電力電子技術基礎實驗指導書_新

1、 電力電子技術基礎實驗指導書 南昌大學信息工程學院電氣與自動化實驗中心目 錄 實驗一 正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗1實驗二 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗4實驗三 單相橋式半控整流電路實驗6實驗四 單相橋式全控整流電路實驗10實驗五 三相半波可控整流電路實驗14實驗六 三相橋式全控整流電路實驗17實驗七 直流降壓斬波電路實驗20實驗八 直流升壓斬波電路實驗.16 電力電子技術基礎實驗指導書 實驗一 正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗 一實驗目的 1熟悉正弦波同步觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。 2掌握正弦波同步觸發(fā)電路的調試步驟和方法。 二實驗內容 1正弦波同步觸發(fā)電路的調試。 2正弦波同步觸發(fā)電路各點波

2、形的觀察。 三實驗線路及原理 電路分脈沖形成，同步移相，脈沖放大等環(huán)節(jié)，具體工作原理可參見“電力電子技術”有關教材。 四實驗設備及儀器 1MCL 系列教學實驗臺主控制屏 2MCL18 組件（適合 MCL）或 MCL31 組件（適合 MCL） 3MCL05 組件 4二蹤示波器 5萬用表 五實驗方法 1將 MCL05 面板上左上角的同步電壓輸入端接MCL18的U、V端（如您選購的產品為 MCL、，則同步電壓輸入直接與主控制屏的 U、V 輸出端相連），將“觸發(fā)電路選擇”撥至“正弦波”位置。 2三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節(jié)主控制屏輸出電壓 Uuv=220v，并打開 MCL05 面板

3、右下角的電源開關。用示波器觀察各觀察孔的電壓波形，測量觸發(fā)電路輸出脈沖的幅度和寬度，示波器的地線接于“8”端。 注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。 3確定脈沖的初始相位。當 Uct=0 時，要求a接近于 180O。調節(jié) Ub（調 RP）使 U3 波形與圖 4-3b 中的 U1 波形相同，這時正好有脈沖輸出，a接近 180O。 4保持 Ub 不變，調節(jié) MCL-18 的給定電位器 RP1，逐漸增大 Uct，用示波器觀察 U1及輸出脈沖 UGK 的波形，注意 Uct 增加時脈沖的移動情況，并估計移相范圍。 5調節(jié) Uct 使a=60O，觀察并記錄面板上觀察孔“1”“7”及

4、輸出脈沖電壓波形。 0.7V t t (a) U1 接近180° t U1 Ug (b) 13 （a）a180O （b）a接近 180O 圖 4-3 初始相位的確定 六實驗報告 1畫出a=60O 時，觀察孔“1”“7”及輸出脈沖電壓波形。 2指出 Uct 增加時，a應如何變化？移相范圍大約等于多少度？指出同步電壓的那一段為脈沖移相范圍。 七注意事項 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

5、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。 實驗二 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗 一實驗目的 1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)電路的調試方法。 二實驗內容 1鋸齒波同步觸發(fā)電路的調試。 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”教材。 四實驗設備及儀器 1NMCL 系列教學實驗臺主控制屏 2NMCL-

6、32 組件和 SMCL-組件 3NMCL-05 組件 4雙蹤示波器 5萬用表 五實驗方法 圖 1-1 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 1將 NMCL-05 面板左上角的同步電壓輸入接到主控電源的 U、V 端，“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。 2. 將鋸齒波觸發(fā)電路上的 Uct 接著至 SMCL-01 上的 Ug 端，7端地。 3合上主電路電源開關，并打開 NMCL-05 面板右下角的電源開關。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”點波形的關系。 觀察“3”“5”孔波形及輸出電壓 UG1K1 的波形，調整電位器 RP1，使“3”

7、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 的對應關系。 4調節(jié)脈沖移相范圍 將 SMCL-01 的“Ug”輸出電壓調至 0V，即將控制電壓 Uct 調至零，用示波器觀察 U1 電壓（即“1”孔）及 U5 的波形，調節(jié)偏移電壓 Ub（即調 RP2），使a=180。 調節(jié) NMCL-01 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=180，Uct=Umax 時，a=30，以滿足移相范圍a=30180的要求。 5調節(jié) Uct，使a=60，觀察并記錄 U1U5 及輸出脈沖電壓 UG1K1，UG2K2 的波形，并標出其幅值與寬度。

8、 用雙蹤示波器觀察 UG1K1 和 UG3K3 的波形，調節(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。 2總結鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調試方法，移相范圍的大小與哪些參數(shù)有關？ 3如果要求 Uct=0 時，a=90，應如何調整？ 4討論分析其它實驗現(xiàn)象。 5. 寫出實驗心得體會。 實驗三 單相橋式半控整流電路實驗 一實驗目的 1研究單相橋式半控整流電路在電阻負載，電阻-電感性負載下的工作特性。 2熟悉 NMCL-05 組件鋸齒波觸發(fā)電路的工作。 3進一步掌握雙蹤示波器在電力電子線路實驗中的使用特點與方法。 二實驗線路及原理

