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1、电力电子技术实验 教案 电力电子实验室简介 l电力电子实验室是根据电力电子技术等课 程设置，由于本课程横跨“电力”、“电机”，“电子 ”与“控制”三个领域，是现代电子技术的基础之 一，广泛应用在工农业生产、国防、交通等各 个领域，有着广阔的应用前景。因此通过本课 程的实践环节，可使学生对功率半导体器件、 可控整流电路、有源逆变电路、变频电路、交 流调压电路、直流斩波电路，以及对主电路计 算及保护、触发电路、驱动电路的内容的学习 有更进一步的深入了解，使学生具有初步设计 、调试、分析电力电子变流装置等方面的能力 。 电力电子实验室简介 l通过实验，要求掌握单相、三相可控整流电路及负载的影 响，基
2、本直流斩波电路，逆变电路、交流调压电路的基本 原理和方法，理解PWM控制技术、电力电子器件的驱动 、整流电路的谐波和功率因数等具有一定的实际操作能力 。 l电力电子实验室主要配置为MCL-型电力电子及电气传 动实验台，该实验台布局合理，各类相关配套电路配置齐 全，面板示意图明确，直观，学生可通过面板上的接线端 钮自己连接实验电路，实验方法灵活多变。 l本实验室管理采用专人负责制度，能够承担与电力电子及 电气传动课程相关的各类实验，满足学生学习的需要。 电力电子技术实验项目介绍 l本实验室可开设的实验项目有 第一部分 实验一 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实 验 实验二 正弦波同步移相
3、触发电路实验 实验三 锯齿波同步移相触发电路实验 实验四 单相桥式半控整流电路实验 实验五 单相桥式全控整流电路实验 实验六 单相桥式有源逆变电路实验 实验七 三相半波可控整流电路的研究 实验八 三相桥式半控整流电路实验 实验九 三相桥式全控整流（及有源逆变电路实验） 实验十 单相交流调压电路实验 电力电子技术实验项目介绍 l第二部分 l实验一 电力晶体管(GTR)驱动电路研究 l实验二 电力晶体管(GTR)特性研究 l实验三 功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究 l实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究 l实验五 采用自关断器件的单相交流调压电路研究 l实验六
4、 直流斩波电路(设计性)的性能研究 l实验七 单相交直交变频电路 其中，第一部分的实验九、实验十和第二部分和实验六为本学院相 关专业必做的三个实验。 l另外电子电力实验室作为学生毕业设计的场所，可提供的相关设备 能开展交流调速方面的研究。如基于DSP的矢量变换控制与直接转 矩控制变频调速系统等。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l一、实验目的 1、熟悉 MCL-33组件。 2、熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。 3、了解集成触发器的调整方法及各点波形。 l二、实验内容 1、三相桥式全控整流电路 2、观察整流状态下，模拟电路故障现象时的波形。 三、实验线路及原理 实验线路如图2-3所示
5、。主电路由三相全控变流电路整流桥组成。触发电路为数字 集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流电路的工作原理可 参见电力电子技术的有关教材。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l四、实验设备及仪器 1、NMCL系列教学实验台主控制屏。 2、NMCL33组件 3、NMEL03组件 4、NMCL35组件 5、双踪示波器 6、万用表 7、U盘（自备） l五、实验方法 1、按图2-3接线，未上主电源之前， 检查晶闸管的脉冲是否正常。 （1）打开MCL-18电源开关，给定电 压有电压显示。 （2）用示波器观察同步电压，相序 关系如图21，U相超前于V相 1200，其它关系同理。 （3）用示
6、波器观察NMCL-33的双脉 冲观察孔，应有间隔均匀，相互 间隔60o的幅度相同的双脉冲，如 图22所示，图中600，可由 同步电压和对应的脉冲相角关系 来确定，图中为U相和脉冲观察 孔“1”对应的角。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l实验接线图 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。 l注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1VT6时）接地，将I组桥式 触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。 l（5）将给定器输出Ug接至NMCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=150o
7、。 图21同步电压关系 图22同步电压和角的关系 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l2三相桥式全控整流电路 主电路按图2-3和控制电路按图24接线，AD连接在一起，并将RD调至最大 (450)。 合上主电源。调节Uct，使在30o150o范围内，用示波器观察=00、30O、 60O、900、1200、1500时，（调节时请参考上一步中的第3小步，即 600时的情况）整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形 ，记录在U盘中；并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值到表11中。 具体操作过程如下： 1）如600时，用示波器的一个探头测量同步电压，另一个探头同时测量对 应脉冲，调
8、节Uct，使波形如图22所示， 2）记录表11中要求记录的数据，如。 3）用示波器的一个探头测量负载电阻两端的波形Ud，存入U盘中。如图25 所示。 4）用示波器的一个探头测量晶闸管VT1两端的波形UVT，存入U盘中。如图2 6所示。 为其它值时的测量请重复以上4个步骤。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 0 30 60 90 120 150 Uct Ud（记录值 ） Ud（计算值 ） 计算公式：Ud=2.34U2cosa。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l3、电路模拟故障现象观察。 在整流状态60时，断开某一晶闸管元件 的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即 该支路不能导通，观察此时的ud
