的测量方式。

5. 三相可调电阻：提供90Ω×2/0.41A一个、900Ω×2/0.41A两个的可调电阻，用于模拟不同负载条件下的实验场景。

6. 平波电抗器：具备100mH、200mH、700mH三种电感值，在1A电流下保持线性，有效平滑电流波动，提高实验数据的稳定性。

7. 给定模块：输出±15V可调电压，并带有数显功能，方便精确设定实验参数。

8. 单相调压器：配备0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器，支持短路保护，为需要可调交流电源的实验提供灵活的电源解决方案。

9. 三相整流滤波电路：可对单相及三相交流电源进行高效整流和滤波，同时具备输出短路保护功能，保障后续电路的安全运行。

10. 变压器：内置三相芯式变压器，原、副边绕组电压为127V/63.6V/31.8V，适用于多种逆变电路实验，满足不同实验对电压等级的需求。

11. 人身安全保护体系：通过三相隔离变压器实现主电路输出与电网的隔离（浮地设计），配合电流型漏电保护装置，全方位保障实验人员的人身安全。

12. 实验连接线及插座：强、弱电连接及插座严格分开，采用全封闭工艺的强电连接线及插座，杜绝触电风险，确保实验操作的安全性。

13. 控制屏其它设施：控制屏正面大凹槽设计便于挂置实验部件，并设有3芯插座为挂件供电；右侧配备单相三极220V电源插座，方便连接其他外部设备。

（二）DX02实验桌

采用高性能表面氧化的铝型材及一次成型铝压铸框架连接构件，连接构件运用压铸成型工艺，经机加工、抛丸、喷砂等多道工序处理后，表面进行静电喷涂，不仅安装便捷，用户可自行DIY组装，而且具有良好的耐用性和美观性。桌体立柱采用70×70mm截面的工业铝型材，四面带槽，槽宽约8mm，端部配有塑料堵头，既保证了桌面的稳定性，又便于实验设备的固定和线路管理。

（三）DX03三相可控整流电路（一）

提供6只5A/1000V的晶闸管，每只晶闸管均配备RC吸收和保险丝保护装置，可通过外加触发信号进行触发，留有触发脉冲输入接口，支持设计性实验的灵活拓展。三相触发电路由KC04、KC41、KC42、4066等集成电路组成，支持双窄脉冲或宽脉冲的选择，并提供六路触发脉冲功放电路，满足不同整流电路实验对触发信号的要求。

（四）DK05晶闸管触发电路

涵盖单结晶体管触发电路、单相交流调压触发电路、锯齿波同步移相触发电路、正弦波触发电路及TCA785集成触发电路等多种常见触发电路，为学生提供了全面的触发电路实验平台，有助于深入理解晶闸管的触发原理和特性。

（五）DK07直流斩波实验

依据权威教材中的直流斩波内容设计，提供组成直流斩波电路所需的元器件和专用的PWM控制集成电路SG3525，支持完成降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路等六种典型实验，使学生能够系统地掌握直流斩波电路的工作原理和特性。

（六）DK09新器件特性实验

配备SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR等新型电力电子器件，与给定模块配套使用，可测定这些器件的特性曲线，帮助学生了解新型器件的性能特点和应用范围，紧跟电力电子技术的发展潮流。

（七）DK13功率器件驱动与保护电路

为新器件特性实验提供必要的电源、驱动电路及PWM波形发生器：

1. 电源：提供±5V、±15V和+20V直流电源，满足不同功率器件驱动电路的供电需求。

2. 驱动电路：包含MOSFET和IGBT的专用驱动电路，其中IGBT驱动电路采用EXB841专用芯片，确保驱动信号的稳定性和可靠性。

3. PWM波形发生器：以SG3525为核心，通过频率调节旋钮和占空比电位器实现PWM波形的灵活调整，支持高频和低频两档频率范围，满足不同器件的驱动需求。

（八）DK14单相SPWM交直交变频原理

基于经典教材内容开发，用于展示交直交变频原理，帮助学生理解SPWM正弦波脉宽调制信号的形成方法，掌握IGBT管专用集成驱动芯片的特点及其使用，可完成SPWM波形成过程、交直交变频电路在不同负载下的工作情况及波形研究、IGBT管专用集成驱动芯片工作特性等多项实验，深入探究变频技术的核心原理。

（九）DK17全桥DC/DC变换电路

主回路由直流电源和四种IGBT管组成，控制回路由专用芯片产生PWM脉冲波，驱动四个桥臂的IGBT管工作，实现高效的DC/DC功率变换，为学生提供了全桥DC/DC变换电路的完整实验平台，有助于掌握全桥变换电路的设计与控制方法。

（十）DK19半桥型开关稳压电源

提供半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，采用电力MOSFET管作为主电力电子器件，运用专用PWM控制集成电路SG3525实现恒频脉宽调制控制，支持完成开关电路在开环与闭环下的负载特性测试以及电源电压波动对输出影响等实验，深入研究开关稳压电源的性能和特性。

（十一）DX17实验元器件

提供晶闸管（带RC吸收和保险丝保护）、压敏电阻（内部连成三角形接法作为过压保护元件）、二极管及灯座、RC吸收电路等实验所需的基础元器件，满足各类电力电子电路实验的搭建需求，同时保障实验的安全性和可靠性。

