電力電子技術(shù)實驗

電力電子技術(shù)實驗2023/12/28電力電子技術(shù)實驗電力電子實驗室簡介電力電子實驗室是根據(jù)《電力電子技術(shù)》等課程設(shè)置，由于本課程橫跨“電力”、“電機”，“電子”與“控制”三個領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)之一，廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、交通等各個領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景。因此通過本課程的實踐環(huán)節(jié)，可使學(xué)生對功率半導(dǎo)體器件、可控整流電路、有源逆變電路、變頻電路、交流調(diào)壓電路、直流斬波電路，以及對主電路計算及保護、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路的內(nèi)容的學(xué)習(xí)有更進一步的深入了解，使學(xué)生具有初步設(shè)計、調(diào)試、分析電力電子變流裝置等方面的能力。電力電子技術(shù)實驗電力電子實驗室簡介通過實驗，要求掌握單相、三相可控整流電路及負載的影響，基本直流斬波電路，逆變電路、交流調(diào)壓電路的基本原理和方法，理解PWM控制技術(shù)、電力電子器件的驅(qū)動、整流電路的諧波和功率因數(shù)等具有一定的實際操作能力。電力電子實驗室主要配置為MCL-Ⅲ型電力電子及電氣傳動實驗臺，該實驗臺布局合理，各類相關(guān)配套電路配置齊全，面板示意圖明確，直觀，學(xué)生可通過面板上的接線端鈕自己連接實驗電路，實驗方法靈活多變。本實驗室管理采用專人負責(zé)制度，能夠承擔(dān)與電力電子及電氣傳動課程相關(guān)的各類實驗，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。電力電子技術(shù)實驗電力電子技術(shù)實驗項目介紹本實驗室可開設(shè)的實驗項目有第一部分實驗一單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實驗實驗二正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗實驗三鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗實驗四單相橋式半控整流電路實驗實驗五單相橋式全控整流電路實驗實驗六單相橋式有源逆變電路實驗實驗七三相半波可控整流電路的研究實驗八三相橋式半控整流電路實驗實驗九三相橋式全控整流（及有源逆變電路實驗）實驗十單相交流調(diào)壓電路實驗電力電子技術(shù)實驗電力電子技術(shù)實驗項目介紹第二部分實驗一電力晶體管(GTR)驅(qū)動電路研究實驗二電力晶體管(GTR)特性研究實驗三功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動電路研究實驗四絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅(qū)動電路研究實驗五采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路研究實驗六直流斬波電路(設(shè)計性)的性能研究實驗七單相交直交變頻電路其中，第一部分的實驗九、實驗十和第二部分和實驗六為本學(xué)院相關(guān)專業(yè)必做的三個實驗。另外電子電力實驗室作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的場所，可提供的相關(guān)設(shè)備能開展交流調(diào)速方面的研究。如基于DSP的矢量變換控制與直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速系統(tǒng)等。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗

一、實驗?zāi)康?、熟悉MCL-33組件。2、熟悉三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。3、了解集成觸發(fā)器的調(diào)整方法及各點波形。二、實驗內(nèi)容1、三相橋式全控整流電路2、觀察整流狀態(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2-3所示。主電路由三相全控變流電路整流橋組成。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。三相橋式整流電路的工作原理可參見《電力電子技術(shù)》的有關(guān)教材。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗四、實驗設(shè)備及儀器1、NMCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏。2、NMCL—33組件3、NMEL—03組件4、NMCL－35組件5、雙蹤示波器6、萬用表7、U盤（自備）五、實驗方法1、按圖2-3接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）打開MCL-18電源開關(guān)，給定電壓有電壓顯示。（2）用示波器觀察同步電壓，相序關(guān)系如圖2－1，U相超前于V相1200，其它關(guān)系同理。（3）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，如圖2－2所示，圖中α＝600，可由同步電壓和對應(yīng)的脈沖相角關(guān)系來確定，圖中為U相和脈沖觀察孔“1”對應(yīng)的α角。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗實驗接線圖電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗（4）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”。（5）將給定器輸出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。

圖2－1同步電壓關(guān)系圖2－2同步電壓和α角的關(guān)系電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗2．三相橋式全控整流電路主電路按圖2-3和控制電路按圖2－4接線，AD連接在一起，并將RD調(diào)至最大(450

)。合上主電源。調(diào)節(jié)Uct，使

在30o~150o范圍內(nèi)，用示波器觀察

=00、30O、60O、900、1200、1500時，（調(diào)節(jié)

時請參考上一步中的第3小步，即

＝600時的情況）整流電壓ud=f（t），晶閘管兩端電壓uVT=f（t）的波形，記錄在U盤中；并記錄相應(yīng)的Ud和交流輸入電壓U2數(shù)值到表1－1中。具體操作過程如下：1）如

