DS-ZH31型电气控制综合实验系统
DS-ZH31型电气控制综合实验系统
一、产品简介
DS-ZH31型电气控制综合实验系统是针对工科高校本、专科电气信息类电气工程及其自动化专业以及自动化专业的实验教学而设计的，适合于《电力电子技术》、《电器控制技术》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《变频技术》以及《电机与拖动基础》等多门课程的教学实验。
实验系统在坚持原有功能多、可扩展性强的原则同时，进一步提高了实验内容设置的系统性。实验系统主体结构和基本功能单元与老型号相似，仍然采用固定单元和活动挂件组合的形式，在功能单元的划分和布局方面较原来型号有较大改进。新单元的划分提高了实验单元的通用性，降低了功能单元的冗余，提高了产品的可靠性，从而大大降低了产品的生产和维护费用。
二、产品特点
1、 面板颜色采用银灰色，面板上的插线孔根据功能和信号的性质不同采用不同颜色和大小加以区分，使实验线路清晰明了，同时又提高了实验系统整体的美观性。
2、 机组颜色采用的是与面板类似的银灰色，不仅外形精美，也能与实验系统很好的融为一体，提高了实验系统的档次。
3、 实验系统功能单元布局采用主电路在右，控制电路在左上，检测单元和系统操作单元在左下的原则；使系统的功能分布明了，实验连线方便。操作人员可以远离主电路，使实验更安全。强弱电电路的分开布局使电路之间的干扰降低，提高了实验系统的可靠性。系统布局示意图见图1。
4、 面板采用轻型绝缘材料，挂件内功能单元的合理布局使得挂件的体积和重量都大幅降低，更加方便实验过程中的更换，同时也有利于储运。
5、 系统具有“漏电”、“过压”、“欠压”、“过流”、“缺相”、“乱序”、“欠磁”等完备的保护功能，而且在出现错误的时候可以通过声音和指示灯给出双重提示，同时切断主电源。报警信号需要通过外部的复位按钮进行清除，更有利于错误的准确定位。保护功能可以根据实验的需要进行选择，保护功能可以通过系统工作模式开关进行设定，使系统更灵活。
6、 系统提供了漏电保护功能，以避免出现异常造成触电情况；高压输入端没有外引，大大降低了触电的几率；高压输出则采用隔离变压器与电网隔离，可以有效防止触电。
7、 所有主电路挂箱都有可方便更换的熔断器或者自恢复保险，能够更可靠地保护设备安全。在成本允许的情况下将由于误操作造成的设备损失降到最低。
8、 各功率输出部分（如电源、变压器），都采用了自恢复的保护或者廉价优质的面板安装式保险管，提高了产品的可靠性，降低了维护成本，进一步让利于用户。
9、 单元电路都相应采取了抗干扰设计，使系统工作更可靠。
10、 重要器件采用外国先进设备，如IPM模块采用三菱公司的PM25RSB120三相智能功率模块；光电旋转编码器采用日本欧姆龙公司的E6B2-CWZ6C光电旋转编码器等等。这些都增加了设备工作的稳定性及可靠性。
11、 实验系统中的每个挂件都配有详细的使用说明书，而且根据不同的系统配置编写了多种实验指南，包括《直流调速系统实验指南》、《交流调速系统实验指南》、《电力电子技术实验指南》、《电机与拖动实验指南》、《电器控制实验指南》、《自动控制原理实验指南》等等。
三、实验屏技术说明
(1) 电源控制和故障指示单元：提供系统设置、电源控制和保护功能，面板上包含：
1、 总电源钥匙开关及电源指示灯；
2、 控制电源保险管，方便更换；
3、 机柜工作模式选择及指示；
4、 控制电源指示灯（+5V、+12V、-12V）；
5、 综合保护电路的扩展输入输出端；
6、 复位按钮；
7、 错误指示（A相、B相、C相、过压、欠压、缺相、乱序、弱磁、过流）、错误声音报警、止铃按钮；
8、 主电源开按钮、主电源关按钮、主电源指示灯；
9、 控制电源开按钮、控制电源关按钮、控制电源指示灯。
(2) 转速检测及变换单元：面板上有电路示意图，具体包含：
1、 编码器输入接口（采用9芯航空插座）；
2、 正交脉冲（A、B）和index信号Z脉冲输出孔；
3、 转速同极性模拟量输出（-10V~+10V）；
4、 反极性模拟量输出（-10V~+10V）；
5、 模拟转速幅度调节旋钮；
6、 转速显示表（-1999~+2000rpm）。
(3) 计算机电机控制接口单元，该单元用于扩展实现PC机模式下的智能算法电机调速实验，配套计算机调速研究集成开发软件及C语言算法的实验控制程序，面板上包含：
1、 8路AD（-10~+10V）；
2、 2路DA（-5V~+5V）；
3、 8路DI（TTL或CMOS）；
4、 8路DO（TTL）；
5、 一个串口；
6、 一个并口；
7、 一个USB接口；
8、 两个虚拟仪器输入通道（BNC标准）。
