电力电子实验报告

第三章实验一单结晶体管触发电路实验一、原理概述本电路利用单结晶体管的负阻特性和RC的充放电特性，组成频率可调的自激振荡电路。RC充放电在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1可改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。二、实验报告三、思考题（1）由，知C1越大，F越小，反之，C1越小，F越大。1RCTF（2）不能,因为脉冲产生是在电容放电那一瞬间，而电容充电需要一定的时间，即脉冲产生有一定的滞后性，因此移相范围达不到180。第三章实验二正弦波同步移相触发电路实验一、原理概述本电路由同步移相，脉冲放大等环节组成。通过调节RP1及RP2均可改变V1三极管的翻转时刻，从而控制触发角的位置。二、实验报告（1）（2）UCT增加时，控制角减小，移相范围大约为090，同步电压从过零点到正半周90一段为脉冲移相范围。（3）当逆时针旋转RP3时，输出脉冲变窄；当顺时针调节RP3时，输出脉冲变宽。三、思考题（1）正弦波同步移相触发电路由脉冲形成、脉冲放大、同步移相等几个环节组成。（2）不能，因为触发脉冲的形成是在V1三极管的翻转时刻，而V1的翻转不能在0180范围内任一时刻发生。第三章实验三锯齿波同步移相触发电路实验一、原理概述本电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成。同步检测是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度，利用恒流源中电位器RP1的调节来改变锯齿波的斜率。通过控制偏移电压及移相控制电压的大小来控制脉冲出现的时刻，再经过脉冲形成放大环节对形成脉冲进行放大。二、实验报告（1）（2）当UET0时，调节偏移电压UB大小，使90。三、思考题（1）锯齿波同步移相触发电路增加了同步检测环节，保证了触发脉冲的完全同步。移相范围大，输出两组互差180的脉冲，可为单相桥式电路提供触发信号。（2）锯齿波同步移相触发电路的移相范围与RP1阻值有关。（3）因为锯齿波的形成过程大于半个周期，而脉冲形成在锯齿波形成周期内，而正弦波同步移相范围在半个周期内。第三章实验四西门子TCA785集成触发电路一、原理概述本电路通过设置集成块TCA785各引脚参数值从而产生两路互差180的触发脉冲，其中电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2则调节输入的移相控制电压，从而控制触发脉冲出现的时刻。二、实验报告（1）（2）VD1、VD2形成一个双向限幅电路，对同步信号进行双向限幅形成“1”点波形，通过对C4充放电形成锯齿波，通过调节电位器RP1调节锯齿波的斜率。三、思考题（1）TCA785触发电路触发脉冲由芯片TCA785产生，集成度高，控制简单。（2）TCA785触发电路的移相范围的脉冲宽度与电容C5的值有关。第三章实验五单相半波可控整流电路实验一、原理概述本电路主要通过控制DJK031上触发脉冲出现时刻即触发角大小来控制输出电压UD的大小。晶闸管VT1由反桥中任一晶闸管提供，其门极G和阴极K分别与DJK031上一晶闸管G、K相连。二、实验报告（1）当90时，UD、UVT波形如图所示。（2）（3）由波形可以看出当晶闸管导通时输入电压全部加在输出电压UD两端，当晶闸管截止时，输入电压全部加在晶闸管两端；带感性负载时，由于电流不能突变，输出电压出现负压，此时电压由变压器提供。三、思考题（1）由知C1越大，越小，反之，C1越小，越大。1RTFFF（2）单相半波可控整流电路接感性负载时会出现负压，为消除负压，可在电路负载两端并联一二极管，称为续流二极管，从而使电感中储存的能量通过续流二极管放掉。第三章实验六单相桥式半控整流电路一、原理概述本电路由2个全控型器件和2个不控型器件组成桥式半控整流电路，通过控制触发角的大小来控制输出电压的大小。VT1、VT3两组触发脉冲分别由锯齿波同步触发电路、提供，两路脉冲相位互差180。二、实验报告（2）30时60时90时阻感性负载和阻性负载波形相同在此略（3）在负载侧并联一个续流二极管，使负载电流通过续流二极管续流，而不再经过T1、D1或T3、D2这样可使晶闸管恢复阻断能力。三、思考题（1）电路在正常运行情况下，突然把触发脉冲切断或者角增大到180，就会产生“失控”。（2）加续流二极管前后，晶闸管两端电压波形不变。第三章实验七单相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、原理概述三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。二、实验报告阻性负载（1）（2）（3）本实验产生逆变颠覆的原因是触发脉冲丢失；逆变颠覆会使电路中出现很大的短路电流，可能会烧坏晶闸管。三、思考题实现有源逆变的条件有两个（1）外部条件外部有一个直流电势，方向与晶闸管导通方向一致，值稍大于变流器侧输出的平均电压。（2）内部条件逆变电路的主电路为全控结构，90，处于逆变区。本电路直流电势由整流输出电压提供，使用心式变压器进行升压，使直流电势值稍大于变流器侧输出的平均电压。第三章实验八三相半波可控整流电路实验一、原理概述本电路采用三只晶闸管接成共阴极形式，由A、B、C三相电压高低及触发脉冲到来时刻来控制三个晶闸管的导通和关断，任一时刻只有一个晶闸管导通。一个周期内三个晶闸管轮流导通一次。二、实验报告90时阻性负载时，90时脉冲到来，A、B、C三相轮流导通60，波形如图所示。由于阻性负载电压与电流成正比，因此电流波形与电压波形一样只是幅度成一定的比例。