GL-DLDZ-1A équipement expérimental de technologie d’électronique de puissance et de commande de moteurs

I. Présentation du produit
L’équipement expérimental GL-DLDZ-1A, dédié à l’électronique de puissance et à la commande de moteurs, est conçu conformément aux exigences des manuels universitaires de référence les plus récents, tels que « Technologie de l’électronique de puissance » (4e édition) et « Systèmes de commande automatique de traction électrique » (3e édition). Il intègre les atouts des produits similaires, tant nationaux qu’internationaux, et tient pleinement compte des besoins actuels et des tendances de développement des laboratoires. Parmi les produits comparables, il se distingue par sa structure rationnelle, ses fonctionnalités complètes, sa grande fiabilité et son excellent rapport qualité-prix.
II. Caractéristiques du produit
1. Grande polyvalence : Cet appareil couvre l’ensemble des projets expérimentaux actuels en électronique de puissance, conversion de semi-conducteurs, régulation de vitesse AC/DC, conversion de fréquence AC, commande de moteurs, théorie du contrôle, etc., utilisés dans divers établissements d’enseignement supérieur en Chine.
2. Grande adaptabilité : Il répond aux exigences des travaux pratiques des cours dispensés dans différents établissements. Son niveau de détail et son étendue peuvent être ajustés en fonction des besoins. La vulgarisation et l’amélioration peuvent être intégrées de manière cohérente avec l’évolution de l’enseignement. Sa structure modulaire facilite le remplacement des composants. Si vous souhaitez étendre les fonctionnalités ou développer de nouvelles expériences, il vous suffit d’ajouter des composants, sans que le dispositif ne soit supprimé.
3. Complétude optimale : De l’alimentation électrique dédiée au moteur et aux autres composants expérimentaux, en passant par les câbles spécifiques pour les connexions, les performances et les spécifications des composants de support correspondent parfaitement aux besoins de l’expérience.
4. Forte intuitivité : Chaque console expérimentale est conçue de manière indépendante. Le panneau de composants est schématique, les lignes sont claires et les fonctions de chaque console sont clairement identifiées, ce qui facilite l’utilisation et la maintenance.
5. Forte rigueur scientifique : L’appareil est compact, ce qui permet de gagner de l’espace et de réduire les investissements en infrastructure. Les petits moteurs de support sont spécialement conçus pour simuler les caractéristiques et les paramètres des moteurs de petite et moyenne taille. Ces petits moteurs consomment moins d’énergie, permettent des économies d’énergie et sont peu bruyants. L’ensemble est propre et esthétique, ce qui améliore l’environnement de travail. Le contenu expérimental est riche et la conception est rationnelle. Outre l’approfondissement des connaissances théoriques, la conception des expériences peut être combinée à la pratique.
6. Forte ouverture : L’alimentation du panneau de commande est isolée par un transformateur d’isolement triphasé et équipée d’un dispositif de protection contre les fuites de tension et d’un dispositif de protection contre les fuites de courant afin de garantir la sécurité de l’opérateur. Chaque sortie d’alimentation dispose de fonctions de surveillance et de protection contre les courts-circuits, et chaque instrument de mesure est doté d’une fonction de protection fiable, assurant ainsi une utilisation sûre et fiable. Le panneau de commande est également équipé d’un gestionnaire d’expériences permettant d’établir une norme unifiée pour l’évaluation des compétences expérimentales des étudiants. Grâce à la conception soignée de l’ensemble de l’équipement, à l’utilisation de composants et de processus fiables, les performances du produit sont excellentes, créant ainsi les conditions idéales pour des laboratoires ouverts.
7. Forte innovation : L’équipement est axé sur les dispositifs de pointe. Tout en conservant l’expérimentation sur les thyristors, il intègre un grand nombre d’expériences modernes en électronique de puissance portant sur les caractéristiques, le pilotage et les applications typiques des nouveaux dispositifs, permettant ainsi aux étudiants d’acquérir des connaissances et une compréhension approfondies de ces dispositifs et de rester à la pointe du progrès.
III. Configuration de l’équipement
1. Panneau de commande d’alimentation DL01
(1) Alimentation CA (avec protection contre les surintensités)
Fourniture d’alimentation CA : variateur de vitesse CC triphasé 200 V/3 A
Variateur de vitesse CA triphasé 240 V/3 A
(2) Alimentation CC haute tension
Alimentation d’excitation : 220 V (0,5 A), avec protection contre les courts-circuits en sortie.