9、 見圖 2-1 三實驗內容 1單相橋式半控整流電路供電給電阻性負載。 2單相橋式半控整流電路供電給電阻-電感性負載。 四實驗設備及儀器 1NMCL-III 實驗臺 2NMCL-31 或 SMCL-01 組件 3NMCL-33 組件，NMCL-05 組件 4MEL-03A 組件，NMCL-331 多電感組件 5NMCL-32 組件 6雙蹤示波器 7萬用電表五注意事項 1實驗前必須先了解晶閘管的電流額定值（本裝置為 5A），并根據(jù)額定值與整流電路形式計算出負載電阻的最小允許值。 2為保護整流元件不受損壞，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，調試觸發(fā)電路，使之正常工作。 （

10、2） 在控制電壓 Uct=0 時，接通主電源。然后逐漸增大 Uct，使整流電路投入工作。 （3） 斷開整流電路時，應先把 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。 六實驗方法 1將 NMCL-05 面板左上角的同步電壓輸入接到主控制屏的 U、V 輸出端，“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。 2. 將鋸齒波觸發(fā)電路上的 Uct 接著至 SMCL-01 上的 Ug 端，7端地。 合上主電路電源開關，并打開 NMCL-05 面板右下角的電源開關。觀察 NMCL-05 鋸齒波觸發(fā)電路中各點波形是否正確，確定其輸出脈沖可調的移相范圍。并調節(jié)偏移電阻SMCL-01 上的 RP1

11、，使 Uct=0 時， =180。注意觀察波形時須斷開與晶閘管電路的連接。 3單相橋式晶閘管半控整流電路供電給電阻性負載按電路圖 2-1 連接 MEL-03A 和 NMCL-33。 （a） 負載電阻 Rd 可選擇 900 電阻，并調節(jié)電阻負載至最大。 合上主電路電源，調節(jié) SMCL-01 的給定電位器 RP1，使 =90，測取此時整流電路的輸出電壓 Ud=f（t）以及晶閘管端電壓 UVT=f（t）波形，并測定交流輸入電壓 U2、整流輸出電壓 Ud。 若輸出電壓的波形不對稱，可分別調整鋸齒波觸發(fā)電路中 RP1，RP3 電位器。 （b） 采用類似方法，分別測取 =60，=30時的 Ud、Uvt 波

12、形。 4單相橋式半控整流電路供電給電阻-電感性負載 （a） 把負載換為阻感性負載（注電感必須與電阻串聯(lián)）。 （b） SMCL-01 的給定電位器 RP1 逆時針調到底，使 Uct=0。 （c） 合上主電源，調節(jié) Uct，使 =90，測取輸出電壓 Ud=f（t）以及晶閘管端電壓UVT=f（t）波形。 （d） 調節(jié) Uct，使 分別等于 60、30時，測取 Ud，UVT 波形。 七實驗報告 1繪出單相橋式半控整流電路供電給電阻負載以及電阻-電感性負載情況下，當 =30、60、90時的 Ud、UVT 等波形圖并加以分析。 2. 寫出實驗心得體會。 八思考 1 能否用雙蹤示波器同時觀察觸發(fā)電路與整流電

13、路的波形？ 圖 2-1 單相橋式半控整流電路實驗 實驗四 單相橋式全控整流電路實驗 一實驗目的 1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及電阻-電感性負載下的工作特性。 3熟悉 NMCL-05 鋸齒波觸發(fā)電路的工作。 二實驗線路及原理參見圖 3-1 三實驗內容 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。 四實驗設備及儀器 1NMCL-III 教學實驗臺主控制屏 2NMCL-32 主控制屏 3NMCL-05 組件及 SMCL-01 或 NMCL-31 4MEL-03A 組件和 NMCL-331 多電感組件 5NMCL

14、-35 和 NMCL-33 組件 6雙蹤示波器 7萬用表 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。 2負載電阻調節(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)需要選擇并且必須與電阻串聯(lián)，需防止過大的電感造成可控硅不能導通。 4NMCL-05 面板的鋸齒波觸發(fā)脈沖需導線連到 NMCL-33 面板，應注意連線不可接錯，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?。ㄕ７秶s 30180），可嘗試改變同步電壓極性。 5示波

