電力電子實驗指導(dǎo)書

1、 電力電子技術(shù) 實驗指導(dǎo)書 上海大學(xué)機自學(xué)院 自動化系實驗室編寫 2014.03實驗一 直流斬波電路的性能研究一實驗?zāi)康氖煜そ祲簲夭娐罚˙uck Chopper）和升壓斬波電路(Boost Chopper)的工作原理，掌握這兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二實驗內(nèi)容1SG3525芯片的調(diào)試。2降壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。3升壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。三實驗設(shè)備及儀器1電力電子教學(xué)實驗臺主控制屏。2NMCL-16組件。3NMEL-03電阻箱 (900/0.41A)。4萬用表。5雙蹤示波器6直流安培表。四實驗方法1SG3525的調(diào)試。原理框圖見圖26。將扭子開關(guān)S1打向“直流斬

2、波”側(cè)，S2電源開關(guān)打向“ON”，將“3”端和“4”端用導(dǎo)線短接，用示波器觀察“1”端輸出電壓波形應(yīng)為鋸齒波，并記錄其波形的頻率和幅值。扭子開關(guān)S2扳向“OFF”，用導(dǎo)線分別連接“5”、“6”、“9”，用示波器觀察“5”端波形，并記錄其波形、頻率、幅度，調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，記錄其最大占空比和最小占空比。Dmax=Dmin=2實驗接線圖見圖27。（1）切斷NMCL-16主電源，分別將“主電源2”的“1”端和“直流斬波電路”的“1”端相連，“主電源2”的“2”端和“直流斬波電路”的“2”端相連，將“PWM波形發(fā)生”的“7”、“8”端分別和直流斬波電路VT1的G1S1 端相連，“直流斬波電路

3、”的“4”、“5”端串聯(lián)NMEL-03電阻箱 (將兩組900/0.41A的電阻并聯(lián)起來，順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約450)，和直流安培表（將量程切換到2A擋）。（2）檢查接線正確后，接通控制電路和主電路的電源(注意：先接通控制電路電源后接通主電路電源 )，改變脈沖占空比，每改變一次，分別觀察PWM信號的波形，MOSFET的柵源電壓波形，輸出電壓、u0波形，輸出電流i0的波形，記錄PWM信號占空比D，ui、u0的平均值Ui和U0。（3）改變負(fù)載R的值（注意：負(fù)載電流不能超過1A），重復(fù)上述內(nèi)容2。（4）切斷主電路電源，斷開“主電路2”和“降壓斬波電路”的連接，斷開“PWM波形發(fā)生”與VT1的連接，

4、分別將“直流斬波電路”的“6”和“主電路2”的“1”相連，“直流斬波電路”的“7”和“主電路2”的“2”端相連，將VT2的G2S2分別接至“PWM波形發(fā)生”的“7”和“8”端，直流斬波電路的“10”、“11” 端，分別串聯(lián)NMEL-03電阻箱（兩組分別并聯(lián)，然后串聯(lián)在一起順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約900）和直流安培表（將量程切換到2A擋）。檢查接線正確后，接通主電路和控制電路的電源。改變脈沖占空比D，每改變一次，分別：觀察PWM信號的波形，MOSFET的柵源電壓波形，輸出電壓、u0波形，輸出電流i0的波形，記錄PWM信號占空比D，ui、u0的平均值Ui和U0。（5）改變負(fù)載R的值（注意：負(fù)載電流

5、不能超過1A），重復(fù)上述內(nèi)容4。（6）實驗完成后，斷開主電路電源，拆除所有導(dǎo)線。五注意事項：（1）“主電路電源2”的實驗輸出電壓為15V，輸出電流為1A，當(dāng)改變負(fù)載電路時，注意R值不可過小，否則電流太大，有可能燒毀電源內(nèi)部的熔斷絲。（2）實驗過程當(dāng)中先加控制信號，后加“主電路電源2”。（3）做升壓實驗時，注意“PWM波形發(fā)生器”的“S1”一定要打在“直流斬波”，如果打在“半橋電源”極易燒毀“主電路電源2” 內(nèi)部的熔斷絲。六實驗報告1分析PWM波形發(fā)生的原理2記錄在某一占空比D下，降壓斬波電路中，MOSFET的柵源電壓波形，輸出電壓u0波形，輸出電流i0的波形，并繪制降壓斬波電路的Ui/Uo-D

