SBXNY-DZ-011型新能源汽車電力電子實(shí)訓(xùn)臺

一、概 述

新能源汽車電力電子實(shí)訓(xùn)臺主要適用于新能源汽車相關(guān)專業(yè)的《驅(qū)動電機(jī)及控制技術(shù)》、《新能源汽車電力電子技術(shù)》、《電力變流技術(shù)》 等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)要求。電力電子實(shí)訓(xùn)臺以實(shí)訓(xùn)臺架及系統(tǒng)模塊化進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，實(shí)訓(xùn)臺集功率器件特性、單相整流電路、三相整流  電路、逆變電路、斬波電路、交流調(diào)壓電路和三相異步電機(jī)驅(qū)動實(shí)訓(xùn)功能于一體。培養(yǎng)學(xué)生對電力電子技術(shù)應(yīng)用在新能源汽車上的原理認(rèn)知、分析能力和動手能力。實(shí)訓(xùn)臺配套完整的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書，可引導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

  （設(shè)備參考圖片，具體以實(shí)物配置為準(zhǔn)）

二、技術(shù)特點(diǎn)

1、安全性可靠：本裝置通過隔離變壓器供電，而且具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，確保人身安全；根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備了兩種不同的實(shí)驗(yàn)連接線，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結(jié)構(gòu)聯(lián)接線，兩種導(dǎo)線都只能配合相應(yīng)內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全及合理性。

2、擴(kuò)展性強(qiáng)：能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)的深度與廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)地結(jié)合。裝置采用掛件式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開發(fā)新實(shí)驗(yàn)，只需添加部件即可，永不淘汰。

3、直觀性強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，正面為實(shí)驗(yàn)原理圖和測試點(diǎn)，增強(qiáng)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的感性認(rèn)識與理性認(rèn)識；面板布置合理，接插線方便，學(xué)生可獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)，有利于提高學(xué)生實(shí)際動手能力。

4、先進(jìn)性強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)涉及了常用的四大類變流技術(shù)實(shí)驗(yàn)，且多為廣泛應(yīng)用的實(shí)用電路，但為教學(xué)方便，又不失其簡潔性；本裝置又從新器件高度來考慮，加入了新器件的特性實(shí)驗(yàn)、新器件的驅(qū)動以及典型的新器件應(yīng)用的現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對新器件有足夠的認(rèn)識和了解，緊跟時(shí)代步伐。

三、技術(shù)性能

1.輸入電壓：三相四線～380V±10%  50Hz

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

3.裝置容量：＜1.5kVA

4.裝置尺寸：約1650mm×700mm×1600mm。

四、實(shí)訓(xùn)裝置基本配置

實(shí)訓(xùn)裝置由控制屏、實(shí)訓(xùn)桌以及各個實(shí)訓(xùn)組件構(gòu)成。

（一）控制屏：采用掛件式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、美觀大方，控制屏上層可掛實(shí)訓(xùn)組件。

（二）實(shí)訓(xùn)單元介紹：

1. PE-01模塊(三相空氣開關(guān)及短路保護(hù)模塊)

三相四線（或五線）電網(wǎng)電源輸入經(jīng)電源總開關(guān)漏電保護(hù)器（容量10A，漏電動作電流≤30mA，動作時(shí)間≤0.1S）和三相熔斷保護(hù)器后，輸出三相～380V交流電源到接線端L1、L2、L3、N、PE，設(shè)有輸出相燈指示器。

2.PE-02模塊(三相變壓器模塊)該組件由三相芯式變壓器組成，三相電源變壓器作為整流變壓器使用，該變壓器副邊繞組帶有抽頭，原、副邊繞組的相電壓為220V/45V/90V。(如果Y/Y/Y 接法，則線電壓為380V/78V/156V )。三相電源開關(guān)S，撥向"0"為關(guān)，撥向"1"為開。 本掛件還可提供一個220V直流電源，該電源帶有電源開關(guān)，熔絲保護(hù)，輸出指示等功能。

3.PE-03模塊（功率二極管單元）該掛件提供1個24V/15W燈泡負(fù)載，6個二極管單元，可作為普通的整流二極管來使用，也可用做晶閘管實(shí)訓(xùn)帶電感性負(fù)載時(shí)所接的續(xù)流二極管使用。提供一個電解電容單元，可作為濾波電容使用。提供一個單相變壓器，可做單相整流變壓器使用。