(4) 三相电流检测及变换单元：本单元为系统交流主回路电流检测变换专用单元，检测元件为电流互感器，单元中包括：
1、 主电路电流波形测试点；
2、 电流变换正输出（0~+10V）；
3、 电流变换负输出（0~-10V）；
4、 电流变换输出幅度调节旋钮；
5、 过流测试点、过流值整定旋钮。
(5) 电流检测及变换单元：此单元提供两组通用电流检测单元，检测元件采用霍尔电流传感器，实验中可同时测量两路交流电流、或者直流电流。测量范围0~10A。每组单元中包括：
1、 电流输入环节；
2、 电流显示、交直流显示切换开关；
3、 变换输出幅度调节旋钮；
4、 变换后正输出（0~+10V）；
5、 变换负输出（0~-10V）；
6、 变换跟随输出（-10V~+10V）。
(6) 三相电压检测及变换单元：本单元用于检测对称三相交流电压，检测元件为三相电压互感器。输入范围三相交流 0~380V。单元中包括：
1、 电压输入端；
2、 变换后正输出（0~+10V）；
3、 变换负输出（0~-10V）；
4、 变换输出幅度调节旋钮。
(7) 电压检测及变换单元：通用电压检测单元，可检测交直流电压，检测元件为显性光耦，测量范围-700V~+700V。单元中包括：
1、 电压输入端；
2、 电压显示表；
3、 交直流显示切换开关；
4、 变换输出幅度调节旋钮；
5、 变换后正输出（0~+10V）；
6、 变换负输出（0~-10V）；
7、 变换跟随输出（-10V~+10V）。
(8) 智能负载控制器单元：此单元用于控制磁粉制动器，实现负载模拟功能，可提供转矩0~2N﹒m，最大功率200W，可以实现智能负载信号给定，该单元可以实现函数型负载给定、功率型负载给定、恒转矩型给定3种模式，输出信号显示分为N.M和W两种单位模式。单元中包括：
1、 负载模式选择及指示；
2、 负载给定旋钮；
3、 负载给定及速度输入复用插孔；
4、 负载输出曲线测试点；
5、 负载输出显示表、负载输出显示单位指示（N﹒m或W）；
6、 磁粉制动器接口。
(9) 三相同步变压器单元：同步变压器单元，提供三相同步信号测试点以及两路同步信号输出接口，同步信号有效值为6V。
(10) 两路独立输出的可调直流电源
1、 可调励磁电源：两组独立可调开关稳压电源，输出范围为直流80~110V，通过面板上的旋钮电位器调节，最大输出时电流不超过0.28安，专门为直流电动机和直流发电机提供励磁；
2、 数显电压表：两组电源公用一个输出指示表，通过面板上的开关切换显示哪组输出；
3、 电源具有过载及短路保护功能。
(11) 平波电抗器单元：提供一个200mH/2A的工频电抗器，为调速实验中平滑主回路电流。
(12) 两组双刀开关单元：配置两组双刀双掷开关，电流容量10A，为电机拖动实验时切换线路设置。
(13) 电机接口单元
1、 直流发电机接口：通过面板上一个5芯的航空插座与发电机相连，在面板上将接点转换成标准插孔，并配有电机图形符号和接点标识，使实验接线方便又形象直观。
2、 直流电动机接口：通过面板上一个5芯的航空插座与电动机相连，在面板上将接点转换成标准插孔，并配有电机图形符号和接点标识，使实验接线方便又形象直观。
3、 三相鼠笼式异步电动机接口：通过面板上一个7芯的航空插座与电动机相连，在面板上将接点转换成标准插孔，并配有电机图形符号和接点标识，使实验接线方便又形象直观。
4、 三相绕线式异步电动机接口：通过面板上一个9芯的航空插座与电动机相连，在面板上将接点转换成标准插孔，并配有电机图形符号和接点标识，使实验接线方便又形象直观。
(14) 三相主电路电源单元
1、 三相隔离变压器：置于机柜内部，使主回路电源与电网隔离，该设备是一套独立的模组，外围具有专用的机箱保护，所有输入和输出的接线端子引接到机箱壳上，机壳带有散热孔及4个橡胶软垫，该单元采用三相输入，3组独立的三相固定电源输出，分别为三相380V、三相220V、三相90V，同时可得到单相220V、110V、56V等，供电容量不小于960W，自重30kg，性能稳定安全，为整台设备提供安全的，与大地不形成回路交流“浮地”电源，可有效防止常见的触电事故；
2、 三相带漏电保护空气开关：漏电流超过30mA自动切断电源。
3、 三相电源电压显示：数字显示主电源相电压值，监测每一路电压值；
4、 主电源隔离测试点：主电源波形和相位测试点，可在同步信号相位整定时提供低压参考信号。
四、活动挂件及机组
五、可完成的实验项目
（1） 直流电机调速技术实验项目
Ⅰ 以晶闸管全控桥构成主电路基于晶闸管变流技术的直流电机调速系统
实验一 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统
