DJ83A说明书.docx
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DJ83A说明书
目录
第一章DJ-83A型工业自动化实训装置简介2
第二章电力电子与自动控制实训的基本要求4
和安全操作说明4
第三章电力电子技术实训7
第一节单结晶体管触发电路实训7
第二节正弦波同步移相触发电路实训10
第三节锯齿波同步移相触发电路实训13
第四节单相半波可控整流电路实训16
第五节单相桥式半控整流电路实训19
第六节单相桥式全控整流电路实训22
第七节 三相半波可控整流电路实训24
第八节 三相桥式半控整流电路实训26
第九节三相桥式全控整流电路实训28
第十节单相交流调压电路实训30
第十一节单相交流调功电路实训33
第十二节三相交流调压电路实训36
第十三节SCR、MOSFET、GTR、IGBT、TRIAC特性实训38
第四章典型电力电子器件线路实训40
第一节全桥DC-DC变换电路实训40
第二节半桥型开关稳压电源的性能研究43
第三节直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）46
第五章直流电机调速系统实训51
第一节晶闸管直流调速系统主要单元的调试51
第二节电压单闭环不可逆直流调速系统实训53
第三节带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统实训56
第四节转速、电流双闭环直流调速系统实训60
第五节电压、电流双闭环直流调速系统实训64
第六节逻辑无环流可逆直流调速系统实训68
第七节双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H桥）74
第六章交流电机调速系统实训78
第一节双闭环三相异步电机调压调速系统实训78
第二节单相SPWM变频调速系统实训（选做）82
第一章DJ-83A型工业自动化实训装置简介
一、特点
1.本实训装置综合了电气工程、自动化、应用电子、供用电等多门课程的实验、实训项目，能满足各类学校相应课程的实验、实训教学，深度和广度可根据需要作灵活调整。
装置采用组件式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验实训项目，只需添加部件即可，永不淘汰。
2.装置采用组件式结构，组件面板采用铝质喷塑，不易发生变形和磨损，面板上标有原理图与测试点，图线分明，任务明确，操作、维护方便。
3.引用典型线路，模仿实际生产现场，这些系统基本上从相关工业产品移植而来，能很好的培养学生对波形分析、系统调试能力和技术知识应用的掌握。
4.装置由大大小小的系统构成，每个系统采用的元件、触发（驱动）电路、主电路、控制方式、控制对象及保护环节等，均通过精心设计，内容丰富多样，基本概括了当前工业上的技术应用，体现了实际工业应用的要求。
5.装置供电采用三相隔离变压器隔离，并设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，各测量仪表均有可靠的保护功能，使用安全可靠。
由于整套装置经过精心设计，加上可靠的元器件质量及可靠的工艺作为保障，产品性能优异，所有这些均为建设开放性实验室，创造了条件。
二、技术参数
1.输入电压：
三相四线制（或五线制）380V±10％50HZ
2.工作环境：
环境温度为-10℃～40℃相对湿度＜85％（25℃）海拔＜4000m
3.装置容量：
＜1.5kVA
4.外形尺寸:
1800mm×730mm×1650mm
5.安全性能：
带电压型和电流型双重漏电保护，安全符合相关国家安全标注
三、电源总控台
1、交流电源
三相四线（或五线）电网输入经电源总开关漏电保护器（容量10A，漏电动作电流≤30mA，动作时间≤0.1S）和交流接触器再到三相隔离变压器给实训设备供电；通过起动、停止、急停按钮控制交流接触器，设有供电指示灯及缺相指示。
提供三相0～450V可调交流电源，同时可得到单相0～250V可调的交流电源，配有一台三相同轴联动自耦调压器（规格：
1.5kVA、0～450V）。
可调交流电源输出处设有过流保护装置，当相间、线间过电流及直接短路均能自动保护，克服了调换保险丝带来的麻烦，并具有过流声光告警。
控制屏的供电由三相电网经三相漏电保护开关、电网电压指示表、熔断器、启/停按钮控制交流接触器输出，具有漏电声光告警、过流保护等功能，同时配有一只急停按钮，便于切断电源，还配有一只指针式交流电压表，通过切换和转换开关，可方便地指示三相电网和三相调压输出的每一相的线电压。
2、电流互感器
一组三相电流互感器三只。
3、高压直流稳压电源
励磁电源：
220V/0.5A，具有输出短路保护。
4、示波器支架
示波器支架设在电源箱的顶部，方便用户放置示波器。
5、人身安全保护体系
（1）三相隔离变压器一组：
三相电源首先通过三相漏电保护器，然后经接触器到隔离变压器，使输出与电网隔离（浮地设计），对人身安全起到一定的保护作用。
（2）电压型漏电保护器1：
对隔离变压器前的线路出现的漏电现象进行保护，使控制屏内的接触器跳闸，切断电源。
（3）电压型漏电保护器2：
对隔离变压器后的线路及实验过程中的接线等出现的漏电现象进行保护，发出声光报警信号并切断电源，确保人身安全。
（4）电流型漏电保护装置：
控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源。
（5）实训连接线及插座：
强、弱电连接及插座分开，不能混插。
强电连接线及插座采用全封闭工艺，使用安全、可靠、防触电。
6、仪器、仪表保护体系
（1）设有交流过流、短路保护器，如果三相隔离变压器或三相调压器输出电流大于整定电流（用户可调整）或线路错接短路时，即能发出声光告警并切断输出电源；待用电或线路故障排除后方可重新启动控制屏，对交流电源起到良好的保护作用
（2）设有直流电源过压、过流、及短路保护器,如果直流电源输出出现过压、过流、及线路错接短路时，即能发出声光告警并切断输出电源，待用电或线路故障排除后自动恢复输出，对直流电源起到良好的保护作用