15、器的兩根地線由于同外殼相連，必須注意需接等電位，否則易造成短路事故。六實驗方法 1將 NMCL-05 面板左上角的同步電壓輸入接 NMCL-32 的 U、V 輸出端,“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。 2單相橋式全控整流電路供電給電阻負載 接上電阻負載（可采用兩只 900 電阻并聯(lián)），并調節(jié)電阻負載至最大，短接平波電抗器。合上主電路電源，調節(jié) Uct，測量在不同a角（30、60、90）時整流電路的輸出電壓 Ud=f（t），晶閘管的端電壓 UVT=f（t）的波形，并記錄相應a角時的輸出電壓 Ud 和UVT 的波形。 若輸出電壓的波形不對稱，可分別調整鋸齒波觸發(fā)電路中 RP1，RP3 電位器。 3單

16、相橋式全控整流電路供電給電阻-電感性負載 接上電路負載為阻感型，測量在不同控制電壓 Uct 時的輸出電壓 Ud=f（t），負載電流以及晶閘管端電壓 UVT=f（t）波形并記錄相應 Uct 時的 Ud、U2 值。 注意，負載電流不能過小，否則造成可控硅時斷時續(xù)，可調節(jié)負載電阻，但負載電流不能超過 0.8A，Uct 從零起調。 改變電感值，觀察a=90，ud=f（t）、uVT=f（t）的波形，并加以分析。 七實驗報告 1繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻負載情況下，當a=30，60，90時的 ud、uVT 波形，并加以分析。 2繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻-電感性負載情況下，當a

17、=30，60，90時的 ud、uVT 波形，并加以分析 3寫出實驗心得體會。 圖 3-1 單相橋式全控整流電路電力電子技術基礎實驗指導書 一實驗目的實驗五 三相半波可控整流電路實驗 了解三相半波可控整流電路的工作原理，研究可控整流電路在電阻負載和電阻-電感性負載時的工作情況。 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只有 1/3 時間有電流流過，變壓器利用率低。實驗線路見圖 4-1。 三實驗內容 1研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負載時的工作特性。 2研究三相半波可控整流

18、電路供電給電阻-電感性負載時的工作特性。 四實驗設備及儀表 1NMCL-III 教學實驗臺主控制屏 2NMCL-32 主控制屏 3NMCL-05 組件及 SMCL-01 或 NMCL-31 4MEL-03A 組件和 NMCL-331 多電感組件 5NMCL-35 和 NMCL-33 組件 6雙蹤示波器 7萬用電表 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整流電路的負載電阻不宜過小，應使 Id 不超過 0.8A，同時負載電阻不宜過大，保證 Id 超過 0.1A，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

19、 4-1 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，給定電壓有電壓顯示。 （2） 用示波器觀察 NMCL-33 的雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖 （3） 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，應調整輸入電源。 （4） 用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為 1V-2V 的脈沖。 2研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負載時的工作 （a） 合上主電源，接上電阻性負載，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）與晶閘管端電

20、壓 UVT=f（t），并記錄相應的 Ud、UVT 值。 （b） 求取三相半波可控整流電路的輸入-輸出特性 Ud/U2=f（）。 3研究三相半波可控整流電路供電給電阻-電感性負載時的工作 接入 NMCL-331 的電抗器 L=700mH，可把原負載電阻 Rd 調小，監(jiān)視電流，不宜超過 0.8A（若超過 0.8A，可用導線把負載電阻短路），操作方法同上。 （a） 觀察不同移相角 時的輸出 Ud=f（t）、UVT=f（t），并記錄相應的 Ud、Uvt 值，記錄 =90時的 Ud=f（t）、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

21、電路供電給電阻性負載，電阻-電感性負載時的Ud= f（t）及Uvt= f（t）（在 =90情況下）波形，并進行分析討論。 2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪出整流電路的負載特性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？ 圖 4-1 三相半波可控整流電路 實驗六 三相橋式全控整流電路實驗 1熟悉三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。 2了解集成觸發(fā)器的調整方法及各點波形。 二實驗內容 1三相橋式全控整流電路帶純電阻負載時的工作特性。 2三相橋式全控整流電路帶阻感負載時的工作特

22、性。 三實驗線路及原理 實驗線路如圖 5-1 所示。主電路由三相全控整流電路組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經高頻調制后的雙窄脈沖信號。三相橋式整流電路的工作原理可參見“電力電子技術”的有關教材。 四實驗設備及儀器 1NMCL-III 教學實驗臺主控制屏 2NMCL-32 主控制屏 3NMCL-05 組件及 SMCL-01 或 NMCL-31 4MEL-03A 組件和 NMCL-331 多電感組件 5NMCL-35 和 NMCL-33 組件 6雙蹤示波器 7萬用表 五實驗方法 1按圖 5-1 接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。 （1） 打開 NMCL-32 電源開關。 （2）