实验三 转速、电流、电流变化率三闭环直流调速系统
实验四 转速、电流、电压三闭环直流调速系统
实验五 逻辑无环流可逆直流调速系统
实验六 错位无环流可逆直流调速系统
Ⅱ 以全控型器件三菱IPM模块构成主电路的基于PWM脉宽调制技术的直流电机调速系统
实验一 带电流截止负反馈的转速负反馈单极性PWM不可逆直流调速系统
实验二 转速、电流双闭环单极性PWM不可逆直流调速系统
实验三 带电流截止负反馈的转速负反馈双极性PWM不可逆直流调速系统
实验四 转速、电流双闭环双极性PWM不可逆直流调速系统
实验五 转速、电流双闭环双极性PWM可逆直流调速系统
（2） 交流电机调速技术实验项目
Ⅰ 以双向晶闸管构成主电路的异步电动机交流调压调速系统
实验一 鼠笼式转子异步电动机开环变压调速系统
实验二 转速、电流双闭环控制的鼠笼式转子异步电动机变压调速系统
Ⅱ 以全控型功率器件三菱IPM模块构成主电路的鼠笼式三相异步电动机变频调速系统
实验一 恒压频比控制的异步电动机的机械特性研究
实验二 转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统
实验三 转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统
实验四 转速、电流双闭环的电压源型异步电动机变频调速系统
实验五 转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统
（3） 典型电力电子器件实验
实验一 单结晶体管触发电路的研究
实验二 单相锯齿波移相触发电路的研究
实验三 三相锯齿波移相触发电路的研究
实验四 单相PWM、SPWM脉宽调制波形发生电路的研究
实验五 基本型三相SPWM脉宽调制波形发生电路的研究
实验六 改进型（三次谐波注入）三相SPWM脉宽调制波形发生电路的研究
实验七 SCR（单向和双向）特性与触发实验
实验八 GTR的特性、驱动与保护实验
实验九 MOSFET的特性、驱动与保护实验
实验十 IGBT的特性、驱动与保护实验
（4） 电力电子变换技术实验
A、AC-DC变换技术
实验一 单相半波可控整流电路
实验二 单相全波可控整流电路
实验三 单相桥式半控整流电路
实验四 单相桥式全控整流电路
实验五 三相桥式半波整流电路
实验六 三相桥式半控整流电路
实验七 三相桥式全控整流电路
B、DC-DC变换技术
实验一 Buck变换电路研究
实验二 Boost变换电路研究
实验三 Buck-Boost变换电路研究
实验四 Cuk变换电路研究
实验五 Zeta变换电路研究
实验六 Sepic变换电路研究
实验七 全桥DC-DC变换电路研究
实验八 正激型变换电路的研究
实验九 反激型变换电路的研究
C、DC-AC变换技术
实验一 单相SPWM电压型逆变电路研究
实验二 三相SPWM电压型逆变电路研究（基本型和改进型）
实验三 三相有源逆变电路研究
D、AC-AC变换技术
实验一 单相交流调压电路
实验二 三相交流调压电路
实验三 单相斩控式交流调压电路
实验四 单相交流调功电路
E、软开关变换技术
实验一 零电压开通型PWM电路的研究（ZVS PWM）
实验二 零电流关断型PWM电路的研究（ZCS PWM）
F、综合电力电子变换技术
实验三 晶闸管直流电机调速电路研究
实验四 PWM直流电机调速电路研究
实验五 鼠笼式三相异步电动机变压调速电路研究
实验六 鼠笼式三相异步电动机（VVVF）变频调速电路研究
（5） 电机与拖动实验
A、直流电动机的实验研究
实验一 熟悉直流电动机的名牌数据、实验电路的组成
实验二 直流电动机的起动、制动和旋转方向的控制
实验三 他励直流电动机的固有特性和人为特性
实验四 他励直流电动机的调速特性和调速方法
实验五 并励直流电动机的实验研究
D、三相异步电动机的实验研究
实验一 熟悉三相异步电动机的名牌数据
实验二 三相异步电动机的起动
实验三 三相异步电动机的制动
实验四 三相异步电动机的正、反转控制
实验五 三相异步电动机的参数测定
实验六 三相异步电动机工作特性的测定
E、电气控制电路基本环节
实验一 点动控制和自锁控制环节实验
实验二 可逆控制环节实验
实验三 三相异步电动机的Y/△启动控制线路
实验四 三相异步电动机正反转控制线路
六、实验台外形规格及工作参数
1、实验系统外形规格：1650x1500x750（长*高*宽，单位MM），最大重量不超过400KG；
2、实验台整机输入电源：AC380V±10% 50HZ±1HZ，输入线制：三相四（五）线制；
3、工作条件：环境温度：－5～40℃ ，环境湿度：<75% ，海拔：< 1500 m