6、曲線，與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，并討論產(chǎn)生差異的原因。實驗二 單相交直交變頻電路的性能研究一實驗?zāi)康氖煜蜗嘟恢苯蛔冾l電路的組成，重點熟悉其中的單相橋式PWM逆變電路中元器件的作用，工作原理，對單相交直交變頻電路在電阻負(fù)載、電阻電感負(fù)載時的工作情況及其波形作全面分析，并研究工作頻率對電路工作波形的影響。二實驗內(nèi)容1測量SPWM波形產(chǎn)生過程中的各點波形。2觀察變頻電路輸出在不同的負(fù)載下的波形。三實驗設(shè)備及儀器1電力電子及電氣傳動主控制屏。2MCL-16組件。3電阻、電感元件(MEL-03、700mH電感)。4雙蹤示波器。5萬用表。四實驗原理單相交直交變頻電路的主電路如圖513所示。本實驗中主電路中

7、間直流電壓ud由交流電整流而得，而逆變部分別采用單相橋式PWM逆變電路。逆變電路中功率器件采用600V8A的IGBT單管（含反向二極管，型號為ITH08C06），IGBT的驅(qū)動電路采用美國國際整流器公司生產(chǎn)的大規(guī)模MOSFET和IGBT專用驅(qū)動集成電路1R2110，控制電路如圖512所示，以單片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038為核心組成，生成兩路PWM信號，分別用于控制VT1、VT4和VT2、VT3兩對IGBT。ICL8038僅需很小的外部元件就可以正常工作，用于發(fā)生正弦波、三角波、方波等，頻率范圍0.001到500kHz。五實驗方法1SPWM波形的觀察（1）觀察正弦波發(fā)生電路輸出的正弦信號Ur波

8、形（“2”端與“地”端），改變正弦波頻率調(diào)節(jié)電位器，測試其頻率可調(diào)范圍。（2）觀察三角形載波Uc的波形（“1”端與“地”端），測出其頻率，并觀察Uc和U2的對應(yīng)關(guān)系：（3）觀察經(jīng)過三角波和正弦波比較后得到的SPWM波形（“3”端與“地”端），并比較“3”端和“4”端的相位關(guān)系。（4）觀察對VT1、VT2進(jìn)行控制的SPWM信號（“5”端與“地”端）和對VT3、VT4進(jìn)行控制的SPWM信號(“6”端與“地”端)，仔細(xì)觀察“5”端信號和“6”端防號之間的互鎖延遲時間。2驅(qū)動信號觀察在主電路不接通電源情況下，S3扭子開關(guān)打向“OFF”，分別將“SPWM波形發(fā)生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G

9、4和“單相交直交變頻電路”的對應(yīng)端相連。經(jīng)檢查接線正確后，S3扭子開關(guān)打向“ON”，對比VTI和VT2的驅(qū)動信號，VT3和VT4的驅(qū)動信號，仔細(xì)觀察同一相上、下兩管驅(qū)動信號的波形，幅值以及互鎖延遲時間。3S3扭子開關(guān)打向“OFF”，分別將“主電源2”的輸出端“1”和“單相交直交變頻電路”的“1”端相連， “主電源2”的輸出端“2”和“單相交直交變頻電路”的“2”端相連，將“單相交直交變頻電路”的“4”、“5”端分別串聯(lián)MEL-03電阻箱 （將一組900/0.41A并聯(lián)，然后順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約450） 和直流安培表（將量程切換到2A擋）。將經(jīng)檢查無誤后，S3扭子開關(guān)打向“ON”，合上主電源

