电力电子技术教学实验台

一、基本要求

1 、需将目前新的的电力电子应用在实践教学中，使学生在学校掌握新的的电气传动应用技术；

2 、通过这个平台，学生可完成课程实验、毕业设计、综合实验、创新性实验、研究性实验，达到培养高水平技术人才的目标；

3 、需融合传统和现代的电力电子技术等实验要求，满足电力电子技术课程教学要求。

二、实验内容要求（投标商需提供设备的详细配置清单）

1 、电力电子技术（晶闸管部分）

1 ）锯齿波同步移相触发电路实验；

2 ）单相桥式半控整流电路实验；

3 ）单相桥式全控整流电路实验；

4 ）单相桥式有源逆变电路实验；

5 ）三相半波可控整流电路的研究；

6 ）晶闸管三相半波有源逆变电路的研究；

7 ）三相桥式半控整流电路实验；

8 ）三相桥式全控整流及有源逆变电路实验；

9 ）单相交流调压电路实验；

10 ）三相交流调压电路实验；

2 、电力电子器件实验（全控型器件特性部分）

1 ）功率场效应晶体管 (MOSFET) 的主要参数测量；

2 ）功率场效应晶体管 (MOSFET) 的驱动电路研究；

3 ）绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 特性及其驱动电路的研究；

4 ）电力晶体管（ GTR ）驱动电路的研究；

5 ）电力晶体管（ GTR ）的特性研究。；

3 、电力电子技术（全控型器件典型线路部分）

1 ）直流斩波电路（ Buck 、 Cuk 、 Boost 、 Sepic 、 Buck-Boost 、 Zeta 等六种电路）的性能研究；

2 ）单相交直交变频电路的性能研究；

3 ）全桥 DC/DC 变换电路实验；

4 、研究型电力电子技术实验

基于 Matlab 开发的研究型数字电力电子技术实验：

1 ）单端正激开关电源实验；

2 ）单端反激开关电源实验；

3 ）单相 Boost 型 APFC 有源功率因数校正实验；

5 、基于 XPC 模式的数字电力电子系统实验

1 ）直流斩波实验（ Buck 变换器）；

2 ）直流斩波实验（ Boost 变换器）；

3 ）直流斩波实验（ Buck-Boost 变换器）；

4 ）半桥电源变换器；

5 ）全桥电源变换器；

三、技术条件要求

1 、输入电源：三相四线（或三相五线）～ 380V ± 10% 50Hz ，整机功率 1.5kW 左右；

2 、安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准；

3 、实验装置尺寸： 1.8mX0.75mX1.6m 左右。

四、技术性能要求

1 、设备安全要求： 要求提供完善的人身安全和设备安全保护功能，请投标商在投标书中详细描述；

2 、设备结构要求

设备由控制屏、实验桌、实验模块和实验导线等组成。控制屏固定了各种测量仪表及实验电源，并能同时容纳多个实验模块。实验模块采用挂箱结构形式，便于实验功能的更换和扩展。请在投标书中提供设备整机图片；

3 、设备配置的实验电源要求

1 ）单、三相交流电源：通过开关切换分别输出三相 200V 和 230V 交流电源，给直流调速和交流调速提供输入电源，带过流和短路保护；

2 ） 220V/0.5A 直流励磁电源：供直流电动机和直流发电机励磁绕组；

3 ）低压直流稳压电源：要求提供± 15V/1A 直流稳压电源。

4 、设备配置的测量仪表要求

要求提供该指针式测量仪表；

直流电压表：要求测量精度为 1 级，测量范围为± 300V 的指针电压表；

直流电流表：要求测量精度为 1 级，测量范围为± 2A 的指针电流表；

交流电压表：要求测量精度为 1 级，测量范围为 300V 的指针电压表；

交流电流表：要求测量精度为 1 级，测量范围为 1A 的指针电流表；

5 、研究型电力电子技术组件（整个实验室配 1 套，用于创新和综合设计应用）

1 ）要求通过 labview 作为人机界面开发环境直接通过 labview 下的虚拟控制界面实现电压电流参数的实时采集以及对执行机构的实时控制，不需要另行配置示波器等检测仪器；

