電力電子技術(shù)實驗講義

福建工程學(xué)院國脈信息學(xué)院電力電子技術(shù)實驗PAGEPAGE8第8頁電力電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書福建工程學(xué)院國脈信息學(xué)院2010年11月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u電力電子實驗的基本要求及注意事項 1實驗一鋸齒波同步移相觸發(fā)電路和單相橋式半控整流電路 3實驗二三相橋式全控整流電路實驗 7實驗三單相交流調(diào)壓電路研究 9實驗四直流斬波電路(設(shè)計性)的性能研究 11電力電子實驗的基本要求及注意事項（一）電力電子實驗的重要性和基本要求電力電子實驗是《電力電子技術(shù)》課程理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，由于電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其重要性愈加突出。目前，電力電子技術(shù)已成為一門基礎(chǔ)性和支持性很強(qiáng)的學(xué)科。同時，由于電力電子技術(shù)是一門實用性很強(qiáng)的技術(shù)，因此實驗環(huán)節(jié)就顯得很重要。電力電子實驗的目的就在于使學(xué)生理解和掌握課堂上所學(xué)的基礎(chǔ)理論、培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的實驗方法與操作技能，因此同學(xué)們在實驗前一定要認(rèn)真復(fù)習(xí)電力電子技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容，提前對實驗有一個全面的了解，諸如實驗線路如何連接？實驗有哪幾個步驟？要測量哪些波形、數(shù)據(jù)等。做了這些必要的準(zhǔn)備工作后，就能在實驗中做到心中有數(shù)，有的放矢。實驗結(jié)束后通過對所得到波形、數(shù)據(jù)的整理、分析和計算，得出必要的結(jié)論并和書本上的講解相印證，最后寫出完整的實驗報告。整個實驗過程中必須嚴(yán)肅認(rèn)真，集中精力，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度做好實驗，切實掌握好電力電子技術(shù)這門課程。一、實驗前的準(zhǔn)備實驗前應(yīng)充分預(yù)習(xí)電力電子技術(shù)的相關(guān)試驗內(nèi)容，認(rèn)真閱讀《電力電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書》，了解實驗?zāi)康?、?nèi)容、方法與步驟，并應(yīng)寫出預(yù)習(xí)報告，其中包括實驗名稱、實驗線路圖、實驗步驟、數(shù)據(jù)計算公式等。二、實驗的進(jìn)行１．每次實驗以小組為單位，每組由3～4人組成，并推選組長1人。組長負(fù)責(zé)組織實驗的進(jìn)行，合理分配接線、調(diào)節(jié)、測量及記錄等項工作。２．實驗接線前應(yīng)首先熟悉試驗臺的各個組件。３．接線時，主接線和控制線要區(qū)分開，導(dǎo)線長短選取要合適，最好任意一個接點(diǎn)不要多于兩根導(dǎo)線，并應(yīng)盡量減少導(dǎo)線的相互交叉，提高實驗的安全性。４．接線完畢后務(wù)必請實驗指導(dǎo)教師檢查線路，確認(rèn)無誤后方可合閘上電進(jìn)行實驗。若實驗過程中需改換接線，一定要斷電操作，并經(jīng)指導(dǎo)教師檢查方可試驗。５．在實驗操作過程中，如發(fā)生故障，首先應(yīng)立即切斷電源，并請指導(dǎo)教師檢查分析故障原因，待故障排除后再進(jìn)行實驗。６．實驗完畢后，應(yīng)先將試驗數(shù)據(jù)交指導(dǎo)教師審閱，經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后才允許拆線，然后將實驗設(shè)備、導(dǎo)線及工具等整理歸位。三、實驗報告實驗報告應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康?、實測數(shù)據(jù)及在實驗中觀察和發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)分析研究得出結(jié)論，或通過分析討論寫出心得體會。實驗報告應(yīng)簡明扼要，字跡清楚，圖表整潔，結(jié)論明確，內(nèi)容包括：１．實驗名稱、專業(yè)班級、組別、姓名、同組同學(xué)姓名、實驗日期。２．扼要寫出實驗?zāi)康暮蛯嶒烅椖俊＃常L出實驗所用線路圖。４．整理實驗中記錄下的各個波形。５．繪制曲線時必須使用坐標(biāo)紙，圖紙尺寸不應(yīng)小于80×80（毫米×毫米），坐標(biāo)比例應(yīng)適當(dāng)選取，曲線要用曲線板光滑繪出，不在曲線上的點(diǎn)仍要按實際數(shù)據(jù)予以標(biāo)出。６．結(jié)論部分。根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行計算分析，最后得出結(jié)論乃是由實踐上升到理論的鞏固提高過程，是實驗報告很重要的一部分。