＝600時，用示波器的一個探頭測量同步電壓，另一個探頭同時測量對應(yīng)脈沖，調(diào)節(jié)Uct，使波形如圖2－2所示，2）記錄表1－1中要求記錄的數(shù)據(jù)，如。3）用示波器的一個探頭測量負載電阻兩端的波形Ud，存入U盤中。如圖2－5所示。4）用示波器的一個探頭測量晶閘管VT1兩端的波形UVT，存入U盤中。如圖2－6所示。

為其它值時的測量請重復(fù)以上4個步驟。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗α0°30°60°90°120°150°UctUd（記錄值）Ud（計算值）

計算公式：Ud=2.34U2cosa。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗3、電路模擬故障現(xiàn)象觀察。在整流狀態(tài)α＝60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，觀察此時的ud、uvt波形并記錄到U盤中。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗六、注意：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。電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流電路實驗七、實驗報告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、打印出三相橋式全控整流電路時，

角為30O、60O、90O、1200、1500、時的ud、uVT波形4、打印出模擬故障時的波形并簡單分析其原因。電力電子技術(shù)實驗實驗二直流斬波電路的性能研究一．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．實驗內(nèi)容1．SG3525芯片的調(diào)試2．斬波電路的連接3．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)試驗臺主控制屏2．MCL-22組件3．示波器4．萬用表5、U盤（自備）電力電子技術(shù)實驗實驗二直流斬波電路的性能研究四．實驗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。注意：下面（2-7）六路電路中任選擇一種電路做實驗電力電子技術(shù)實驗實驗二直流斬波電路的性能研究2．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,分別將斬波電路的1與3，4與12，12與5，6與14，15與13，13與2相連，照面板上的電路圖接成buckchopper斬波器。(2)觀察負載電壓波形。經(jīng)檢查電路無誤后,按下開關(guān)s1、s8，用示波器觀察VD1兩端12、13孔之間電壓，調(diào)節(jié)upw的電位器rp，即改變觸發(fā)脈沖的占空比，觀察負載電壓的變化，并記錄電壓波形(3)觀察負載電流波形。用示波器觀察并記錄負載電阻R4兩端波形(4)改變脈沖信號周期。在S2、S3、S4合上與斷開多種情況下,重復(fù)步驟(2)、(3)(5)改變電阻、電感參數(shù)?？蓪讉€電感串聯(lián)或并聯(lián)以達到改變電感值的目的，也可改變電阻，觀察并記錄改變電路參數(shù)后的負載電壓波形與電流波形，并分析電路工作狀態(tài)。電力電子技術(shù)實驗實驗二直流斬波電路的性能研究3．boostchopper照圖接成boostchopper電路。電感和電容任選,負載電阻r選r4或r6。實驗步驟同buckchopper。4．buck-boostchopper照圖接成buck-boostchopper電路。電感和電容任選,負載電阻r選r4或r6。實驗步驟同buckchopper5．cukchopper照圖接成cukchopper電路。電感和電容任選,負載電阻r選r4或r6。實驗步驟同buckchopper。6．sepicchopper照圖接成sepicchopper電路。電感和電容任選,負載電阻r選r4或r6。實驗步驟同buckchopper。7．zetachopper照圖接成zetachopper電路。電感和電容任選,負載電阻r選r4或r6。實驗步驟同buckchopper。電力電子技術(shù)實驗實驗二直流斬波電路的性能研究五、實驗報告記錄實驗過程的各種波形。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(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)壓器帶電阻性負載。2．單相交流調(diào)壓器帶電阻—電感性負載。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗三．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。1、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的原理圖如下圖2-8所示。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的原理圖電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗由VTl、VD1、VD2、C5等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓uT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。由VT1等元件組成的恒流源電路及VT2、VT3、C6等組成鋸齒波形成環(huán)節(jié)?？刂齐妷篣ct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓uT在VT4基極綜合疊加，從而構(gòu)成移相控制環(huán)節(jié)。VT5、VT6構(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié)，脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖，電路的各點電壓波形如下圖2-9所示。元件RPl、RP2均安裝在實驗單元面板上，同步變壓器副邊已在掛箱內(nèi)部接好。觸發(fā)電路的±15V電壓通電后內(nèi)部接入，上面靠近同步電壓接入的開關(guān)為選擇開關(guān)。進行鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗時，選擇開關(guān)按下“鋸齒波觸發(fā)”。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗2、晶閘管交流調(diào)壓器的主電路由兩只反向并聯(lián)的晶閘管組成，見圖1-10。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗四．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．NMEL—03組件4．NMCL-05(A)組件或NMCL—36組件5．二蹤示波器6．萬用表7、U盤（自備）五．注意事項在電阻電感負載時，當

