（應用物理學）電力電子技術實驗教學大綱

1、電力電子技術實驗教學大綱課程編碼1302301課程名稱電力電子技術適用專業(yè)應用物理學學 分考核形式學時10先修課程模擬電子技術、數(shù)字電子技術開課學期六一、課程簡介：本課程是應用物理學專業(yè)必修的專業(yè)基礎課。其任務是使學生熟悉各種電力電子器件的特性和使用方法；掌握各種電力電子電路的結構、工作原理、控制方法、設計計算方法及實驗技能；熟悉各種電力電子裝置的應用范圍及技術經濟指標。同時，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打好基礎，本實驗課是與電力電子技術課程相配套的實驗課程。二、課程實驗教學目的與要求電力電子技術實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實踐能力的重要教學環(huán)節(jié)。該實驗使學生熟悉和掌握晶閘管等電力電子器件的結構、原理、特

2、性和使用方法，熟悉和掌握各種基本的整流電路、直流斬波電路、交交變頻電路和逆變電路的結構、工作原理、波形分析和控制方法，掌握PWM技術的工作原理和控制特性，掌握基本電力電子裝置的實驗和調試方法。三、實驗項目實驗一 單結晶體管觸發(fā)電路和單相半波可控整流電路（一）實驗目的、任務1、熟悉單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理，接線及電路中各元件的作用；2、觀察單結晶體管觸發(fā)電路各點的波形，掌握調試步驟和方法；3、對單相半波可控整流電路在電阻負載及電阻電感負載時的工作過程作全面分析；4、了解續(xù)流二極管的作用。（二）基本要求1、了解單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理； 2、復習單相半波可控整流電路的有關內容，掌握單相半波

3、可控整流電路接電阻性負載和電阻電感負載時的工作波形；3、掌握單相半波可控整流電路接不同負載時、的計算方法。（三）實驗基本原理1、實驗電路（1）單結晶體管觸發(fā)電路如圖1-1所示圖1-1 單結晶體管觸發(fā)電路原理圖觸發(fā)電路原理：由同步變壓器副邊輸出60V的交流同步電壓，經VD1半波整流，再由穩(wěn)壓管V1、V2進行削波，從而得到梯形波電壓，其過零點與電源電壓的過零點同步，梯形波通過R7及等效可變電阻V5向電容C1充電，當充電電壓達到單結晶體管的峰值電壓時，單結晶體管V6導通，電容通過脈沖變壓器原邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時由于放電時間常數(shù)很小，C1兩端的電壓很快下降到單結晶體管的谷點電壓，使V6

4、關斷，C1再次充電，周而復始，在電容C1兩端呈現(xiàn)鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊輸出尖脈沖。在一個梯形波周期內，V6可能導通、關斷多次，但只有輸出的第一個觸發(fā)脈沖對晶閘管的觸發(fā)時刻起作用。充電時間常數(shù)由電容C1和等效電阻等決定，調節(jié)RP1改變C1的充電的時間，控制第一個尖脈沖的出現(xiàn)時刻，實現(xiàn)脈沖的移相控制。電位器RP1已裝在面板上，同步信號已在內部接好，所有的測試信號都在面板上引出。單結晶體管觸發(fā)電路的各點波形如圖1-2所示。 （2）單相半波可控整流電路，如圖1-3所示圖1-3 單相半波可控整流電路2、電阻性負載輸出直流電壓平均值 圖1-2單結晶體管觸發(fā)電路各點的電壓 波形（）（四）實驗內容及重點、

5、難點1、單結晶體管觸發(fā)電路的調試；2、單結晶體管觸發(fā)電路各點電壓波形的觀察并記錄；3、單相半波整流電路帶電阻性負載時特性的測定；4、單相半波整流電路帶電阻阻感性負載時續(xù)流二極管作用的觀察。實驗二 單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗（一）實驗目的、任務1、加深理解單相橋式全控整流及逆變電路的工作原理；2、研究單相橋式變流電路整流的全過程；3、研究單相橋式變流電路逆變的全過程，掌握實現(xiàn)有源逆變的條件；4、掌握逆變顛覆產生的原因及預防方法。（二）基本要求1、了解有關單相橋式全控整流電路的相關內容；2、了解有關有源逆變電路的內容，掌握實現(xiàn)有源逆變的基本條件。（三）實驗基本原理1、實驗電路圖2-1為單相