（十二）DK22单相交流调压/调功电路

根据教材设计，采用双向晶闸管作为电力电子器件，实现单相交流调压和交流调功的实验功能。交流调压实验采用双向触发二极管构成的触发控制电路，交流调功实验采用555时基电路组成的触发控制电路，为学生提供了完整的交流调压/调功电路实验平台，有助于理解交流电力控制技术的原理和应用。

（十三）DX14单端反激式隔离开关电源

输入交流电压为220V，输出一组直流电源，包括+5V2A等多种常用直流电压，为实验设备和电路提供稳定的电源支持，满足各类低电压实验模块的供电需求。

（十四）实验连接线

针对不同实验项目的特点，配备高可靠护套结构手枪插连接线和弹性铍轻铜裸露结构联接线两种实验连接线。强电连接线采用无氧铜抽丝制成，外包丁晴聚氯乙烯绝缘层，接触安全可靠；弱电连接线采用弹性铍轻铜材质，确保信号传输的稳定性。两种导线只能配合相应内孔的插座，大大提高了实验的安全性和合理性。

五、可开设的实验项目

（一）晶闸管触发电路实验

1. 单结晶体管触发电路实验，探究单结晶体管在触发电路中的工作原理和特性。

2. 正弦波同步移相触发电路实验，研究正弦波触发电路的移相特性及其在晶闸管控制中的应用。

3. 锯齿波同步移相触发电路实验，分析锯齿波触发电路的同步移相原理和性能特点。

4. 单相集成锯齿波触发电路实验（由TCA785组成），掌握基于TCA785芯片的单相集成触发电路的设计与调试方法。

5. 三相集成锯齿波触发电路实验（由KC04/KC09等组成），深入了解三相集成触发电路的工作原理和在三相整流电路中的应用。

（二）晶闸管线路实验

1. 单相半波可控整流电路实验，验证单相半波可控整流电路的工作原理，观察输出电压与触发角的关系。

2. 单相桥式半控整流电路实验，研究单相桥式半控整流电路的特性，分析其在不同负载下的工作情况。

3. 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验，掌握单相桥式全控整流电路的工作原理和有源逆变的实现条件，观察逆变过程中的电压、电流波形变化。

4. 三相半波可控整流电路实验，了解三相半波可控整流电路的工作特性，分析三相电源平衡条件下的输出性能。

5. 三相桥式半控整流电路实验，探究三相桥式半控整流电路的工作原理和在工业应用中的优势。

6. 三相半波有源逆变电路实验，研究三相半波有源逆变电路的实现方法和工作特性，掌握逆变电路的参数计算和波形分析。

7. 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验，深入理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理，分析其在不同触发控制策略下的性能表现。

8. 单相交流调压电路实验，掌握单相交流调压电路的工作原理和控制方法，观察输出电压随触发角变化的规律。

9. 单相交流调功电路实验，研究单相交流调功电路的工作特性，了解其在热工控制等领域的应用。

10. 三相交流调压电路实验，分析三相交流调压电路的工作原理和在三相交流电动机调速等方面的应用。

（三）电力电子器件特性及驱动保护实验

1. 单向晶闸管（SCR）特性实验，测定SCR的伏安特性曲线，研究其在不同门极触发条件下的开通和关断特性。

2. 可关断晶闸管（GTO）特性实验，探究GTO的特性曲线，了解其与普通晶闸管的区别和优势。

3. 功率场效应管（MOSFET）特性实验，分析MOSFET的输出特性和转移特性，掌握其在开关电路中的应用。

4. 功率晶体管（GTR）特性实验，研究GTR的输出特性和放大特性，了解其在电力电子电路中的工作原理。

5. 绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验，测定IGBT的特性曲线，掌握其驱动和保护要求。

6. 可关断晶闸管（GTO）驱动与保护电路实验，设计并测试GTO的驱动电路，研究其保护措施的有效性。

7. 功率场效应管（MOSFET）驱动与保护电路实验，构建MOSFET的驱动电路，分析其保护机制在实际应用中的作用。

8. 功率晶体管（GTR）驱动与保护电路实验，掌握GTR驱动电路的设计要点，验证保护电路在过流、过压等情况下的保护功能。

9. 绝缘双极性晶体管（IGBT）驱动与保护电路实验，深入了解IGBT驱动电路的组成和工作原理，测试保护电路在异常工况下的响应性能。

（四）典型新器件线路实验

1. 单相正弦波脉宽调制（SPWM）电源逆变电路实验，掌握SPWM逆变电路的工作原理，分析输出电压、电流波形及其谐波含量，了解滤波器对波形的影响。

2. 半桥型开关稳压电源的性能研究，测试半桥型开关稳压电源在不同输入电压和负载条件下的稳压性能、效率和动态响应，优化电路参数以提高电源性能。

3. 直流斩波电路的性能研究，包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路等六种典型斩波电路的实验，分析每种斩波电路的输入输出特性、效率和适用场景，掌握斩波电路的设计与控制方法。

4. 全桥DC/DC电源变换电路实验，研究全桥DC/DC变换电路的工作原理和控制策略，测试其在不同负载下的性能表现，包括输出电压调节范围、转换效率和动态响应等指标，掌握全桥变换电路的参数设计和优化方法。

六、实验测量仪表组件及挂箱明细表