9、、uvt波 形并记录到U盘中。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l六、注意： 双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两 个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头 的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使 这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将 其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一 根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找 到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个 探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信 号，而不致发生意外。 实验一 三相桥式全控整流电路实验 l七、实验报告 1、画出电路的移相特性Ud=f()曲线 2、作
10、出整流电路的输入输出特性Ud/U2=f（ ） 3、打印出三相桥式全控整流电路时，角为30O 、60O、90O、1200、1500、时的ud、uVT波 形 4、打印出模拟故障时的波形并简单分析其原因。 实验二 直流斩波电路的性能研究 l一实验目的 熟悉六种斩波电路（buck chopper 、boost chopper 、buck-boost chopper、 cuk chopper 、 sepic chopper、 zeta chopper)的工作原理，掌 握这六种斩波电路的工作 状态及波形情况。 l二实验内容 1SG3525芯片的调试 2斩波电路的连接 3斩波电路的波形观察及 电压测试 l三
11、实验设备及仪器 1电力电子教学试验台主 控制屏 2MCL-22组件 3示波器 4万用表 5、U盘（自备） 实验二 直流斩波电路的性能研究 l四实验方法 按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成 相应的斩波电路即可. 1. SG3525性能测试 先按下开关S1 （1） 锯齿波周期与幅值测量(分开关s2、s3、s4合上与断 开多种情况）。测量“1”端。 （2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。 注意：下面（2-7）六路电路中任选择一种电路做实验 实验二 直流斩波电路的性能研究 l2buck chopper (1)连接电路 将UPW(脉宽调制器)的输出端2端接到斩波电路中IGBT管V
12、T的G端,分别将斩 波电路的1与3，4与12，12与5，6与14，15与13，13与2相连，照面板上 的电路图接成buck chopper斩波器。 (2)观察负载电压波形。 经检查电路无误后,按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电 压，调节upw的电位器rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变 化，并记录电压波形 (3)观察负载电流波形。 用示波器观察并记录负载电阻R4两端波形 (4)改变脉冲信号周期。 在S2、S3、S4合上与断开多种情况下,重复步骤(2)、(3) (5)改变电阻、电感参数。 可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并 记录
13、改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。 实验二 直流斩波电路的性能研究 l3boost chopper 照图接成boost chopper电路。电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。实验步骤 同buck chopper。 l4buck-boost chopper 照图接成buck-boost chopper电路。电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。 实验步骤同buck chopper l5cuk chopper 照图接成cuk chopper电路。电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。 实验步骤同buck chopper。 l6sepic chopper 照图接成
14、sepic chopper电路。电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。 实验步骤同buck chopper 。 l7zeta chopper 照图接成zeta chopper电路。电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。 实验步骤同buck chopper。 实验二 直流斩波电路的性能研究 l五、实验报告 记录实验过程的各种波形。 实验三 单相交流调压电路实验 l一实验目的 1加深理解单相交流 调压电路的工作原理 。 2加深理解交流调压 感性负载时对移相范 围要求。 l二实验内容 1单相交流调压器带 电阻性负载。 2单相交流调压器带 电阻电感性负载。 实验三 单相交流调压电路实验 l三实验线
15、路及原理 本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶 闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控 制方式简单的优点。 1、锯齿波同步移相触发电路的原理图如下图2-8所示。锯 齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相 控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成。 实验三 单相交流调压电路实验 l锯齿波同步移相触发电路的原理图 实验三 单相交流调压电路实验 l由VTl、VD1、VD2、C5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。由VT1等元件组成的恒流源电路及VT2、 VT3、C6等组成锯齿波形成环节。控制电压Uct、偏移 电压Ub和
16、锯齿波电压uT在VT4基极综合叠加，从而构 成移相控制环节。VT5、VT6构成脉冲形成放大环节， 脉冲变压器输出触发脉冲，电路的各点电压波形如下图 2-9所示。 l元件RPl、RP2均安装在实验单元面板上，同步变压器 副边已在挂箱内部接好。触发电路的15V电压通电后 内部接入，上面靠近同步电压接入的开关为选择开关。 进行锯齿波同步移相触发电路实验时，选择开关按下“ 锯齿波触发”。 实验三 单相交流调压电路实验 实验三 单相交流调压电路实验 2、晶闸管交流调压器的主电路由两只反向并联的晶闸管组成，见图1-10。 实验三 单相交流调压电路实验 l四实验设备及仪器 1教学实验台主控制屏 2NMCL33组件 3NMEL03组件 4NMCL-05(A)组件或 NMCL