時，若脈沖寬度不夠會使負載電流出現(xiàn)直流分量，損壞元件。為此主電路可通過變壓器降壓供電，這樣即可看到電流波形不對稱現(xiàn)象，又不會損壞設(shè)備。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗六．實驗方法1．單相交流調(diào)壓器帶電阻性負載（1）連接主電路，如圖2－10所示。將NMCL-33上的兩只晶閘管VT1，VT4反并聯(lián)而成交流電調(diào)壓器，將觸發(fā)器的輸出脈沖端G1、K1，G3、K3分別接至主電路相應(yīng)VT1和VT4的門極和陰極。接上電阻性負載（可采用兩只900Ω電阻并聯(lián)），并調(diào)節(jié)電阻負載至最大。（2）NMCL－05A上接入交流220V同步交流電壓。觸發(fā)電路選擇為“鋸齒波”。（3）合上主電路開關(guān)，用示波器分別測量觀察孔“1”“2”“3”“4”“5”“6”的波形，并與圖2－9進行對比。（4）將鋸齒波觸發(fā)電路的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。調(diào)節(jié)鋸齒波同步移相觸發(fā)電路偏移電壓電位器RP2，使

=150°。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗（5）合上主電源，用示波器觀察負載電壓u=f（t），晶閘管兩端電壓uVT=f（t）的波形，調(diào)節(jié)Uct，觀察不同

角時各波形的變化，并記錄

=60

，90

，120

時的波形。注意：1、觸發(fā)不好調(diào)節(jié)時，請調(diào)換一下同步電壓接入的兩根線。2、RP1調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖G1、K1;RP3調(diào)節(jié)另外一個觸發(fā)脈沖G3、K3;RP2同時調(diào)節(jié)兩個觸發(fā)脈沖。示例：純電阻負載，

=30

時的ud和uvt波形如2－11和2－12所示

電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗圖2－11

=30

時的ud波形圖2－12

=30

時uvt波形

電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗單相交流調(diào)壓電路接線圖

電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗2．單相交流調(diào)壓器接電阻—電感性負載（1）在做電阻—電感實驗時需調(diào)節(jié)負載阻抗角的大小，因此須知道電抗器的內(nèi)阻和電感量?？刹捎弥绷鞣卜▉頊y量內(nèi)阻，電抗器的內(nèi)阻為RL=UL/I電抗器的電感量可用交流伏安法測量，由于電流大時對電抗器的電感量影響較大，采用自耦調(diào)壓器調(diào)壓多測幾次取其平均值，從而可得交流阻抗。ZL=UL/I

電抗器的電感量為

這樣即可求得負載阻抗角

在實驗過程中，欲改變阻抗角，只需改變電阻器的數(shù)值即可。電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗（2）斷開電源，接入電感（L=700mH）。調(diào)節(jié)Uct，使

=450。合上主電源，用二蹤示波器同時觀察負載電壓u和負載電流i的波形。調(diào)節(jié)電阻R的數(shù)值（由大至?。^察在不同

角時波形的變化情況。記錄

φ，

=φ，

φ三種情況下負載兩端電壓u和流過負載的電流i的波形。也可使阻抗角φ為一定值，調(diào)節(jié)

觀察波形。注：調(diào)節(jié)電阻R時，需觀察負載電流，不可大于0.8A。

電力電子技術(shù)實驗實驗三單相交流調(diào)壓電路實驗六．實驗報告1．整理實驗中記錄下的各類波形2．分析電阻電感負載時，

角與

角相應(yīng)關(guān)系的變化對調(diào)壓器工作的影響。3．分析實驗中出現(xiàn)的問題。

電力電子技術(shù)實驗實驗四單相橋式全控整流電路（選做）一．實驗?zāi)康?．了解單相橋式全控整流電路的工作原理。2．研究單相橋式全控整流電路在電阻負載、電阻—電感性負載及反電勢負載時的工作。3．熟悉NMCL—05(A)組件或NMCL—36組件。二．實驗線路及原理參見圖。三．實驗內(nèi)容1．單相橋式全控整流電路供電給電阻負載。2．單相橋式全控整流電路供電給電阻—電感性負載。四．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—05(A)組件或NMCL—36組件4．NMEL—03組件5．NMCL—35組件6．二蹤示波器7．萬用表8、U盤（自備）電力電子技術(shù)實驗實驗四單相橋式全控整流電路（選做）電力電子技術(shù)實驗實驗四單相橋式全控整流電路（選做）五．注意事項1．本實驗中觸發(fā)可控硅的脈沖來自NMCL-05掛箱（或NMCL—36組件），故NMCL-33的內(nèi)部脈沖需斷，以免造成誤觸發(fā)。2．電阻RD的調(diào)節(jié)需注意。若電阻過小，會出現(xiàn)電流過大造成過流保護動作（熔斷絲燒斷，或儀表告警）；若電阻過大，則可能流過可控硅的電流小于其維持電流，造成可控硅時斷時續(xù)。3．電感的值可根據(jù)需要選擇，需防止過大的電感造成可控硅不能導(dǎo)通。4．NMCL-05（或NMCL—36）面板的鋸齒波觸發(fā)脈沖需導(dǎo)線連到NMCL-33面板，應(yīng)注意連線不可接錯，否則易造成損壞可控硅。同時，需要注意同步電壓的相位，若出現(xiàn)可控硅移相范圍太小（正常范圍約30°～180°），可嘗試改變同步電壓極性。5．逆變變壓器采用NMCL—3