10、（調(diào)節(jié)負(fù)載電阻阻值使輸出負(fù)載電壓波形達(dá)到最佳值，電阻負(fù)載阻值在90360時波形最好）。4當(dāng)負(fù)載為電阻時，觀察負(fù)載電壓的波形，記錄其波形、幅值、頻率。在正弦波Ur的頻率可調(diào)范圍內(nèi)，改變Ur的頻率多組，記錄相應(yīng)的負(fù)載電壓、波形、幅值和頻率。5當(dāng)負(fù)載為電阻電感時，觀察負(fù)載電壓和負(fù)載電流的波形。六注意事項1“輸出端”不允許開路，同時最大電流不允許超過“1A”。2注意電源要使用“主電源2”的“15V”電壓其他同“直流斬波”電路相同。七實驗報告1繪制完整的實驗電路原理圖。2電阻負(fù)載時，列出數(shù)據(jù)和波形，并進(jìn)行討論分析。3電阻電感負(fù)載時，列出數(shù)據(jù)和波形，并進(jìn)行討論及分析。4分析說明實驗電路中的PWM控制是采用

11、同步調(diào)制還是異步調(diào)制。5為使輸出波形盡可能的接近正弦波，可以采取什么措施。6分析正弦波與三角波之間不同的載波比情況下的負(fù)載波形，理解改變載波比對輸出功率管和輸出波形的影響。實驗三 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗一實驗?zāi)康?加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試方法。二實驗內(nèi)容 1鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試。2鋸齒波同步觸發(fā)電路各點波形觀察，分析。 三實驗線路及原理鋸齒波同步移相觸發(fā)電路主要由脈沖形成和放大，鋸齒波形成，同步移相等環(huán)節(jié)組成，其工作原理可參見“電力電子技術(shù)”有關(guān)教材。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMCL05(A)

12、組件或NMCL36組件4NMEL03組件5二蹤示波器6萬用表五實驗方法 1將NMCL-05(A)面板上左上角的同步電壓輸入接NMCL32的U、V端，“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。2合上主電路電源開關(guān)，并打開MCL05面板右下角的電源開關(guān)。用示波器觀察各觀察孔的電壓波形，示波器的地線接于“7”端。同時觀察“1”、“2”孔的波形，了解鋸齒波寬度和“1”點波形的關(guān)系。觀察“3”“5”孔波形及輸出電壓UG1K1的波形，調(diào)整電位器RP1，使“3”的鋸齒波剛出現(xiàn)平頂，記下各波形的幅值與寬度，比較“3”孔電壓U3與U5的對應(yīng)關(guān)系。3調(diào)節(jié)脈沖移相范圍將NMCL31的“G”輸出電壓調(diào)至0V，即將控制電壓Uct

13、調(diào)至零，用示波器觀察U2電壓（即“2”孔）及U5的波形，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub（即調(diào)RP），使a=180O。調(diào)節(jié)NMCL31的給定電位器RP1，增加Uct，觀察脈沖的移動情況，要求Uct=0時，a=180O，Uct=Umax時，a=30O，以滿足移相范圍a=30O180O的要求。4調(diào)節(jié)Uct，使a=60O，觀察并記錄U1U5及輸出脈沖電壓UG1K1，UG2K2的波形，并標(biāo)出其幅值與寬度。用導(dǎo)線連接“K1”和“K3”端，用雙蹤示波器觀察UG1K1和UG3K3的波形，調(diào)節(jié)電位器RP3，使UG1K1和UG3K3間隔1800。六實驗報告1整理，描繪實驗中記錄的各點波形，并標(biāo)出幅值與寬度。2總結(jié)鋸齒波同步觸發(fā)