6、橋式整流帶電阻阻感性負載，其輸出負載R用D42三相可調電阻器，將兩個900接成并聯(lián)形式，電抗用DJK02面板上的700mH，直流電壓、電流表均在DJK02面板上。觸發(fā)電路采用DJK03-1組件掛箱上的“鋸齒波同步移相觸發(fā)電路”和“”。 圖2-1 單相橋式整流實驗原理圖 圖2-2單相橋式有源逆變電路實驗原理圖圖2-2為單相橋式有源逆變原理圖，三相電源經三相不控整流，得到一個上負下正的直流電源，供逆變橋路使用，逆變橋電路逆變出的交流電壓經升壓變壓器反饋回電網?！叭嗖豢卣鳌笔荄JK10上的一個模塊，其“心式變壓器”在此做為升壓變壓器用，從晶閘管逆變出的電壓接“心式變壓器”的中壓端Am、Bm，返回

7、電網的電壓從其高壓端A、B輸出，為了避免輸出的逆變電壓過高而損壞心式變壓器，故將變壓器接成Y/Y接法。圖中的電阻R、電抗和觸發(fā)電路與整流所用相同。2、單相橋式全控整流電路帶電阻性負載輸出直流電壓平均值有關實現(xiàn)有源逆變的必要條件等內容可參見電力電子技術教材的有關內容。（四）實驗內容及重點、難點1、單相橋式全控整流電路帶電阻電感負載；2、單相橋式有源逆變電路帶電阻電感負載；3、有源逆變電路逆變顛覆現(xiàn)象的觀察。實驗三 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗（一）實驗目的、任務1、加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理；2、了解KC系列集成觸發(fā)器的調整方法和各點的波形。 （二）基本要求1、掌握有

8、關三相橋式全控整流電路的相關內容；2、掌握有關有源逆變電路的有關內容，掌握實現(xiàn)有源逆變的基本條件；3、掌握有關集成觸發(fā)電路的內容，掌握該觸發(fā)電路的工作原理。（三）實驗基本原理1、實驗電路實驗線路如圖3-1及圖3-2所示。主電路由三相全控整流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流電路組成，觸發(fā)電路為DJK02-l中的集成觸發(fā)電路，由KC04、KC41、KC42等集成芯片組成，可輸出經高頻調制后的雙窄脈沖鏈。集成觸發(fā)電路的原理可參考有關內容，三相橋式整流及逆變電路的工作原理可參見電力電子技術教材的有關內容。 圖中的R用D42三相可調電阻，將兩個900接成并聯(lián)形式；電感Ld在DJK02面板上，選用70

9、0mH，直流電壓、電流表由DJK02獲得。 在三相橋式有源逆變電路中，電阻、電感與整流的一致，而三相不控整流及心式變壓器均在DJK10掛件上，其中心式變壓器用作升壓變壓器，逆變輸出的電壓接心式變壓器的中壓端m、Bm、Cm，返回電網的電壓從高壓端、B、C輸出，變壓器接成YY接法。 圖3-1整流電路實驗原理圖 圖3-2有源逆變電路實驗原理圖2、三相橋式全控整流電路帶阻感性負載輸出直流電壓平均值（四）實驗內容及重點、難點1、三相橋式全控整流電路；2、三相橋式有源逆變電路；實驗四 直流斬波電路實驗（一）實驗目的、任務1、加深理解斬波器電路的工作原理。2、掌握斬波器主電路、觸發(fā)電路的調試步驟和方法。3、

10、熟悉斬波器電路各點的電壓波形。（二）基本要求1、掌握教材中有關斬波器的內容，弄清脈寬可調斬波器的工作原理。2、掌握有關斬波器及其觸發(fā)電路的內容，掌握斬波器及其觸發(fā)電路的工作原理及調試方法。（三）實驗基本原理本實驗采用脈寬可調的晶閘管斬波器，主電路如圖4-1所示。其中VT1為主晶閘管，VT2為輔助晶閘管, C和L1構成振蕩電路,它們與VD2、VD1、L2組成VT1的換流關斷電路。當接通電源時，C經L1、VD1、L2及負載充電至+Ud0，此時VT1、VT2均不導通，當主脈沖到來時，VT1導通，電源電壓將通過該晶閘管加到負載上。當輔助脈沖到來時，VT2導通，C通過VT2、L1放電，然后反向充電，其電