(3) Instruments numériques
1) Voltmètre numérique CA : indique la tension d’entrée du réseau triphasé grâce à son sélecteur de gamme, avec une précision de 1,0 V ;
2) Voltmètre numérique CA à valeur efficace (VEF) : plage de mesure de 0 à 500 V, sélection et commutation automatiques de la gamme, précision de 0,5 V, affichage numérique à 3,5 digits, fournissant l’indication de tension pour le système de régulation de vitesse CA ;
3) Ampèremètre numérique CA à valeur efficace (VEF) : plage de mesure de 0 à 5 A, sélection et commutation automatiques de la gamme, précision de 0,5 V, affichage numérique à 3,5 digits, avec alarme de dépassement de gamme, indication et coupure de courant totale, fournissant l’indication de courant pour le système de régulation de vitesse.
4) Un voltmètre numérique CC : plage de mesure 0 à 300 V, affichage numérique à 3,5 digits, impédance d’entrée de 10 MΩ, précision de 0,5 niveau, fournissant l’indication de tension pour le système de régulation de vitesse réversible ;
5) Un ampèremètre numérique CC : plage de mesure 0 à 5 A, affichage numérique à 3,5 digits, précision de 0,5 niveau, avec alarme de dépassement de plage, indication et coupure totale de l’alimentation, fournissant l’indication de courant pour le système de régulation de vitesse réversible.
(4) Système de protection individuelle
Un ensemble de transformateurs d’isolement triphasés : l’alimentation triphasée traverse d’abord un disjoncteur différentiel triphasé, puis un interrupteur à clé et un contacteur avant d’atteindre le transformateur d’isolement, isolant ainsi la sortie du réseau électrique (conception à terre flottante), ce qui assure une protection individuelle.
Disjoncteur différentiel 1 : protège contre les fuites de courant sur la ligne en amont du transformateur d’isolement, déclenche le contacteur du tableau de commande et coupe l’alimentation.
Dispositif de protection contre les fuites de tension 2 : Protège contre les fuites de courant dans la ligne après le transformateur d’isolement et le câblage pendant l’expérience. Il émet un signal d’alarme et coupe l’alimentation électrique pour garantir la sécurité des personnes.
Dispositif de protection contre les fuites de courant : En cas de fuite de courant dans le panneau de commande, si le courant de fuite dépasse un certain seuil, l’alimentation électrique est coupée.
Câbles et prises de connexion pour l’expérience : Les câbles et prises pour courants forts et faibles sont séparés et ne peuvent être mélangés. Les câbles et prises pour courants forts sont entièrement isolés, ce qui garantit sécurité et fiabilité et prévient les chocs électriques.
(5) Autres équipements du panneau de commande
Dans la grande rainure située sur la face avant du panneau de commande, deux tubes en acier inoxydable permettent de suspendre les composants expérimentaux. Le fond de la rainure est équipé de prises à 12, 10, 4 et 3 broches. L’alimentation du boîtier de suspension est assurée par ces prises. Des prises de courant monophasées triphasées 220 V et triphasées quadripolaires 380 V sont installées de part et d’autre du panneau de commande. Une lampe fluorescente de 40 W assure l’éclairage du dispositif expérimental.
2. Table d’expérimentation DL02
Cette table d’expérimentation est constituée d’une structure en fer à double paroi, finition mate haute densité. Son plateau est en panneau haute densité ignifugé, imperméable et résistant à l’usure, de forme rectangulaire et robuste. Son design est à la fois esthétique et élégant. Elle est équipée de deux grands tiroirs et de portes de placard pour le rangement des outils, accessoires et matériaux. Le panneau de commande est installé sur le plateau, qui offre une surface de travail spacieuse et confortable. La table est également équipée de quatre roulettes et de quatre mécanismes de réglage, facilitant son déplacement et son immobilisation et optimisant ainsi l’agencement du laboratoire. 3. Rail moteur en acier inoxydable DJQ03-1, système de mesure de vitesse par codeur optique (codeur photoélectrique Omron 1024, Japon) et tachymètre numérique.
4. Résistance triphasée ajustable DJQ27 (900 Ω × 2 / 0,41 A par groupe).
5. Circuit principal à thyristors DL03.
Douze thyristors 5 A / 1000 V sont fournis, répartis en deux groupes de ponts (positif et négatif). Chaque thyristor est protégé. Les thyristors des ponts positif et négatif peuvent être déclenchés par des signaux externes (interface d’entrée d’impulsion de déclenchement), ce qui facilite la réalisation d’expériences. Un voltmètre CC à aiguille de précision (résolution ±500 V, niveau 1,0), un ampèremètre CC (résolution ±5 A, niveau 1,0) et une inductance de lissage sont également inclus.