接阻感性负载时，由于电感的存在，使VT1、VT3、VT5在换相后继续导通一段时间，形成连续的电流。三、思考题（1）若DJK021上同步信号A、B、C三者相位满足A超前B120,B超前C120，C超前A120，则说明三相触发脉冲的相序正确。主电路输出的三相相序不能任意改变，因为若输入DJK021三相同步信号相序变化，则单次脉冲通过KC41进行补脉冲时，脉冲控制角会发生变化。（2）若已知晶闸管额定流IT，测电路的最大输出电流I2IT。第三章实验九三相半波有源逆变电路实验一、直流电压由励磁电源提供，经逆变电路产生的交流信号接心式变压器的中压端，返回电网的电压从高压端输出。二、实验报告（1）（2）整流状态下，UD为正，逆变状态下UD为负。90为整流与逆变的临界点。三、思考题（1）如图所示（2）当60时输出电压为负值，当90时，输出电压为零。第三章实验十三相桥式半控整流电路实验一、原理概述本电路由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此具有可控与不可控两者的特性。改变共阴极组晶闸管的控制角，可获得0234U2的直流可调电压。二、实验报告可以看出阻性负载60是整流电压波形连续与断续的临界点。感性负载时，电压波形同阻性负载，电流波形为连续波形。三、思考题（1）因为电动机负载相当于大电感负载，使输出更平稳。（2）电阻性负载时可以，电动机负载不可以，因为电感中流过电流不能突变，容易出现过流。第三章实验十一三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、原理概述本电路由6个全控型器件组成，通过控制触发角的大小，从而控制输出电压大小。相对于其它整流电路，三相桥式整流输出电压范围更大，电压利用率更高。二、实验报告（3）（4）由于晶闸管突然失去脉冲，使电源瞬时电压与E顺极性串联，出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，造成逆变失败。三、思考题（1）触发电路的同步信号从主电路引入。若主电路三相电源的相序变化，单次脉冲通过KC41进行脉冲补偿时，脉冲控制角会发生变化，因此主电路三相电源的相序不可任意设定。（1）（2）（2）当在0，90之间时电路工作在整流状态，当90时电路工作在逆变状态。这是因为在0，90之间时，整流输出能量大于逆变输出反馈回电网的能量，以整流为主，当90时，逆变输出能量大于整流输出能量以逆变为主。第三章实验十二单相交流调压电路实验一、原理概述通过改变反并联晶闸管或双向晶闸管的控制角，从而改变交流输出电压的大小。因为触发脉冲为窄脉冲时，会造成晶闸管工作不对称，所以交流调压电路通常采用宽脉冲或脉冲列触发。二、实验报告（2）由电流波形可知当时，180；电流断续；当时，180，电流处于临界连续状态；当时，仍维持180导通，电路不起调压作用。时线性变化，时，缺相，非线性变化。三、思考题（1）交流调压电路带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则时会发生一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量，会烧毁熔断器或晶闸管。可采用宽脉冲或脉冲列触发。（2）交流调压电路有移相控制和斩波控制方式，在工业加热、灯光控制，电动机调压调速等场合应用。第三章实验十三单相交流调压电路实验（2）一、原理概述本电路利用RC充放电电路和双向触发二极管DB3的特点，在每半个周波内，通过对双向可控硅的通断进行移相触发控制，从而方便的调节输出电压的大小。二、实验报告可控硅导通前，输入信号全部加在可控硅两端，可控硅导通后，输入电压一部分加在负载两端，另一部分加在可控硅两端，输出电压波形为加触发脉冲后UI波形，可控硅两端电压波形为加触发脉冲前UI波形。三、思考题（1）双向晶闸管与两个单向晶闸管反并联相比是比较经济的，而且控制电路比较简单。在控制方式上，双向晶闸管可以通过控制一个脉冲的出现时刻来控制，而两上晶闸管反并联则需要两个触发脉冲来触发两个晶闸管。第三章实验十四单相交流调功电路实验一、原理概述交流调功电路采用通断控制方式，通过改变接通周波数和断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。二、实验报告由波形图可知BCR的触发信号UG接通两个周波断开1个周波，当BCR导通时，输入电压加在灯泡两端，当BCR截止时，输入电压加在BCR两端，二者波形呈互补关系。（2）特点交流调功电路时间常数很大，没有必要对交流电源的各个周期进行频繁的控制，因此控制比较方便，常用于电炉的温度控制。三、思考题（1）交流调功电路的主电路和交流调压电路和的形式基本相同，但控制方式不同。交流调压是在交流电源的半个周期内作移相控制，交流调功是以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，采用通断控制方式。（2）交流调压电路采用相位控制，在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在这压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。而交流调功电路控制比较简单。（1）第三章实验十五三相交流调压电路实验一、原理概述通过控制触发角的大小，从而去控制交流调压电路输出电压的大小。交流调压电路带感性负载时，当控制角减小到等于负载功率因数角时，晶闸管就全导通，进一步减小时，若触发脉冲为窄脉冲，就会造成晶闸管工作不对称，所以交流调压电路通常都采用宽脉冲或脉冲列触发。