11、容的極性從+Ud0變?yōu)?Ud0，當充電電流下降到零時，VT2自行關斷，此時VT1繼續(xù)導通。VT2關斷后，電容C通過VD1及VT1反向放電，流過VT1的電流開始減小，當流過VT1的反向放電電流與負載電流相同的時候，VT1關斷；此時，電容C繼續(xù)通過VD1、L2、VD2放電，然后經L1、VD1、L2及負載充電至+Ud0，電源停止輸出電流，等待下一個周期的觸發(fā)脈沖到來。VD3為續(xù)流二極管，為反電勢負載提供放電回路。圖4-1 斬波主電路原理圖 圖4-2 斬波電路實驗接線圖從以上斬波器工作過程可知，控制VT2脈沖出現(xiàn)的時刻即可調節(jié)輸出電壓的脈寬, 從而可達到調節(jié)輸出直流電壓的目的。VT1、VT2的觸發(fā)脈沖

12、間隔由觸發(fā)電路確定，斬波器觸發(fā)電路原理可參考實驗指導書。斬波電路實驗接線如圖4-2所示，電阻R用D42三相可調電阻，用其中一個900的電阻；勵磁電源和直流電壓、電流表均在控制屏上。（四）實驗內容及重點、難點1、直流斬波器觸發(fā)電路調試。2、直流斬波器接電阻性負載。3、直流斬波器接電阻阻感性負載（選做）。實驗五 單相交流調壓電路實驗（一）實驗目的、任務1、加深理解單相交流調壓電路的工作原理；2、加深理解單相交流調壓電路帶阻感性負載對脈沖及移相范圍的要求；3、了解KC05晶閘管移相觸發(fā)器的原理和應用。（二）基本要求1、掌握有關交流調壓的內容，掌握交流調壓的工作原理；2、掌握單相交流調壓觸發(fā)電路的內容

13、，了解KCO5晶閘管觸發(fā)芯片的工作原理及在單相交流調壓電路中的應用。（三）實驗基本原理本實驗采用KCO5晶閘管集成移相觸發(fā)器。該觸發(fā)器適用于雙向晶閘管或兩個反向并聯(lián)晶閘管電路的交流相位控制，具有鋸齒波線性好、移相范圍寬、控制方式簡單、易于集中控制、有失交保護、輸出電流大等優(yōu)點。單相晶閘管交流調壓器的主電路由兩個反向并聯(lián)的晶閘管組成，如圖5-1所示。圖中電阻R用D42三相可調電阻，將兩個900接成并聯(lián)接法，晶閘管則利用DJK02上的反橋元件，交流電壓、電流表由DJK01控制屏上得到，電抗器Ld從DJK02上得到，用700mH。圖5-1單相交流調壓電路實驗原理圖（四）實驗內容及重點、難點1、KC0

14、5 集成移相觸發(fā)電路的調試。2、單相交流調壓電路帶電阻性負載。3、單相交流調壓電路帶電阻阻感性負載。四、實驗項目學時分配表序 號實 驗 項 目實驗類別學 時1單結晶體管觸發(fā)電路和單相半波可控整流電路實驗驗證22單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗驗證23三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗驗證24直流斬波電路實驗驗證25單相交流調壓電路實驗驗證2合 計10五、實驗報告格式實驗之前應認真預習準備，寫出解決思路，畫出程序流程圖，編好源程序，對接口類實驗還要畫出接口電路圖。實驗過程中，應隨時記錄碰到的問題、發(fā)現(xiàn)的錯誤以及解決方法。最后寫出調試無誤的源程序。實驗報告的格式如下：實驗名稱：學生姓名：班級：準備日期：實驗日期：實驗前的準備：（一）實驗要求：（二）實驗目的：（三）解決思路及原理：（接口類實驗要畫出接口電路圖）（四）程序流程圖：（五）源程序：實驗過程：（六）發(fā)現(xiàn)的問題、錯誤及解決方法：（七）調試無誤的源程序：按學校統(tǒng)一規(guī)定的實踐（實驗）教學報告書寫。六、成績評定辦法及標準評定辦法（1）依據(jù)實驗中的表現(xiàn)和實驗結果（占50%）；（2）依據(jù)實驗報告的質量（占50%）。按平時實驗表現(xiàn)和實驗報告情況劃分不同等級，分別是：優(yōu)秀、良好、中、及格、不及格五個等級。1）優(yōu)：實驗操作熟練，實驗結