（3）设有仪表超量程保护器，如果被测电压、电流大于测量仪表量程时，即能发出声光告警并切断输出电源，待选择正确量程后可重新启动使用，对仪表起到良好的保护作用
第二章电力电子与自动控制实训的基本要求
和安全操作说明
《半导体变流技术》、《电力电子技术》是电气工程及其自动化、自动化等专业的三大电子技术基础课程之一，《电力拖动自动控制系统》、《电机控制》是这些专业重要的专业课。
上述课程涉及面广，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等，而实训环节是这些课程的重要组成部分。
通过实训，可以加深对理论的理解，培养和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。
1-1实训的特点和要求
电力电子与自动控制实训的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。
电力电子技术与自动控制实训是上述课程理论教学的重要的补充和继续，而理论教学则是实训教学的基础。
学生在实训中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力；同时通过实训来验证理论，促使理论和实践相结合，使认识不断提高、深化。
具体地说，学生在完成指定的实训后，应具备以下能力:
（1）掌握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步调试和维护这些电路。
（2）掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法。
（3）能设计交、直流电机控制系统的具体实训线路，列出实训步骤。
（4）熟悉并掌握基本实训设备、测试仪器的性能及使用方法。
（5）能够运用理论知识对实训现象、结果进行分析和处理，解决实训中遇到的问题。
（6）能够综合实训数据，解释实训现象，编写实训报告。
本书介绍了约25个电力电子技术、电机控制方面的实训。
电力电子技术方面的实训可以完成三相全控整流电路、单相整流电路及各类触发电路、交流调压电路、自关断电力电子器件的驱动与保护电路等实训，直流调速系统实训可选择双闭环晶闸管不可逆直流调速系统、双闭环直流PWM（H桥）调速系统等实训，交流调速系统则可进行双闭环异步电机调压调速系统实训等。
1-2实训前的准备
实训准备即为实训的预习阶段，是保证实训能否顺利进行的必要步骤。
每次实训前都应先进行预习，从而提高实训质量和效率，否则就有可能在实训时不知如何下手，浪费时间，完不成实训要求，甚至有可能损坏实训装置。
因此，实训前应做到：
（1）复习教材中与实训有关的内容，熟悉与本次实训相关的理论知识。
（2）阅读本教材中的实训指导，了解本次实训的目的和内容；掌握本次实训系统的工作原理和方法；明确实训过程中应注意的问题。
（3）写出预习报告，其中应包括实训系统的详细接线图、实训步骤、数据记录表格等。
（4）进行实训分组，一般情况下，电力电子技术实训分组为每组1～2人，交、直流调速系统实训的实训小组为每组2～3人。
1-3实训实施
在完成理论学习、实训预习等环节后，就可进入实训实施阶段。
实训时要做到以下几点：
（1）实训开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实训的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实训。
（2）指导教师对实训装置作介绍，要求学生熟悉本次实训使用的实训设备、仪器，明确这些设备的功能与使用方法。
（3）按实训小组进行实训，实训小组成员应进行明确的分工，以保证实训操作协调，记录数据准确可靠，各人的任务应在实训进行中实行轮换，以便实训参加者能全面掌握实训技术，提高动手能力。
（4）按预习报告上的实训系统详细线路图进行接线，一般情况下，接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。
在进行调速系统实训时，也可由2人同时进行主电路和控制电路的接线。
（5）完成实训系统接线后，必须进行自查。
串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确;并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。
距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用2根导线在实训装置上的某接线端进行过渡连接。
（6）实训时，应按实训教材所提出的要求及步骤，逐项进行实训和操作。
除作阶跃启动实训外,系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位；测试记录点的分布应均匀；改接线路时，必须断开主电源方可进行。
实训中应观察实训现象是否正常，所得数据是否合理，实训结果是否与理论相一致。
（7）完成本次实训全部内容后，应请指导教师检查实训数据、记录的波形。
经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。
1-4实训总结
实训的最后阶段是实训总结，即对实训数据进行整理、绘制波形和图表、分析实训现象、撰写实训报告。
每位实训参与者都要独立完成一份实训报告，实训报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。
如实训结果与理论有较大出入时，不得随意修改实训数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而是用理论知识来分析实训数据和结果，解释实训现象，找出引起较大误差的原因。
实训报告的一般格式如下:
（1）实训名称、专业、班级、实训学生姓名、同组者姓名和实训时间。
（2）实训目的、实训线路、实训内容。
（3）实训设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实训装置编号。
（4）实训数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。