6. Circuit de déclenchement à thyristor triphasé DL04
Ce circuit de déclenchement triphasé, ce circuit d’amplification de puissance, etc., est fourni et s’utilise conjointement avec le circuit « DL03 ».
7. Expérimentation du circuit de déclenchement à thyristor DL05
Ce circuit de déclenchement comprend cinq circuits : un circuit de déclenchement à transistor à jonction unique, un circuit de déclenchement à déphasage synchrone sinusoïdal, un circuit de déclenchement à déphasage synchrone en dents de scie, un circuit de déclenchement à régulation de tension alternative monophasée et un circuit de déclenchement Siemens TCA785.
8. Expérience DL06 de contrôle de vitesse moteur (I)
Ce dispositif comprend les modules suivants : rétroaction de courant et protection contre les surintensités (FBC+FA), dispositif de réglage (G), convertisseur de vitesse (FBS), inverseur (AR), isolateur de tension (TVD), régulateur I et régulateur II. Les résistances et condensateurs de rétroaction des régulateurs I et II sont externes (provenant de DJK08). Durant l’expérience, les paramètres du système peuvent être modifiés afin d’observer leur influence sur la stabilité et le temps de réponse. Les étudiants peuvent ainsi concevoir les paramètres d’amplification et d’intégration du régulateur en fonction de divers paramètres du système de contrôle de vitesse (tels que la constante de temps électromécanique du moteur), et vérifier simultanément les résultats obtenus, finalisant ainsi l’expérience de conception.
9. Expérience DL07 de hacheur CC
Conçue à partir des chapitres consacrés au hacheur CC dans l’ouvrage « Power Electronics Technology » (4e édition), sous la direction des professeurs Wang Zhaoan et Huang Jun de l’université Jiaotong de Xi’an. Ce module fournit les composants nécessaires à la réalisation d’un circuit hacheur CC et utilise un circuit intégré de commande PWM dédié, le SG3525. Il permet de réaliser six expériences typiques décrites dans le manuel : hacheur abaisseur, hacheur élévateur, hacheur élévateur-abaisseur, hacheur abaisseur, hacheur sélectif et hacheur zêta.
10. DL08 : Composants fournis et expérimentaux
Fournit une tension de sortie réglable de ±15 V, une varistance (utilisée comme élément de protection contre les surtensions, montée en triangle), une diode, une alimentation 24 V et une inductance.
11. DL09 : Expérience sur les caractéristiques de nouveaux composants
Fournit les nouveaux composants SCR, MOSFET, IGBT, GTO et GTR. Utilisé conjointement avec DL06, il permet de mesurer leurs courbes caractéristiques ; utilisé conjointement avec DL13, il permet de réaliser l’expérience sur les caractéristiques de pilotage de nouveaux dispositifs d’électronique de puissance.
12. Boîtier DL10 pour résistances et condensateurs ajustables
Ce boîtier comprend trois jeux de condensateurs ajustables supportant une tension de 63 V CA, avec une plage de réglage de 0,1 à 11,37 µF, et deux jeux de résistances ajustables décimales, avec une plage de 0 à 999 kΩ.
13. Régulation de tension monophasée et charge ajustable DL11
Ce boîtier comprend un régulateur de tension monophasé à couplage automatique de 0 à 250 V CA / 0,5 kVA pour fournir une alimentation ajustable aux expériences correspondantes ; un circuit de filtrage redresseur et une résistance ajustable à disque céramique de 0 à 90 Ω / 1,3 A (série) ou de 0 à 45 Ω / 2,6 A (parallèle) pour fournir une charge résistive ajustable aux expériences correspondantes.
14. Expérience avec le transformateur DL12
Fournir un transformateur à noyau triphasé (ce transformateur possède deux enroulements secondaires, les tensions des enroulements primaires et secondaires étant de 127 V/63,6 V/31,8 V), utilisé pour des expériences de régulation de vitesse série de moteurs asynchrones et des expériences de circuits d’onduleurs actifs triphasés et monophasés ; il comprend également un circuit redresseur triphasé non commandé et un transformateur d’onduleur.
