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1、电气工程及其自动化实验室实验指导书系列电气工程及其自动化实验室实验指导书系列电力电子技术实验指导书（第1版）主编 张 伟 庄克玉 逄海萍青岛科技大学自动化与电子工程学院目 录电力电子及电气传动教学实验台介绍3实验一 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究11实验二 三相桥式全控整流电路实验14实验三 直流斩波电路的性能研究17实验四 单相交直交变频电路的性能研究20电力电子及电气传动教学实验台介绍一 概 述1特点：（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，故结构紧凑，使用方便灵活，并且可随着功能的扩展只需增加组件即可，能在一套装置上完成电力电子学，电力拖动自动控制系统等课程的主要
2、实验。（2）装置布局合理，外形美观，面板示意图明确，直观，学生可通过面板的示意查寻故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线，工具等，使实验更方便。（3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。（4）装置具有较完善的过流、过压、RC吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运行可靠性和抗干扰能力。（5）
3、面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。2技术参数（1）输入电源： 380V 10% 50HZ1HZ（2）工作条件：环境温度：-5 400C 相对湿度：75% 海 拔：1000m（3）装置容量：1KVA（4）电机容量：200W（5）外形尺寸：长1600mm X宽700mm（长1300mm X宽700mm）二 MCL系统挂箱介绍和使用说明一MCL-33挂箱：MCL33由脉冲控制及移相，双脉冲观察孔，一组可控硅，二组可控硅及二极管，RC吸收回路，平波电抗器L组成。本实验台提供相位差为60O，经过调
4、制的“双窄”脉冲（调制频率大约为310KHz），触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ublr和Ublf进行控制。当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路进行放大。当Ublr接地时，第二组脉冲放大电路进行工作。脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制，当Uct端输入正信号时，脉冲前移，Uct端输入负信号时，脉冲后移，移相范围为1001600。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。双脉冲观察孔输出相位差为60o的双脉冲，同步电压观察孔，输出相电压为30V左右的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。使用注意事项：单双脉冲及同步电压观察孔在面板
5、上俱为小孔，仅能接示波器，不能输入任何信号。1. 脉冲控制。面板上部的六档直键开关控制接到可控硅的脉冲，1、2、3、4、5、6分别控制可控硅VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发脉冲，当直键开关按下时，脉冲断开，弹出时脉冲接通。2. 一桥可控硅由六只5A800V组成。3. 二桥可控硅由六只5A800V构成，另有六只5A800V二极管。4. RC吸收回路可消除整流引起的振荡。当做调速实验时需接在整流桥输出端。平波电抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为50mH、100mH、200mH、700mH, 在1A范围内基本保持线性。使用注意事项：外加触发脉冲时，必须切断内部触发脉冲。二M
6、CL05挂箱MCL-05挂箱为触发电路专用挂箱，其中有单结晶体管，正弦波，锯齿波同步移相触发电路。面板左上方装有同步变压器原边组的接线柱，下有“触发选择开关”，可根据需要选择“单结管”，“正弦波”，“锯齿波”等触发电路。当外加同步电压220V为时，通过触发电路选择直键开关可选择输出至单结管触发电路, 正弦波触发电路，锯齿波触发电路的同步电压分别为60V, 15, 7V1单结晶体管触发电路 由单结晶体管V3，整流稳压环节，及由V1,V2等组成的等效可变电阻等组成，其原理图如图1-12所示。由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经全波整流，再由稳压管VST1,VST2进行削波，而得到梯形波电压
7、，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波通过R7,V2向电容C2充电，当充电电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管V3导通，从而通过脉冲变压器输出脉冲。同时C3经V3放电，由于时间常数很小，Uc2很快下降至单结晶体管的谷点电压,V3重新关断，C2再次充电。每个梯形波周期，V3可能导通，关断多次，但只有第一个输出脉冲起作用。电容C2的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP3的滑动触点可改变V1的基极电压，使V1,V2都工作在放大区，即等效电阻可由RP1来调节，也就是说一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候（控制角）可由RP1来调节。元件RP1装有面板上，同步信号已在内部接好。2正弦波同步