2 ）要求能够通过 matlab 软件或汇编语言进行算法修改（二次开发功能），通过直接打开 Simulink 库搭建控制的各种实验算法，直接在 matlab 软件内点击编译后，即可看到用来下载 DSP 程序的 CCS 集成开发软件会自动打开，并且 MATLAB 编译生成的汇编语言会自动链接到自动打开的 CCS 软件中去，现场可以通过 matlab 的命令窗口和 CCS 的程序窗口看到上述的动态交互式程序下载过程，最后 CCS 将 MATLAB 中 Simulink 库编译生成的汇编语言实时下载到 DSP 中去，并能够通过 CCS 编程环境实现在线实时监控运行，要求可完成以下电力电子线路实验： 1. 单端正激开关电源实验 2. 单端反激开关电源实验 3.APFC 有源功率因数校正实验。提供 DSP 下载器一套。

6 、常规实验装置挂件要求

1 ） 提供平波电抗器和 RC 滤波电路一套；

2 ）提供± 15V 给定（带监视仪表）以及量程为 0-2A 的直流电流表一只；

3 ）提供三相触发电路及主回路一套；

4 ）三相触发电路：采用数字集成电路，要求可模拟三相整流电路丢脉冲或逆变电路颠覆的故障现象；

主回路：提供 12 只可孔硅， 6 只二极管；

5 ）直流斩波电路模块

要求提供两种独立的升降压电路，同时提供六种斩波电路（ Buck 、 Cuk 、 Boost 、 Sepic 、 Buck-Boost 、 Zeta ）的器件供学生自行设计电路，每种斩波电路需独立引出观察孔；

6 ）电力电子线路模块

提供单相交直流变频电路，控制回路采用 SPWM 波形；

7 ）直流脉宽调速模块

提供直流脉宽调速系统，内含 H 桥主回路（采用 IGBT 构建），控制回路采用基于 SG3525 集成芯片设计的 PWM 发生器；

8 ）驱动器件模块

提供 GTR 、 MOSFEF 、 IGBT 等电力电子器件一套，每个器件提供独立应的驱动电路，留有波形观察孔，具备短路、 du/dt 、 di/dt 等保护。

7 、数字电力电子技术要求说明 （提供实物图片，整个实验室配 1 套，用于创新和综合设计应用）：

7.1 软件系统功能要求

(1) 学生通过自行编程设计，利用 MATLAB/Simulink 按照理论框图搭建搭建自己的控制算法进行快速原型化设计，然后借助本实验装置完成硬件在回路仿真，达到快速原型化设计的目的。在该模式下只需要安照理论框图或控制流程，通过简单直观的 Simulink 框图搭建操作就可构造出复杂的控制算法，达到实时在线实时控制的效果，便于进行教学或科研等工作；

(2) 要求采用主机—目标机的“双机”模式 ，主机用于运行 MATLAB 和 Simulink ，而目标机则用于执行 RTW 和 C 编译器生成的可执行代码。利用 xPC Target 能把 Simulnk 模型和物理系统连接起来并且在任何 PC 硬件上实时运行；

(3) 要求提供基于 XPC Target 下的 Matlab Simulink 模块库，模块库包含有脉宽调制 (XPC PWMs) 模块 ，模拟量输入 (AD) 模块，模拟量输出 (DA) 模块，定时器 (Timer) 模块，正交编码电路（ QEP ）模块 , 捕获（ CAP ）模块 , 异步中断请求模块 , 数字量输入 / 输出模块等各种功能模块；