結(jié)論可以根據(jù)不同實驗方法所得結(jié)果進(jìn)行比較，討論各種不同實驗方法的優(yōu)缺點(diǎn)，說明實驗結(jié)果與理論是否相符及原因分析，亦可寫出通過實驗的收獲和心得體會。實驗報告應(yīng)寫在統(tǒng)一規(guī)格的實驗報告紙上，并保持清潔整齊。每次實驗每人獨(dú)立完成實驗報告一份，按時交指導(dǎo)教師批閱。（二）電力電子實驗安全操作注意事項電力電子實驗所用電為強(qiáng)電，因此安全問題相當(dāng)重要，為確保實驗時人身安全與設(shè)備安全，要嚴(yán)格遵守實驗室的安全操作規(guī)程，電力電子實驗的安全操作注意事項如下：一、人體不可接觸帶電線路或帶電端子。二、學(xué)生獨(dú)立完成接線或改接線路后，必須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查允許，招呼全組同學(xué)引起注意后，才可以合上電源。實驗中如發(fā)生故障，應(yīng)首先立即切斷電源，保護(hù)現(xiàn)場，并報告指導(dǎo)教師，待查清問題并妥善處理故障后，才能繼續(xù)進(jìn)行實驗。三、決不允許帶電進(jìn)行改接線路。四、示波器使用時，應(yīng)注意不可同時測量主回路強(qiáng)電信號和控制回路的弱電信號。五、使用萬用表時，應(yīng)注意交流、直流和電阻檔的切換，同時要注意量程的選擇，以防測量錯誤燒毀萬用表。六、實驗室總電源由實驗室工作人員掌管，其它人員不得擅自亂動。實驗一鋸齒波同步移相觸發(fā)電路和單相橋式半控整流電路一、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。3．研究單相橋式半控整流電路在電阻負(fù)載、電阻—電感性負(fù)載的工作。4．掌握雙蹤示波器在電力電子線路實驗中的使用特點(diǎn)與方法。二、實驗線路及原理單相橋式半控整流電路原理圖及面板示意圖見圖1-1。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路，見圖1-2，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。VT1VT4VT3VT1VT4VT3VT5VD4VD6VD2VD1VD3VD5VT2VT6圖1-2鋸齒波觸發(fā)電路圖三、實驗設(shè)備及儀器1．教學(xué)實驗臺主控制屏2．NMCL—33組件3．NMCL—05E組件4．MEL—03A組件5．NMCL—31組件6．雙蹤示波器7．萬用表四、實驗內(nèi)容和方法1．鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試及各點(diǎn)波形觀察、分析。（a）．將NMCL-05E面板上左上角的同步電壓輸入接NMCL—32的U、V端。（b）．合上主電路電源開關(guān)，并打開NMCL—05E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(diǎn)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。（c）．調(diào)節(jié)脈沖移相范圍將NMCL—31的“G”輸出電壓調(diào)至0V，即將控制電壓Uct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)NMCL—05E面板的RP2），使=150O。調(diào)節(jié)NMCL—31的給定電位器RP1，增加Uct，觀察脈沖的移動情況，要求Uct=0時，=150O，Uct=Umax時，=30O，以滿足移相范圍=30O~150O的要求。（d）．調(diào)節(jié)Uct，使=90O，觀察并記錄U1~U5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。2．單相橋式半控整流電路供電給電阻性負(fù)載：按圖1-1原理圖接線，注意先畫出具體的接線圖，將鋸齒波觸發(fā)電路的脈沖輸出G1、K1、G3、K3接到到晶閘管的門極和陰極。不接VDR續(xù)流二極管，并短接平波電抗器L=700mH。調(diào)節(jié)電阻負(fù)載RD（可選擇900Ω電阻并聯(lián)，最大電流為0.8A）至最大。經(jīng)教師檢查后方能通電。（a）NMCL—31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源，調(diào)節(jié)NMCL-31的給定電位器RP1，使α=90°，測取此時整流電路的輸出電壓Ud，輸出電流id以及晶閘管端電壓UVT1波形，并用萬用表測定交流輸入電壓U2、整流輸出電壓Ud，驗證。若輸出電壓的波形不對稱，可分別調(diào)整鋸齒波觸發(fā)電路中RP1，RP3電位器。（b）采用類似方法，分別測取α=60°，α=30°時的Ud、id、Uvt波形。3．單相橋式半控整流電路供電給電阻—電感性負(fù)載（a）接上續(xù)流二極管，接上平波電抗器。NMCL—31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。（b）合上主電源，調(diào)節(jié)Uct，使α=90°，測取輸出電壓Ud=f（t），整流電路輸出電流id=f（t）波形，并分析二者的關(guān)系。