14、電路移相范圍的調(diào)試方法，移相范圍的大小與哪些參數(shù)有關(guān)？3如果要求Uct=0時，a=90O，應(yīng)如何調(diào)整？4討論分析其它實驗現(xiàn)象。七注意事項1雙蹤示波器有兩個探頭，可以同時測量兩個信號，但這兩個探頭的地線都與示波器的外殼相連接，所以兩個探頭的地線不能同時接在某一電路的不同兩點上，否則將使這兩點通過示波器發(fā)生電氣短路。為此，在實驗中可將其中一根探頭的地線取下或外包以絕緣，只使用其中一根地線。當(dāng)需要同時觀察兩個信號時，必須在電路上找到這兩個被測信號的公共點，將探頭的地線接上，兩個探頭各接至信號處，即能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不致發(fā)生意外。2為保護(hù)整流元件不受損壞，需注意實驗步驟：（1）在主電路

15、不接通電源時，調(diào)試觸發(fā)電路，使之正常工作。（2）在控制電壓Uct=0時，接通主電路電源，然后逐漸加大Uct，使整流電路投入工作。（3）正確選擇負(fù)載電阻或電感，須注意防止過流。在不能確定的情況下，盡可能選擇較大的電阻或電感，然后根據(jù)電流值來調(diào)整。（4）晶閘管具有一定的維持電流IH，只有流過晶閘管的電流大于IH，晶閘管才可靠導(dǎo)通。實驗中，若負(fù)載電流太小，可能出現(xiàn)晶閘管時通時斷，所以實驗中，應(yīng)保持負(fù)載電流不小于100mA。（5）如用此觸發(fā)電路控制晶閘管，注意須斷開NMCL33的內(nèi)部觸發(fā)脈沖。實驗四 三相半波可控整流電路的研究一實驗?zāi)康牧私馊喟氩煽卣麟娐返墓ぷ髟?，研究可控整流電路在電阻?fù)載和電

16、阻電感性負(fù)載時的工作。二實驗線路及原理三相半波可控整流電路用三只晶閘管，與單相電路比較，輸出電壓脈動小，輸出功率大，三相負(fù)載平衡。不足之處是晶閘管電流即變壓器的二次電流在一個周期內(nèi)只有1/3時間有電流流過，變壓器利用率低。實驗線路見圖1-5。三實驗內(nèi)容1研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負(fù)載時的工作。2研究三相半波可控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載時的工作。四實驗設(shè)備及儀表1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMEL03組件4二蹤示波器5萬用表五注意事項1整流電路與三相電源連接時，一定要注意相序。2整流電路的負(fù)載電阻不宜過小，應(yīng)使Id不超過0.8A，同時負(fù)載電阻不宜過大，保證Id超過0.1

17、A，避免晶閘管時斷時續(xù)。3正確使用示波器，避免示波器的兩根地線接在非等電位的端點上，造成短路事故。六實驗方法1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察MCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V2V的脈沖。2研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負(fù)載時的工作合上主電源，接上電阻性負(fù)載：（a）改變控制電壓Uct，觀察在不同觸發(fā)移相角時，可控整流電路的輸出電壓Ud=f（t）與

18、輸出電流波形id=f（t），并記錄相應(yīng)的Ud、Id、Uct值。（b）記錄=90°時的Ud=f（t）及id =f（t）的波形圖。（c）求取三相半波可控整流電路的輸入輸出特性Ud/U2=f（）。（d）求取三相半波可控整流電路的負(fù)載特性Ud=f（Id）3研究三相半波可控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載時的工作接入NMCL331的電抗器L=700mH，可把原負(fù)載電阻RD調(diào)小，監(jiān)視電流，不宜超過0.8A（若超過0.8A，可用導(dǎo)線把負(fù)載電阻短路），操作方法同上。（a）觀察不同移相角時的輸出Ud=f（t）、id=f（t），并記錄相應(yīng)的Ud、Id值，記錄=90°時的Ud=f（t）、id=f（t