(4) 能够实现在程序运行的过程中监测、跟踪和记录信号数据，用信号记录可获得程序执行期间的数据，将采集到的信号上传到主机用于显示、分析；

(5) 能够实现示波器定义和控制 , 可以用于主机或目标机来监测和获取信号数据。同一个示波器上可显示多条曲线，还可以同时定义多个示波器；

7.2 基于 XPC 模式的数字电力电子系统硬件参数要求说明。

1) 提供实时采集控制板组件系统，技术参数要求： 6 路模拟量输入：输入电压 0-5V 、 0-10V 、 0- ± 10V 可选； 6 路独立 AD 转换，转换速率 300KHz ； 2 路模拟量输出：输出电压 0-10V 、 0- ± 10V 可选； 2 路独立 DA 转换，转换速率 1MHz ； 8 路 PWM 输出： TTL 电平；最高调制频率 50KHz ；占空比最小时间调节 5ns ； 6 路开关量输入信号： TTL 电平；

6 路开关量输出信号： TTL 电平； 1 个位置检测接口：可用于无刷电机、开关磁阻电机位置检测信号的输入；

1 个光电编码器接口：可用于异步电机、交流伺服电机等光电编码器信号的输入；要求实时板卡和实时采集控制板之间所有数据信号需经过 ISO 高速数字隔离电路，杜绝了 PCI 实时板卡受物理对象的干扰 , 降低了实时板卡损坏的几率。

2) 提供直流斩波电路组件系统，技术参数要求：要求直流电源采用 24V/4.5A 开关电源，有过流保护功能，输出电压稳定。斩波电路功率器件采用 18A/200V 的 MOSFET 管，驱动电路采用了知名公司生产的专用集成驱动芯片。

提供 Buck 变换器、 Boost 变换器、 Buck-Boost 变换器，每个变换器上均设置了多个观测点，可以观测驱动波形， MOSFET 的电压、电流，电感的电压、电流，二极管的电压、电流，输出电压等波形。

3) 提供半桥、全桥变换器组件系统，技术参数要求：要求隔离型半桥开关电源输入 AC 220V ± 20%/50Hz, 控制频率 24KHz ，额定输出 DC 48V/1A 。隔离型全桥开关电源输入 AC 220V ± 20%/50Hz, 控制频率 24KHz ，额定输出 DC48V/1A 。

4 ） 提供 XPC 控制器， 整个实验室 1 套，用于运行 XPC 实时内核，具体参数由投标厂家在投标书里详细说明。

8 、投标文件中提供数字电力电子技术设计开发教学系统软件著作权证书扫描件。

五、配套检测工具包

（ 1 ）数字示波器

1 、带宽 100MHz ，采样率 2GSa/s ；

2 、幅值档位（ 500uV/div~10V/div ）；

3 、时基范围（ 1ns/div~1000s/div) ；

4 、最高支持存储深度达 56Mpts ；

5 、波形捕获率达 50,000 个波形每秒；

6 、 256 级波形灰度显示；

7 、标配多达 65 ， 000 帧的硬件实时波形录制，回放，分析功能；

8 、标配触发：边沿、脉宽、欠幅、斜率、视频、码型、建立 / 保持、 RS232 、 IIC 、 SPI ；

9 、接口 :USB Host/Device ， LAN ， AUX ；

10 、 8 英寸 TFT WVGA （ 800 × 480 ）显示屏；

11 、为保证设备性能稳定 , 改善电路的频率特性 , 采用多层电路板工艺；

12 、提供三年无忧服务；

13 、设备支持与网络实验室管理系统连接。

（ 2 ）数字万用电表

1 、显示器 :256x64 点阵显示器；

2 、读书分辨率 :5 位半 , 最高位可以是 0,1,2. 最大读书为 : +- 240000 ；

3 、基本直流精度 : 0.015 % ；

4 、测量功能 : 直流电压 , 交流电压 , 直流电流 , 交流电流 , 二线电阻 , 四线电阻 , 二极管 , 通断测试 , 频率和周期 , 电容 , 任意传感器；

5 、测量速率 :DCV 最快速率 123 读数 / 秒；

6 、测量范围 :

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 : 将仪器的所有配置通过 U 盘备份或者克隆到其他同型号设备；

8 、标配 :USB,GPIB,RS-232 和 LAN ；