調(diào)節(jié)電阻RD，觀察id波形如何變化，注意防止過流。（c）調(diào)節(jié)Uct，使α分別等于60°、30°時，測取Ud，iL，id波形。（d）斷開續(xù)流二極管，觀察Ud，id波形。突然切斷觸發(fā)電路，觀察失控現(xiàn)象并記錄Ud波形。若不發(fā)生失控現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)電阻Rd。五、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(diǎn)上，否則將使這兩點(diǎn)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(diǎn)，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，晶閘管整流電路的正確操作步驟：（1）在主電路不接通電源時，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）斷開整流電路時，應(yīng)先把Uct降到零，使整流電路無輸出，然后切斷總電源。3．注意示波器的使用。4．NMCL—33的內(nèi)部脈沖需斷開。六、實驗報告要求1．整理，描繪鋸齒波同步觸發(fā)電路實驗中記錄的各點(diǎn)波形，并標(biāo)出幅值與寬度。2．總結(jié)鋸齒波同步觸發(fā)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．繪出單相橋式半控整流電路供電給電阻負(fù)載、電阻—電感性負(fù)載情況下，當(dāng)α=90°時的Ud、id、UVT等波形圖并加以分析。4．作出實驗整流電路供電給電阻負(fù)載、電阻—電感性負(fù)載情況下的Ud/U2=f（α）曲線。5．分析續(xù)流二極管作用及電感量大小對負(fù)載電流的影響。七、思考1．在可控整流電路中，續(xù)流二極管VD起什么作用？在什么情況下需要接入？2．能否用雙蹤示波器同時觀察觸發(fā)電路與整流電路的波形？

實驗二三相橋式全控整流電路實驗一、實驗?zāi)康?．熟悉NMCL-33組件。2．熟悉三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。二、實驗線路及原理實驗原理圖如圖2-1所示。主電路由三相全控變流電路組成。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。三相橋式整流電路的工作原理可參見“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。圖2-1b三相電路控制回路圖2-1b三相電路控制回路圖2-1a三相橋式全控整流電路原理圖三、實驗設(shè)備及儀器1．教學(xué)實驗臺主控制屏2．NMCL—33組件3．MEL—03A組件4．NMCL—31組件5．NMCL—35組件6．雙蹤示波器7．萬用表四、實驗內(nèi)容和方法1．未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（a）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。（b）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。（c）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V—2V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VT1~VT6時）接地，將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)均撥到“接通”。（d）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=150o。2．三相橋式全控整流電路按圖2-1接線，要求負(fù)載端接入直流電流表，并將RD調(diào)至最大(450)，串接上平波電抗器L=700mH。合上主電源，調(diào)節(jié)Uct，使在30o~90o范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄=30O、60O、90O時，整流電壓ud，晶閘管兩端電壓uVT的波形，并記錄相應(yīng)的Ud和交流輸入電壓U2數(shù)值。3．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。五、實驗報告要求1．畫出電路的移相特性Ud=f()曲線。2．作出整流電路的輸入—輸出特性Ud/U2=f（α）。3．畫出三相橋式全控整流電路時，角為30O、60O、90O時的ud、uVT波形。4．簡單分析模擬故障現(xiàn)象。