（5）画出与实训数据相对应的特性曲线及记录的波形。
（6）用理论知识对实训结果进行分析总结，得出明确的结论。
（7）对实训中出现的某些现象、遇到的问题进行分析、讨论，写出心得
体会，并对实训提出自己的建议和改进措施。
（8）实训报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
（9）每次实训每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
实训安全操作规程
为了顺利完成电力电子与自动控制实训，确保实训时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：
（1）在实训过程时，严禁实训人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。
（2）为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。
（3）为了提高实训过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
（4）如果在实训过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实训。
（5）在实训中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实训，以免损坏仪表、电源或负载。
（6）电源总控台以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实训选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果。
（7）在完成电流、转速闭环实训前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。
（8）除作阶跃起动实训外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。
（9）在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。
在完成实训时，要先关电枢电压，再关励磁电源。
第三章电力电子技术实训
本章节介绍电力电子技术基础的实训内容，其中包括单相、三相整流电路，直流斩波电路原理，单相、三相交流调压电路，晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、功率三极管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等新器件的特性及驱动与保护电路实训。
第一节单结晶体管触发电路实训
一、实训目的
（1）熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
（2）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤与方法。
（3）熟悉与掌握单结晶体管触发电路及其主要点的波形测量与分析。
（4）熟悉单结晶体管触发电路故障的分析与处理。
二、实训所需挂挂箱及附件
序号
型号
备注
1
电源总控台
该控制屏包含“三相交流电源”等模块
2
PAC05晶闸管触发电路组件
该挂箱包含“单结晶体管触发电路”等模块
3
总控台中交直流电源、变压器组件
该挂箱包含单相同步变压器等几个模块
4
双踪示波器
自备
三、实训线路及原理
利用单结晶体管（又称双基极二极管）的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图4-1所示。
图中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。
工作原理简述如下：
由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1全波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R5及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。
同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压UV，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。
在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。
电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。
单结晶体管触发电路的各点波形如图4-2所示。
电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。
图4-1单结晶体管触发电路原理图
图4-2单结晶体管触发电路各点的电压波形（α=900）
四、实训内容
（1）单结晶体管触发电路的调试。
（2）单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。
（3）单结晶体管触发电路故障的分析与处理。
五、实训方法
（1）单结晶体管触发电路故障的设置与分析请参考第二章有关内容
（2）单结晶体管触发电路的观测
用两根4号导线将电源总控台“三相交流电源”的单相220V交流电接到总控台中的单相同步变压器“～220V”输入端，再用两根3号导线将“～60V”输出端接PAC05“单结晶体管触发电路”模块“～60V”输入端，按下“启动”按钮，这时触发电路开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路经全波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30°～170°范围内移相?