8、触发电路 正弦波同步触发电路由同步移相和脉冲形成放大等环节组成，其原理图如图1-13所示。同步信号由同步变压器副边提供。晶体管V1左边部分为同步移相环节，在V1的基极上综合了同步信号UT，偏移电压Ub及控制电压Uct，RP2可调节Ub，调节Uct可改变触发电路的控制角。脉冲形成放大环节是一集基耦单稳态脉冲电路，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。当同步移相环节送出负脉冲时，使单稳电路翻转，从而输出脉宽可调的触发脉冲。调节元件均装在面板上，同步变压器副边已在内部接好3锯齿波同步移相触发电路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
9、冲放大等环节组成，其原理图如图1-14所示。由VD1,VD2,C1,R1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻和宽度。由VST1,V1,R3等元件组成的恒流源电路及V2,V3,C2等组成锯齿波形成环节。控制电压Uct,偏移电压Ub及锯齿波电压在V4基极综合叠加，从而构成移相控制环节。V5,V6构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。元件RP装在面板上 ，同步变压器副边已在内部接好。三MCL06使用说明MCL06为单相并联逆变和直流斩波器专用挂箱。1单相并联逆变触发电路以555集成时基电路为基础振荡电路，通过双D触发器二分频得到相位差180O的触发脉冲, 经三极
10、管V1,V2功率放大后交替触发主电路的两个晶闸管。振荡频率由电位器RP进行调节，555的输出”3”接至4013的CLK端，输出为相位相差180O的脉冲。单相并联逆变触发电路原理图见图1-152斩波器主电路 图116所示的是一脉宽可调的逆阻型斩波器，晶闸管VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管，用来控制输出电压的脉宽，C和L1组成换流振荡环节。3UPW（脉宽调制器）脉宽调制器UPW的第一级为由幅值比较电路和积分电路组成的一个频率和幅值均可调的锯齿波发生器。电位器RP2用来调节锯齿波的幅值，电位器RP1用来调节锯齿波的频率。电路如图1-17所示。由第二比较器产生的方波接至电路的输入端，则在方波的前沿
11、和后沿分别产生两个脉冲，如图所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变。将此两脉冲通过功放级送至面板上的主晶闸管和辅助晶闸管，其中前沿脉冲送主晶闸管VT1，后沿脉冲送辅助晶闸管VT2。四MCL07挂箱MCL07挂箱由GTR驱动电路、MOSFET驱动电路、IGBT驱动电路、PWM发生器、主电路等部分组成。1GTR电路：内含普通光耦、比较器、贝克箝位电路、GTR功率器件、串并联缓冲电路、保护电路等。可对光耦的特性（延迟时间、上升时间、下降时间），贝克电路对GTR通、关断特性的影响，不同的串、并联电路对GTR开关的影响以及保护电路的工作原理进行研究和分析。2MOSFET电路：内含
12、高速光耦、比较器、推挽电路、MOSFET功率器件等。可对高速光耦、推挽驱动电路、MOSFET的开启电压、导通电阻RON、跨导gm、反向输出特性、转移特性、开关特性进行研究。 3IGBT电路：采用富士IGBT专用驱动芯片EXB841，线路典型，外扩过流保护电路。可对EXB841的驱动电路各点波形以及1GBT的开关特性进行研究。特点：（1）线路典型，注重对基本概念的了解，力求通过实验，使学生对自关断器件的特性有比较深刻的理解。（2）由于接线比较多，设计时充分考虑到学生实验时可能产生的误操作，保护功能完善，可靠性高。使用注意事项：（1） 面板上有比较多的扭子开关控制电源，需注意扭子开关的通断。（2）
13、GTR采用较低频率的PWM波形驱动，MOSFET、IGBT采用较高的PWM波形驱动。(3)由于接线头采用防转动叠插头，使用时需注意防转动叠插头导线的导通，以免观察不到波形。五MCL08挂箱MCL08挂箱由直流变换电路（BuckBoost电路）和电流控制型脉宽调制开关稳压电源组成。1直流转波电路：控制回路采用555波形发生器，由光耦进行隔离经过推挽电路驱动GTR。555产生波形的占空比可由电位器进行调节，频率约为8K左右。斩波电路主回路的功率器件采用GTR（10A，800V），输入电压为15V，输出电压为7.530V之内可调。按流过电感L的电流在周期开始时是否从0开始，可分为连续或不连续工作状态
14、两种模式。实验中，可分别观察两种模式下，电感电流iL、二极管电流iVD、GTR电流iVT等波形。2开关电源采用UC3842构成电流控制型脉宽调制开关稳压电源，通过实验使学生对开关电源的工作原理以及UC3842的应用有一定的了解，UC3842脉宽调制器的具体说明可参见第二章的有关内容。六MCL11挂箱：MCL11挂箱分成两部分：正弦波逆变电源和单相交流调压。1正弦波逆变电源正弦波逆变电源的功能是把直流电逆变成交流电。该实验电路框图如图13。由波形发生器产生一50Hz、幅度可变的正弦波，送入SG3525中的第9端，和3525的第5脚（为锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为10kHz）的SPWM
15、波形，经过倒相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管VT1、VT2，使VT1、VT2交替导通，从而在高频变压器的副边得到一SPWM波形，经过LC滤波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通过电位器RP进行改变。2单相交流调压电路采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路相比，具有功率因数高、电网污染少、波形畸变小等优点。其原理框图如图121。输入交流电压为220V，经过同步变压器T后，分别形成两路互为倒相的方波，宽度为180，分别对应正弦波的正半周和负半周，由3525进行调制（调制频率约为2.5kHz）后，经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。工作过程为：当输入交流电处于正半波时，经调解制的方波信号施加于VT2的栅极和源极，VT1的控制电压为0V，交流电经L、R、VT2、VD1构成回路；当输入交流