23、 用示波器觀察 NMCL-33 的脈沖觀察孔，應有間隔均勻，相互間隔 60的幅度相同的雙脈沖。 （3） 檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖 600，則相序正確，否則，應調整輸入電源。 （4） 用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為 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 VT1VT6 時）接地，將 I 組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關均撥到“接通”。 （5） 將給定器輸出 Ug 接至 SMCL-01 面板的 Uct 端，調節(jié)偏移電壓 Ub，在 Uct=0 時，使a=150。 2三相橋式全控整流電路

24、（1）帶電阻負載 按圖 5-1 接線，將負載電阻 R 調至最大，合上主電源，調節(jié) Uct，使a在 30°150°范圍內，用示波器觀察記錄a=30°、60°、90°時，整流電壓 ud=f（t），晶閘管兩端電壓 uVT=f（t）的波形，并記錄相應的 Ud 和交流輸入電壓 U2 數(shù)值。 （2）帶電阻-電感負載 調節(jié) Uct，使a在 30°90°范圍內，用示波器觀察記錄a=30°、60°、90°時，整流電壓 ud=f（t），晶閘管兩端電壓 uVT=f（t）的波形，并記錄相應的 Ud 和交流輸入電壓 U2

25、 數(shù)值。 六實驗報告 1畫出電路的移相特性 Ud=f(a)曲線 2畫出三相橋式全控整流電路分別在純電阻負載時和阻感負載時，a角為 30°、60°、90°時的 ud、uVT 波形 3實驗心得體會。 圖 5-1 三相橋式全控整流電路實驗實驗七 直流降壓斬波電路實驗 熟悉降壓斬波電路（Buck Chopper）的工作原理，掌握降壓斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。 二實驗內容 1SG3525 芯片的調試。 2降壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。 三實驗設備及儀器 1電力電子教學實驗臺主控制屏 2NMCL-16 組件 3MEL-03A 電阻箱 (900 /0.41A) 或其它可

26、調電阻盤 4萬用表 5雙蹤示波器 四實驗方法 1SG3525 的調試。 原理框圖見圖 6-1。 圖 6-1 PWM 波形發(fā)生 將扭子開關 S1 打向“直流斬波”側，S2 電源開關打向“ON”，將“3”端和“4”端用導線短接，用示波器觀察“1”端輸出電壓波形應為鋸齒波，并記錄其波形的頻率和幅值。 扭子開關 S2 扳向“OFF”，用導線分別連接“5”、“6”、“9”，再將扭子開關 S2 扭向“ON”,用示波器觀察“5”端波形，并記錄其波形、頻率、幅度，調節(jié)“脈沖寬度調節(jié)”電位器，記錄其最大占空比和最小占空比。 2實驗接線圖見圖 6-2。 圖 6-2 升壓斬波電路 （1） 切斷 NMCL-16 主電

27、源，分別將“主電源 2”的“1”端和“降壓斬波電路”的“1” 端相連，“主電源 2”的“2”端和“降壓斬波電路”的“2”端相連，將“PWM 波形發(fā)生”的“7”、“8”端分別和降壓斬波電路 VT1 的 G1，S1 端相連，“降壓斬波電路”的“4”、“5” 端串聯(lián) MEL-03 電阻箱 (將兩組 900 /0.41A 的電阻并聯(lián)起來，順時針旋轉調至阻值最大約450 )，和直流安培表（將量程切換到 2A 擋）。 23 電力電子技術基礎實驗指導書 （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，

28、MOSFET 的柵源電壓波形，輸出電壓 u0 波形的波形，記錄 PWM 信號占空比 D，ui、u0 的平均值 Ui 和U0。 （3） 改變負載 R 的值（注意：負載電流不能超過 1A），重復上述內容 2。 （4） 實驗完成后，斷開主電路電源，拆除所有導線。 五注意事項： （1） “主電源 2”的實驗輸出電壓為 15V，輸出電流為 1A，當改變負載電路時，注意 R值不可過小，否則電流太大，有可能燒毀電源內部的熔斷絲。 （2） 實驗過程當中先加控制信號，后加“主電源 2”。 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，并繪制降壓斬波電路的 Ui/Uo-D 曲線，與理論分析結果進行比較，并討論產生差異的原因。 實驗八 直流升壓斬波電路實驗 一實驗目的 熟悉升壓斬波電路(Boost Chopper)的工作原理，掌握升壓斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。 二實驗內容 1SG3525 芯片的調試。 2升壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。 三實驗設備及儀器 1電力電子教學實驗臺主控制屏 2NMCL-16 組件 3MEL-03A 電阻箱 (900 /0.41A) 或其它可調電阻盤 4萬用表 5雙蹤示波器 四實驗方法 1SG3525 的調試。 原理框圖見圖 6-1。