GL-DLDZ-1 Dispositif expérimental de technologie d’électronique de puissance et de commande de moteur

I. Présentation
Le dispositif expérimental GL-DLDZ-1, dédié à l’électronique de puissance et à la commande de moteurs, est conçu conformément aux exigences des manuels de référence les plus récents pour l’enseignement supérieur, 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. Son développement a été réalisé avec soin. Il se distingue par sa structure rationnelle, ses fonctionnalités complètes, sa grande fiabilité et son excellent rapport qualité-prix.
II. Caractéristiques
1. Grande polyvalence : Ce dispositif permet de réaliser des expériences couvrant l’électronique de puissance, la conversion de puissance à semi-conducteurs, la régulation de vitesse AC et DC, la conversion de fréquence AC, la commande de moteurs et la théorie du contrôle.
2. Grande adaptabilité : Il répond aux exigences des travaux pratiques des cours dispensés dans différents établissements d’enseignement. 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. Un ensemble complet et performant : des alimentations spécifiques aux moteurs et autres composants expérimentaux, en passant par les câbles dédiés aux connexions, les performances et les spécifications des composants sont parfaitement adaptées aux besoins de l’expérience.
4. Une grande facilité d’utilisation : chaque console expérimentale est conçue de manière indépendante, avec des schémas et des lignes de connexion clairs, des fonctions clairement définies et une maintenance simplifiée.
5. Une rigueur scientifique : l’appareil est compact, ce qui permet de gagner de la place et de réduire les investissements en infrastructure. Les petits moteurs utilisés sont spécialement conçus pour simuler les caractéristiques et les paramètres des moteurs de petite et moyenne taille. Ces petits moteurs consomment moins d’énergie, sont silencieux, esthétiques et contribuent à un environnement de travail plus agréable. 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. Grande ouverture : L’alimentation du panneau de commande est isolée par un transformateur d’isolement triphasé et équipée de dispositifs de protection contre les fuites de tension et de courant afin de garantir la sécurité de l’opérateur. Chaque sortie d’alimentation est dotée de fonctions de surveillance et de protection contre les courts-circuits, et chaque instrument de mesure bénéficie d’une protection fiable, assurant ainsi une utilisation sûre et fiable. Le panneau de commande intègre également un gestionnaire d’expériences permettant d’évaluer de manière uniforme les compétences expérimentales des étudiants. Grâce à la conception soignée de l’ensemble de l’équipement, à l’utilisation de composants et de procédés fiables, les performances du produit sont excellentes, créant ainsi un environnement propice à l’expérimentation en laboratoire.
7. Forte innovation : Ce dispositif est axé sur les technologies de pointe. Tout en conservant l’expérimentation sur les thyristors, il propose de nombreuses expériences modernes en électronique de puissance, portant sur les caractéristiques, le pilotage et les applications typiques des nouveaux composants. Les étudiants peuvent ainsi acquérir des connaissances approfondies sur ces nouveaux dispositifs et rester à la pointe du progrès. III. Domaine d’application
Ce dispositif couvre les projets expérimentaux requis par les cours professionnels tels que « Technologie de l’électronique de puissance » (ou Technologie des convertisseurs à semi-conducteurs), « Régulation de la vitesse en courant continu », « Régulation de la vitesse en courant alternatif », « Commande de moteurs », « Systèmes de commande automatique de traction électrique » et « Théorie du contrôle » proposés par divers établissements d’enseignement supérieur.
IV. Performances techniques
1. Alimentation : triphasée à quatre fils (ou triphasée à cinq fils, 380 V ± 10 %, 50 Hz)
2. Environnement de fonctionnement : température de -10 °C à +40 °C, humidité relative < 85 % (à 25 °C)
Altitude < 4 000 m
3. Puissance : < 1,5 kVA
4. Dimensions : 187 × 73 × 162 cm³
V. Configuration de l’appareil
1. Panneau de commande DL01
(1) Alimentation CA (avec protection contre les surintensités)
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 au sélecteur situé en dessous, avec une précision de 1,0 V.
② Voltmètre numérique CA VT 1 : 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 chiffres, fournissant l’indication de tension pour le système de régulation de vitesse CA.