15. Système de régulation de vitesse CC à conversion CC/CC en pont en H double boucle fermée DL17
La régulation de vitesse d’un moteur CC réversible à excitation séparée est obtenue par le déclenchement et la commande des transistors IGBT sur les quatre bras du pont. Il se compose principalement de trois parties : le circuit principal, le circuit de commande et la partie régulation. Le circuit principal comprend une alimentation CC et quatre transistors IGBT ; le circuit de commande génère des impulsions PWM à l’aide d’une puce dédiée, et les quatre impulsions de commande générées par le générateur d’impulsions PWM pilotent respectivement les transistors IGBT des quatre bras du pont ; La partie régulation est composée de deux régulateurs PI, et la boucle de rétroaction, constituée d’une boucle de vitesse et d’une boucle de courant, assure un fonctionnement stable du moteur à une vitesse donnée. Les projets expérimentaux réalisables sont : (1) Expérimentation d’un circuit de conversion CC/CC en pont complet ; (2) Expérimentation d’une modulation de largeur d’impulsion CC réversible à double boucle fermée.
16. Générateur CC DJQ07-1
17. Moteur CC shunt DJQ09
18. Moteur asynchrone triphasé bobiné DJQ11
19. Boîtier spécial pour rotor de moteur asynchrone bobiné DL30
20. Deux types de câbles de connexion sont utilisés pour les expériences. Le câble pour courant fort est un câble à fiche pistolet gainée haute fiabilité (aucun risque d’électrocution). Le fil de cuivre sans oxygène est étiré en un fil multibrins ultrafin, recouvert d’une couche isolante en polychlorure de vinyle nitrile, assurant un contact sûr et fiable. Le câble pour courant faible est un câble nu en cuivre léger au béryllium. Les deux câbles sont compatibles avec des prises à trous correspondants, ce qui améliore considérablement la sécurité et la fiabilité de l’expérience.
IV. Projets expérimentaux en électronique de puissance et équipements expérimentaux de commande de moteurs
(I) Projets expérimentaux en électronique de puissance
1. Circuit de déclenchement à transistor à jonction unique
2. Expérimentation d’un circuit de déclenchement à déphasage synchrone sinusoïdal
3. Expérimentation d’un circuit de déclenchement à déphasage synchrone en dents de scie
4. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé commandé demi-onde
5. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé en pont demi-commandé
6. Expérimentation d’un circuit redresseur monophasé en pont entièrement commandé et d’un onduleur actif
7. Expérimentation d’un circuit redresseur triphasé commandé demi-onde
8. Expérimentation d’un circuit redresseur triphasé en pont demi-commandé
9. Expérimentation d’un circuit onduleur actif triphasé demi-onde
10. Expérimentation d’un circuit redresseur triphasé en pont entièrement commandé et d’un onduleur actif
11. Expérimentation d’un circuit de régulation de tension alternative monophasé
12. Expérimentation d’un circuit de régulation de puissance alternative monophasé
13. Expérimentation d’un circuit de régulation de tension alternative triphasé
14. Expérimentation de la caractéristique d’un thyristor unidirectionnel (SCR)
15. Caractéristique d’un thyristor à blocage de gâchette (GTO) Expérience
16. Expérience sur les caractéristiques d’un transistor MOSFET (tube à effet de champ de puissance)
17. Expérience sur les caractéristiques d’un transistor de puissance (GTR)
18. Expérience sur les caractéristiques d’un transistor bipolaire isolé (IGBT)
(II) Expériences sur des circuits typiques de dispositifs électroniques de puissance
1. Expérience sur un circuit de conversion CC/CC en pont complet
2. Étude des performances des circuits hacheurs CC (hacheur abaisseur, hacheur élévateur, hacheur élévateur/abaisseur, hacheur CuQ, hacheur Sepic, hacheur Zeta)
(III) Expérience sur la régulation de la vitesse d’un moteur CC
1. Expérience de détermination des paramètres et des caractéristiques de liaison d’un système de régulation de vitesse CC à thyristors
2. Mise au point des unités principales d’un système de régulation de vitesse CC à thyristors
3. Expérience sur un système de régulation de vitesse CC irréversible à boucle fermée simple
4. Expérience sur un système de régulation de vitesse CC irréversible à double boucle fermée
5. Système de régulation de vitesse CC à largeur d’impulsion à double boucle fermée (pont en H, IGBT)
(IV) Expérience sur un système de régulation de vitesse d’un moteur CA
1. Double boucle fermée Expérimentation d’un système de régulation de tension et de vitesse d’un moteur asynchrone triphasé
2. Expérimentation d’un système de régulation de vitesse à double boucle fermée d’un moteur asynchrone triphasé à pôles en série