實驗三單相交流調(diào)壓電路研究一、實驗?zāi)康?．掌握采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路的工作原理、特點(diǎn)、波形分析與使用場合。2．熟悉PWM專用集成電路SG3525的組成、功能、工作原理與使用方法。二、實驗系統(tǒng)組成及工作原理隨著自關(guān)斷器件的迅速發(fā)展，采用晶閘管移相控制的交流調(diào)壓設(shè)備，已逐漸被采用自關(guān)斷器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流斬波調(diào)壓所代替，與移相控制相比，斬波調(diào)壓具有下列優(yōu)點(diǎn)：諧波幅值小，且最低次諧波頻率高，故可采用小容量濾波元件；功率因數(shù)高，經(jīng)濾波后，功率因數(shù)接近于1。對其他用電設(shè)備的干擾小。因此，斬波調(diào)壓是一種很有發(fā)展前途的調(diào)壓方法，可用于馬達(dá)調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)光等設(shè)備。本實驗系統(tǒng)以調(diào)光為例，進(jìn)行斬波調(diào)壓研究。斬波調(diào)壓的主回路由MOSFET及其反并聯(lián)的二極管組成雙向全控電子斬波開關(guān)。當(dāng)MOS管分別由脈寬調(diào)制信號控制其通斷時，則負(fù)載電阻RL上的電壓波形如圖4-1b所示（輸出端不帶濾波環(huán)節(jié)時），顯然，負(fù)載上的電壓有效值隨脈寬信號的占空比而變，當(dāng)輸出端帶有濾波環(huán)節(jié)時的負(fù)載端電壓波形如圖4-1c所示。圖4-1斬波調(diào)壓的脈寬調(diào)制信號由專用集成芯片SG3525產(chǎn)生，有關(guān)SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能、工作原理與使用方法等可參閱雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)實驗?？刂葡到y(tǒng)中由變壓器T、比較器和或非門等組成同步控制電路以確保交流電源的2端為正時，MOS管VT1導(dǎo)通；而當(dāng)交流電源的1端為正時，MOS管VT2導(dǎo)通。三、實驗設(shè)備和儀器1．NMCL-22實驗掛箱2．萬用表3．雙蹤示波器四、實驗內(nèi)容和方法1．SG3525性能測試先按下開關(guān)S1。（1）鋸齒波周期與幅值測量(分開關(guān)S2、S3、S4合上與斷開多種情況）。測量“1”端。（2）輸出最大與最小占空比測量。測量“2”端。圖4-2單相交流調(diào)壓電路2．控制電路相序與驅(qū)動波形測試將“UPW”的2端與控制電路的4端相連。將電位器RP左旋到底，按下開關(guān)S1、S6、S7，用雙蹤示波器觀察并記錄下列各點(diǎn)波形：（1）控制電路的1、2與地端間波形，應(yīng)仔細(xì)測量該波形是否對稱互補(bǔ)；（2）控制電路的3、5與地端間波形；（3）主電路的4與5及6與5端間波形；3．不帶電感時負(fù)載與mos管兩端電壓波形測試將主電路的3與4短接，將upw的電位器RP右旋到大致中間的位置，測試并記錄負(fù)載與mos管兩端電壓波形。4．帶電感時負(fù)載與mos管兩端電壓波形測試將主電路的3與4不短接，將upw的電位器RP右旋到大致中間的位置，測試并記錄負(fù)載與mos管兩端電壓波形。5．不同占空比k時的負(fù)載端電壓測試實驗中，將電位器RP從左至右旋轉(zhuǎn)4-5個位置，分別觀察并記錄SG3525的輸出2端脈沖的占空比、負(fù)載端電壓大小與波形占空比K25%50%75%負(fù)載端電壓（用萬用表交流檔測量）Uo波形6．不同載波頻率時的濾波效果比較使電感接入電路，在s2、s3、s4合上與斷開多種情況下，觀察并記錄負(fù)載兩端波形。7．不同占空比k時的負(fù)載端諧波大小的測試分別觀察并記錄RP左旋與右旋到底時的負(fù)載端波形，從而判斷出占空比k大小對負(fù)載端諧波大小的影響。8．輸入電流的位移因數(shù)測試（1）將主電路的3、4兩端用導(dǎo)線短接，即不接入電感（2）在不同占空比條件下，用雙蹤示波器同時觀察并記錄2與1端和2與6端間波形。五、思考題1．當(dāng)主電路接純電阻負(fù)載（即將電感短路）時，可見負(fù)載電壓波形存在死區(qū)，其產(chǎn)生的原因是什么？2．當(dāng)主電路接電感性負(fù)載時，在電壓的過零點(diǎn)會出現(xiàn)一尖峰脈沖，且其幅值隨占空比的增大而增大。試分析其產(chǎn)生的原因以及抑制的方法。六、實驗報告要求1．整理實驗中記錄下的各類波形。2．回答思考題的2個問題。3．分析實驗中出現(xiàn)的問題。

實驗四直流斬波電路(設(shè)計性)的性能研究一、實驗?zāi)康氖煜ちN斬波電路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper)的工作原理，掌握這六種斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二、實驗設(shè)備及儀器1．電力電子教學(xué)試驗臺主控制屏2．NMCL-22組件3．雙蹤示波器4．萬用表三、實驗內(nèi)容和方法按照面板上各種斬波器的電路圖，取用相應(yīng)的元件，搭成相應(yīng)的斬波電路即可。1．SG3525性能測試先按下開關(guān)S1（1）鋸齒波周期與幅值測量(分開關(guān)s2、s3、s4合上與斷開多種情況）。測量“1”端。（2）輸出最大與最小占空比測量。測量“2”端。2．降壓斬波電路buckchopper(1)連接電路。將UPW(脈寬調(diào)制器)的輸出端2端接到斬波電路中IGBT管VT的G端,分