③ Ampèremètre numérique CA VT 1 : 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 chiffres, avec alarme de dépassement de gamme, indication et coupure 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 (type 2) : Protège contre les fuites de courant dans la ligne située après le transformateur d’isolement et le câblage pendant l’expérimentation. 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 (type 2) : 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’expérimentation : 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 risques d’électrocution.
2. Table expérimentale DL02
3. Rail moteur en acier inoxydable DJQ03-1, système de mesure de vitesse par codeur optique et tachymètre numérique
4. Résistance triphasée ajustable DJQ27 (900 Ω × 2 / 0,41 A par groupe)
5. Circuit principal du thyristor DL03
6. Circuit de déclenchement du thyristor triphasé DL04
7. Expérience sur le circuit de déclenchement du thyristor DL05
8. Expérience de contrôle de la vitesse du moteur (I) DL06
9. Expérience de contrôle de la vitesse du moteur (II) DL06-1
10. Expérience de hachage CC DL07
11. Dispositifs fournis et expérimentaux DL08
12. Expérience sur les caractéristiques du nouveau dispositif DL09
13. Boîtier de résistance ajustable et de condensateur DL10
14. Régulation de tension monophasée et charge ajustable DL11
15. Expérience sur le transformateur DL12
16. Boîtier d’expérimentation pour circuit de commande de dispositif de puissance DL13
17. Conversion de fréquence monophasée AC-DC-AC DL14 Principe
18. Expérience de principe de commande automatique DL15
19. Expérience de principe de commande automatique DL16
20. Système de régulation de vitesse CC par conversion CC/CC à double pont en H fermé DL17
21. Expérience de commande de vitesse de moteur (II) DL18
22. Alimentation à découpage demi-pont DL19
23. Circuit hacheur CC DL20
24. Circuit de régulation de tension CA par hachage DL21
25. Circuit de régulation de tension/puissance monophasé DL22
26. Alimentation à découpage isolée flyback simple DL23
27. Technologie de commutation douce PS-ZVS-PWM DL24
28. Circuit redresseur avec correction active du facteur de puissance DL25
29. Alimentation à découpage isolée à rétroaction de courant simple DL26
30. ​​Circuit hacheur boost, buck et compound DL27
31. Commande de vitesse à fréquence variable pour moteur asynchrone triphasé DL28
32. Compteur de puissance et de facteur de puissance intelligent monophasé DL29
33. Générateur CC DJQ07-1
34. Moteur CC à excitation shunt DJQ09
35. Moteur asynchrone triphasé bobiné DJQ11
36. Boîtier spécial pour rotor de moteur asynchrone bobiné DL30
37. Moteur asynchrone monophasé à démarrage par résistance DJQ17
38. Moteur asynchrone triphasé à cage d’écureuil DJQ20-1
39. Ligne de connexion expérimentale
VI. Projet expérimental de technologie de l’électronique de puissance et de dispositif expérimental de commande de moteurs
(I) Projet expérimental de technologie de l’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 triphasé demi-onde actif
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 du principe d’un hacheur CC
15. Expérimentation des caractéristiques d’un thyristor unidirectionnel (SCR)
16. Coupure de la gâchette Expérience sur les caractéristiques d’un thyristor (GTO)
17. Expérience sur les caractéristiques d’un transistor MOSFET (Power Field Effect Encoder)
18. Expérience sur les caractéristiques d’un transistor de puissance (GTR)
19. Expérience sur les caractéristiques d’un transistor bipolaire isolé (IGBT)
20. Expérience sur un circuit de commande et de protection d’un thyristor à extinction de grille (GTO)
21. Expérience sur un circuit de commande et de protection d’un transistor MOSFET (Power Field Effect Encoder)
22. Expérience sur un circuit de commande et de protection d’un transistor de puissance (GTR)
23. Expérience sur un circuit de commande et de protection d’un transistor bipolaire isolé (IGBT)
(II) Expériences sur des circuits typiques de dispositifs électroniques de puissance
1. Expérience sur un onduleur monophasé à modulation de largeur d’impulsion sinusoïdale (SPWM)
2. Expérience sur un circuit de conversion CC/CC en pont complet
3. Étude des performances d’une alimentation à découpage en demi-pont
4. Expérience sur une alimentation à découpage isolée flyback simple