19、），Uvt=f（t）波形圖。（b）求取整流電路的輸入輸出特性Ud/U2=f（）。七實驗報告1繪出本整流電路供電給電阻性負(fù)載，電阻電感性負(fù)載時的Ud= f（t），id= f（t）及Uvt= f（t）（在=90°情況下）波形，并進(jìn)行分析討論。2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪出整流電路的負(fù)載特性Ud=f（Id），輸入輸出特性Ud/U2=f（）。八思考1如何確定三相觸發(fā)脈沖的相序？它們間分別應(yīng)有多大的相位差？2根據(jù)所用晶閘管的定額，如何確定整流電路允許的輸出電流？實驗五 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一實驗?zāi)康?熟悉NMCL-33組件。2熟悉三相橋式全控整流及有源逆變電路的接線及工作原理。二實驗內(nèi)容1

20、三相橋式全控整流電路2三相橋式有源逆變電路3觀察整流或逆變狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時的波形。三實驗線路及原理實驗線路如圖1-7所示。主電路由三相全控變流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流橋組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。三相橋式整流及有源逆變電路的工作原理可參見“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMEL03組件4NMCL35組件5二蹤示波器6萬用表五實驗方法1未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察NMCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔60o的幅度相同的雙脈沖。（2）檢查相序，用

21、示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V2V的脈沖。注：將面板上的Ublf（當(dāng)三相橋式全控變流電路使用I組橋晶閘管VT1VT6時）接地，將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)均撥到“接通”。（4）將NMCL-31的給定器輸出Ug接至NMCL-33面板的Uct端，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub，在Uct=0時，使a=150o。 2三相橋式全控整流電路 按圖1-7接線，AB兩點斷開、CD兩點斷開，AD連接在一起，并將RD調(diào)至最大(450W)。合上主電源。調(diào)節(jié)Uct，使a在30o90o范圍內(nèi)，用示波

22、器觀察記錄a=30O、60O、90O時，整流電壓ud=f（t），晶閘管兩端電壓uVT=f（t）的波形，并記錄相應(yīng)的Ud和交流輸入電壓U2數(shù)值。3三相橋式有源逆變電路斷開電源開關(guān)后，斷開AD點的連接，分別連接AB兩點和CD兩點。調(diào)節(jié)Uct，使a仍為150O左右。合上主電源。調(diào)節(jié)Uct，觀察a=90O、120O、150O時, 電路中ud、uVT的波形，并記錄相應(yīng)的Ud、U2數(shù)值。4電路模擬故障現(xiàn)象觀察。在整流狀態(tài)時，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導(dǎo)通，觀察并記錄此時的ud波形。六實驗報告1畫出電路的移相特性Ud=f(a)曲線；2作出整流電路的輸入輸出特性Ud/U2

23、=f（）；3畫出三相橋式全控整流電路時，a角為30O、60O、90O時的ud、uVT波形；4畫出三相橋式有源逆變電路時，角為150O、120O、90O 時的ud、uVT波形；5簡單分析模擬故障現(xiàn)象；實驗六 單相交流調(diào)壓電路實驗一實驗?zāi)康?加深理解單相交流調(diào)壓電路的工作原理。2加深理解交流調(diào)壓感性負(fù)載時對移相范圍要求。二實驗內(nèi)容1單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載。2單相交流調(diào)壓器帶電阻電感性負(fù)載。三實驗線路及原理本實驗采用了鋸齒波移相觸發(fā)器。該觸發(fā)器適用于雙向晶閘管或兩只反并聯(lián)晶閘管電路的交流相位控制，具有控制方式簡單的優(yōu)點。晶閘管交流調(diào)壓器的主電路 由兩只反向晶閘管組成，見圖1-8。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMEL03組件4NMCL-05(A)組件或NMCL36組件5二蹤示波器6萬用表五注意事項在電阻電感負(fù)載時，當(dāng)a<j時，若脈沖寬度不夠會使負(fù)載電流出現(xiàn)直流分量，損壞元件。為此主電路可通過變壓器降壓供