（3）单结晶体管触发电路各点波形的记录
当α＝30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图4-2的各波形进行比较。
六、实训报告
（1）画出α=60°时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。
（2）对实训过程中出现的故障现象作出书面分析。
七、注意事项
双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
第二节正弦波同步移相触发电路实训
一、实训目的
（1）熟悉正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。
（2）掌握正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。
（3）熟悉与掌握正弦波同步移相触发电路及其主要点的波形测量与分析。
（4）熟悉正弦波同步移相触发电路故障的分析与处理。
二、实训所需挂箱及附件
序号
型号
备注
1
电源总控台
该控制屏包含“三相交流电源”等几个模块
2
PAC05晶闸管触发电路组件
该挂箱包含“正弦波同步触发电路”等模块
3
总控台中交直流电源、变压器组件
该挂箱包含“±15V”直流电源等几个模块
4
双踪示波器
自备
三、实训线路及原理
正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大灯环节组成，其原理如图4-3所示。
图4-3正弦波同步移相触发电路原理图
同步信号由同步变压器副边提供，三极管V1左边部分为同步移相环节，在V1的基极综合了同步信号电压Ur、偏移电压Ub及控制电压Uct（RP1电位器调节Uct，RP2调节Ub）。
调节RP1及RP2均可改变V1三极管的反转时刻，从而控制触发角的位置。
脉冲形成整形环节是一分立元件的集基耦合单稳态脉冲电路，V2的集电极耦合到V3的基极，V3的集电极通过C4、RP3耦合到V2的基极。
当V1未导通时，R5供给V2足够的基极电流使之饱和导通，V3截止。
电源电压通过R8、T1、VD5、V2对C4充电至15V左右，极性为左负右正。
当V1导通时，V1的集电极从高电位翻转为低电位，V2截止，V3导通，脉冲变压器输出脉冲。
由于设置了C4、RP3阻容正反馈电路，使V3加速导通，提高输出脉冲的前沿陡度。
同时V3导通经正反馈耦合，V2的基极保持低电压，V2维持截止状态，电容通过RP3、V3放电到零，再反向充电，当V2的基极升到0.7V后，V2从截止变为导通，V3从导通变为截止。
V2的基极电位上升0.7V的时间由其充放电时间常数所决定，改变RP3的阻值就改变了其时间常数，也就改变了输出脉冲的宽度。
正弦波同步移相触发电路的各点电压波形如图4-4所示。
电位器RP1、RP2、RP3均已安装在面板上，同步变压器副边已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。
图4-4正弦波同步移相触发电路的各点电压波形（α=0°）
四、实训内容
（1）正弦波同步移相触发电路的调试。
（2）正弦波同步移相触发电路中各点波形的观察。
（3）正弦波同步移相触发电路故障的分析与处理。
五、实训方法
（1）正弦波同步移相触发电路故障的设置与分析请参考第二章有关内容
（2）用两根4号导线将电源总控台“三相交流电源”的单相220V交流电接到总控台中的单相同步变压器“～220V”输入端，再用两根3号导线将“～30V”输出端接PAC05“正弦波同步移相触发电路”模块“～30V”输入端，三根2号导线将总控台中组件的一路±15V直流电源接到PAC05的±15V输入端口。
打开总控台中电源开关后，按下的“启动”按钮，这时触发电路开始工作，用双踪示波器观察正弦波同步触发电路各观察点的电压波形，并与图4-4中各点波形相比较。
（3）确定脉冲的初始相位
当Uct=0时（将RP1电位器逆时针旋到底），调节Ub（调RP2），使U4波形与图4-5中的TP4波形相同，使得触发脉冲的后沿接近90°。
（4）保持RP2电位器不变，顺时针旋转RP1（即逐渐增大Uct），用示波器观察同步电压信号及输出脉冲“5”点的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。
（5）调节Uct（调RP1），使α=60°，观察并记录面板上观察点“1”～“5”及输出脉冲“G1”、“K1”的电压波形及其幅值。
调节RP3，观测“5”点脉冲宽度的变化。
六、实训报告
（1）画出α=60°时，观察点“1”～“5”及输出脉冲电压的波形。
（2）指出Uct增加时,α应如何变化?
移相范围大约等于多少度?
指出同步电压的哪一段为脉冲移相范围。
（3）分析RP3对输出脉冲宽度的影响。
图4-5初始脉冲相位的确定（α接近90°）
七、注意事项
（1）参见本教材实训一的注意事项。
（2）由于正弦波触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如需将α调节到逆变区，除了调节RP1外，还需调节RP2电位器。
（3）由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。
第三节锯齿波同步移相触发电路实训
一、实训目的
（1）熟悉锯齿波同步移相触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
（2）掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。
（3）熟悉与掌握锯齿波同步移相触发电路及其主要点的波形测量与分析。
（4）熟悉锯齿波同步移相触发电路故障的分析与处理。
二、实训所需挂件及附件
序号
型 号
备 注
1
电源总控台
该控制屏包含“三相交流电源”等模块
2
PAC05晶闸管触发电路组件
该挂箱包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块
3
总控台中交直流电源、变压器组件
该挂箱包含“±15V”直流电源等几个模块
4
双踪示波器
自备
三、实训线路及原理
锯齿波同步移相触发电路I、II由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图4-6所示。
图4-6锯齿波同步移相触发电路I原理图
由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。
锯齿波的形成电路如图4-6中的恒流源（V1,R2,RP1,R3,V2）及电容C2和开关管V3所组成。
由V1、R2组成的稳压电路对V2管设置了一个固定基极电压，则V2发射极电压也恒定。
从而形成恒定电流对C2充电。
当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。
调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。
控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。
V6、V7构成脉冲形
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