5. Expérience sur une alimentation à découpage isolée à excitation externe et rétroaction de courant simple
6. Étude des performances d’un circuit hacheur CC (hacheur abaisseur, hacheur élévateur, hacheur élévateur-abaisseur, etc.) Circuit hacheur, circuit hacheur Sepic, circuit hacheur Zeta)
7. Expérimentation de circuits hacheurs élévateurs, abaisseurs et composés
8. Expérimentation d’un circuit de régulation de tension alternative monophasé commandé par hacheur
9. Expérimentation de la correction active du facteur de puissance d’un circuit redresseur
10. Expérimentation de la technologie de commutation douce
(III) Expérimentation de la régulation de vitesse d’un moteur à courant continu
1. Expérimentation de la détermination des paramètres et des caractéristiques de liaison d’un système de régulation de vitesse à thyristors
2. Mise au point des unités principales d’un système de régulation de vitesse à thyristors
3. Expérimentation d’un système de régulation de vitesse à courant continu irréversible à boucle fermée simple
4. Expérimentation d’un système de régulation de vitesse à courant continu irréversible à double boucle fermée
5. Expérimentation d’un système de régulation de vitesse à courant continu réversible non circulant à logique non circulante
6. Expérimentation d’un système de régulation de vitesse à courant continu réversible non circulant à sélection décalée à trois boucles fermées
7. Système de régulation de vitesse à largeur d’impulsion à courant continu à commande à double boucle fermée (pont en H, IGBT)
(IV) Expérimentation du principe de conversion de fréquence
1. Expérimentation du principe de conversion de fréquence par modulation de largeur d’impulsion sinusoïdale triphasée (SPWM)
2. Onde selle triphasée (troisième harmonique) Expérience de principe de conversion de fréquence par modulation de largeur d’impulsion (injection)
3. Expérience de principe de conversion de fréquence par modulation de largeur d’impulsion (MLI) triphasée
4. Mesure de la courbe V/F en mode de modulation MLI
5. Mesure de la courbe V/F en mode de modulation d’onde en selle
6. Mesure de la courbe V/F en mode de modulation de tension spatiale (MLI)
7. Observation de la trajectoire du flux magnétique pour différents modes de conversion de fréquence
(V) Expérimentation d’un système de régulation de vitesse de moteur à courant alternatif
1. Expérimentation d’un système de régulation de tension et de vitesse triphasé à double boucle fermée pour moteur asynchrone
2. Expérimentation d’un système de commande de vitesse triphasé à pôles série pour moteur asynchrone triphasé à double boucle fermée
3. Expérimentation d’un système de commande de vitesse à fréquence variable monophasé par modulation de largeur d’impulsion sinusoïdale (SPWM)
4. Expérimentation d’un système de commande de vitesse à fréquence variable triphasé par modulation de largeur d’impulsion sinusoïdale (SPWM)
—— Connexion possible à un ordinateur pour l’expérimentation ; interface avec automate programmable (PLC) disponible
5. Expérimentation d’un système de commande de vitesse à fréquence variable triphasé par modulation de largeur d’impulsion à onde selle
—— Connexion possible à un ordinateur pour l’expérimentation ; interface avec automate programmable (PLC) disponible
6. Expérimentation d’un système de commande de vitesse à fréquence variable triphasé par modulation de largeur d’impulsion vectorielle spatiale (SVPWM)
—— Connexion possible à un ordinateur pour l’expérimentation ; interface avec automate programmable (PLC) disponible
(VI) Projets expérimentaux basés sur le principe de la commande automatique
1. Simulation des maillons typiques du système de commande
2. Réponse temporelle et détermination des paramètres du système du premier ordre
3. Régime transitoire Analyse de la réponse d’un système du second ordre
4. Réponse transitoire et analyse de stabilité d’un système du troisième ordre
5. Performances dynamiques d’un régulateur PID
6. Correction dynamique du système de commande
7. Test des caractéristiques fréquentielles de liaisons typiques
8. Test des caractéristiques fréquentielles de systèmes linéaires
9. Échantillonnage et reconstruction de signaux
10. Simulation de liaisons non linéaires typiques
11. Analyse du plan de phase de systèmes non linéaires