4.PE-04模塊（R/L負(fù)載板）

提供500歐姆大功率電阻負(fù)載1只，0-100mH-200mH-700mH平波電抗器感性負(fù)載1只，續(xù)流二極管一只。

5.PE-05模塊（真有效值交流數(shù)字儀表）真有效值數(shù)字儀表提供真有效值交流數(shù)字電壓表一塊，真有效值交流數(shù)字電流表一塊，用于測量交流電路的電壓和電流。電壓表，電流表都是多量程儀表，可手動和自動換擋。

6.PE-06模塊（直流數(shù)字儀表）提供直流數(shù)字電壓表一塊，直流數(shù)字電流表一塊。直流電壓表、直流電流表都是多量程儀表，手動和自動換擋。

7.PE-07模塊（直流斬波電路）該掛件通過利用主電路元器件的自由組合，可構(gòu)成降壓斬波電路(Buck Chopper)、升壓斬波電路(Boost Chopper)、升降壓斬波電路(Boost-Buck Chopper)等三種電路實(shí)訓(xùn)。

1）主電路接線圖：包括三種電路實(shí)訓(xùn)詳細(xì)接線圖，在實(shí)訓(xùn)過程中按原器件標(biāo)號進(jìn)行接線。

2）主電路原器件：實(shí)訓(xùn)中所用的器件，包括電容、電感、IGBT，二極管等。

3）整流與濾波電路：提供單相整流與濾波電路，為斬波電路提供直流電源。

4）控制與驅(qū)動電路：PWM發(fā)生器由SG3525構(gòu)成，具體原理見實(shí)訓(xùn)部分。調(diào)節(jié)"PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器"改變輸出的觸發(fā)信號脈寬。

8.PE-08模塊（功率器件特性模塊）該模塊有SCR(單相晶閘管)、MOSFET(功率場效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣雙極性晶體管)三種功率器件。可完成SCR、MOSFET、IGBT的特性實(shí)訓(xùn)，測定新器件的特性曲線。

9. PE-09 模塊（直流電源）該掛件提供±15V直流電源，+12V電源，同時(shí)提供交流220V電源輸入接口。

10. PE-10 組件（同步變壓器模塊）該組件由0-1開關(guān)和1個三相同步變壓器組成，主要用于給PE-11模塊TC787集成觸發(fā)電路提供同步信號。0-1開關(guān)起保護(hù)作用，可以方便的控制電源的接通與關(guān)斷。該掛件同時(shí)為PE-11雙脈沖控制器提供移相給定電源，+15V和GND需從PE-09模塊輸入。

11. PE-11 模塊（雙脈沖控制器）  TC787是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照國外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路。它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和變流裝置。經(jīng)過功放電路放大的觸發(fā)脈沖，通過專用的導(dǎo)線將輸出端連接至相應(yīng)的晶閘管的門極和陰極，詳細(xì)的接口情況見實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

12.PE-12 組件（可控硅單元）  該掛件提供6只單向晶閘管（型號為KP5A），其面板如下圖所示。利用該模塊可做可控整流等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

13.PE-13 組件（TCA785單相晶閘管觸發(fā)電路）工業(yè)現(xiàn)場正在使用的新型晶閘管集成觸發(fā)電路主要有西門子TCA785，與KC04等相比它對零點(diǎn)的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度好，移相范圍更寬，同時(shí)它輸出的脈沖可以人為自由調(diào)節(jié)。

鋸齒波斜率由電位器RP1調(diào)節(jié)，RP2電位器調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角。

鎖緊電位器RP1、多圈電位器RP2均安裝在面板上，所有的測試信號都在面板上引出。

14.PE-14模塊（SPWM單相交直交變頻原理及濾波電路）該掛件主要完成單相交直交變頻原理實(shí)驗(yàn)。

1）主電路

主電路由四個IGBT及LC濾波電路組成，左側(cè)為45V的交流電壓輸入，右側(cè)輸出經(jīng)LC低通濾波后的交流信號。

2）驅(qū)動電路

驅(qū)動電路由IGBT專用驅(qū)動電路M57962L構(gòu)成，具有驅(qū)動、隔離、保護(hù)等功能。

3）控制電路

控制電路由兩片8038及外圍元器件等組成，其中一片8038產(chǎn)生一路鋸齒波，另一片產(chǎn)生一路頻率可調(diào)的正弦波，調(diào)節(jié)"正弦波頻率調(diào)節(jié)電位器"可調(diào)節(jié)正弦波的頻率。

為了讓學(xué)生能比較清晰的觀測到SPWM信號，鋸齒波的頻率分為兩擋，可通過鈕子開關(guān)進(jìn)行切換。當(dāng)鈕子開關(guān)撥到運(yùn)行側(cè)時(shí)，輸出頻率為較高頻率，可減少輸出諧波分量，當(dāng)鈕子開關(guān)撥到測試側(cè)，輸出為較低頻率，方便用普通示波器觀測SPWM信號。

15.PE-15模塊（燈泡負(fù)載板）該組件由3個250V/3A燈座組成，可接220V/15W燈泡作電阻性負(fù)載使用。也可作為三相交流調(diào)壓負(fù)載使用。

16.PE-16模塊（斬控式交流調(diào)壓電路）該掛件完成斬控式交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)，主要由控制電路、主電路、電阻及電感性負(fù)載等組成。

17.PE-17模塊（交流電機(jī)調(diào)速控制板）該模塊提供三相電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，展示變頻調(diào)速原理。

18.PE-18 三相異步電機(jī)提供三相異步電機(jī)1臺，380V/Y接法，180W。

19.實(shí)訓(xùn)連接線根據(jù)不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)訓(xùn)聯(lián)接線，強(qiáng)電部分采用高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接線，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)件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用彈性鈹輕銅裸露結(jié)構(gòu)聯(lián)接線，兩種導(dǎo)線都只能配合相應(yīng)內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實(shí)訓(xùn)的安全及合理性。

20.實(shí)訓(xùn)桌

1)實(shí)訓(xùn)桌采用四個工業(yè)鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調(diào)節(jié)腳，方便高度調(diào)節(jié)，主體結(jié)構(gòu)通過左、右各2個C字形鋁壓成型構(gòu)件聯(lián)接，臺面高度約800mm，桌面板下設(shè)支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內(nèi)適用工業(yè)鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構(gòu)件為左、右對稱件，采用壓鑄成型工藝，經(jīng)機(jī)加工、拋丸、噴砂，表面藍(lán)色靜電噴涂工藝。

2)實(shí)訓(xùn)桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級；

3)實(shí)訓(xùn)儲物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結(jié)構(gòu)，表面靜電噴涂；柜體設(shè)有雙門柜用于放置實(shí)訓(xùn)掛箱，設(shè)有二個抽屜用于放置實(shí)訓(xùn)導(dǎo)線和指導(dǎo)書等。

五、輔助教學(xué)數(shù)字資源軟件（網(wǎng)絡(luò)版）

（1）電機(jī)與變壓器仿真教學(xué)軟件

（2）電力拖動仿真教學(xué)軟件

（3）電工作業(yè)培訓(xùn)仿真教學(xué)軟件（包含用電安全與觸電急救）

 六、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

（一）功率器件特性實(shí)訓(xùn)（SCR、MOSFET、IGBT）

1-1 功率器件（SCR、MOSFET、IGBT）工作特性測試

1-2 續(xù)流反向二極管的作用研究

1-3 新能源車載可控硅調(diào)光照明電路研究

（二）單相整流電路實(shí)訓(xùn)（AC-DC）

2-1 單相（半波、橋式、全波）不可控整流電路測量

2-2單相半波全控整流電路實(shí)驗(yàn)

2-3單相橋式半控整流電路測量

2-4單相橋式全控整流電路測量

2-5電網(wǎng)同步信號對于整流電路觸發(fā)角度的影響

2-6.單相整流電路應(yīng)用--新能源汽車蓄電池充電器電路原理

（三）三相整流電路實(shí)訓(xùn)（AC-DC）

3-1 三相半波不可控整流電路測量

3-2三相半波可控整流電路測量

3-3三相橋式半控整流電路測量

3-4 三相橋式全控整流電路測量（電阻及電感性負(fù)載）

3-5 三相輸入電壓相序及同步信號對于整流電路觸發(fā)角度的影響

3-6 三相整流電路應(yīng)用-新能源汽車制動能量回收過程的模擬及電路原理

（四）逆變電路實(shí)訓(xùn)（DC-AC）

4-1 PWM脈沖寬度調(diào)制方法

4-2單相橋式正弦逆變電路（AC-DC-AC）

（五）斬波電路實(shí)訓(xùn)（DC-DC）

5-1 Buck /Boost/Boost-Buck型直流斬波電路

5-2斬波電路應(yīng)用一--新能源汽車輔助系統(tǒng)供電電路

5-3斬波電路應(yīng)用二--新能源汽車不同直流電壓等級電源的來源

（六）交流調(diào)壓電路實(shí)訓(xùn)（AC-AC）

6-1相控交流調(diào)壓電路測量

6-2斬控交流調(diào)壓電路測量

6-3交流調(diào)壓輸出電壓控制電路測量

七、新能源汽車電力電子實(shí)訓(xùn)臺配置清單