二、实验报告第三章实验十六直流斩波电路原理实验一、原理概述本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管，通过控制VT2脉冲出现的时刻来调节输出电压的脉宽，从而可达到调节输出直流电压的目的。二、实验报告VT1主晶闸管控制输出回路，当VT1通时输入电压全部加在输出上，当VT1载止时，输入电压加在VT1两端，即VT1、UD波形互补，它们分别是输入电压的一部分。三、思考题1、直流斩波器主要有脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型三种调制方式。本实验中的斩波器为脉冲宽度调制。2、本实验中电容C主要用来保持输出电压恒定。第三章实验十七SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验一、电路介绍本实验主要研究五种新器件的V/A特性，其中SCR为半控型器件，其余四种器件为全控型器件。它们的特性主要在管子导通过程中研究。二、实验报告第三章实验十八GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动与保护电路实验一、实验报告第四章实验一单相正弦波脉宽调制逆变电路实验一、原理概述通过对逆变器开关器件的通、断控制，使逆变器输出一系列幅值相等而宽度不同的脉冲，用它来代替正弦波。本实验采用两片ICL8038集成函数信号发生器为核心器件，其中一片8038产生正弦调制波，另一片用以产生三角载波，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波，即SPWM波。SPWM波经反相器后，生成两路相位相差180的PWM波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180并带一定死区范围的SPWM1和SPWM2，作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。二、实验报告（1）正弦调制波UR的频率范围为4505HZ6173HZ三角载波UC的频率为111HZ改变UR的频率，三角载波UC频率不变，即调制比可变，因此是异步调制。（2）F7HZ24HZ293HZA178V177V177VF14HZ20HZ30HZ40HZ50HZ63HZ178V177V177V177V177V177V三、思考题（1）增加滤除谐波成分的滤波电路，使波形更逼真，不受干扰。（2）可以。（3）开关死区时间太小，会导致管子来不及换相而造成电路中产生大电流，开关死区时间T太大，会造成调制波形不连续，波形失真。第四章实验三半桥型开关稳压电源的性能研究一、原理概述通过控制开关管的通断来控制输出电压的大小，当电网波动或负载变化时，改变占空比就可以调整输出电压，保持输出电压稳压。两只MOSFET管和两只电容C1、C2组成一个逆变桥，在两路PWM信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为26KHZ，占空比可调的矩形脉冲电压。然后通过降压，整流、滤后获得可调的直流电源电压输出。该电源开环时，负载特性较差，加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控制PWM输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。二、实验报告由观测可知SG3525中11（A）、14（B）管脚波形均为方波，且二者幅值相等，频率相同，幅值为168V，频率F为4167HZ，占空比均为61，脉宽T为24103MS，两路之间的死区时间TDEAD196US。UIG（0，50V）URV131517202326占空比205256359414141UT2V192192192192192192U0V745745748751751751UI200V时URV121416182426占空比414141414141UT2V5055055055266758731U0V317317317316316315UR22VUI200V调可变电阻负载R，开环。R（）18815161267110399507占空比258258258258258258U0V302297295294288280I（A）016020025026035056UR22VUI200V调可变电阻负载R，闭环。R（）18815161267110399729507占空比435657911129U0V241624142412241124062403239I（A）01301702021029034048UR22VR不变UI在200V左右调节，开环。UIV100120140180200240250占空比2525826272829296U0V13616451952532813373352I（A）02803404051055066069UR22VR不变UI在200V左右调节，闭环。UIV100120140180200240250占空比4734734731721298788U0V14511752056239239239239I（A）0290360420490470470472开环时，R减小即负载增大，输出电压UO逐渐减小。闭环时，R减小即负载增大，输出电压UO基本保持不变。（3）开环时，输入电压增加，输出电压随之增加，闭环时，输入电压达到一定值时，输出电压保持不变。三、思考题（1）开关稳压电源的工作原理见第一部分原理概述。交流电压从电网下来后，首先整流滤波成直流，再经PWM控制逆变成高频交流，由高频变压器隔离后，经高频整流滤波输出稳定直流，控制逆变器的占空比D就可以调整输出电压以保持稳定，主要元器件主要有开关管，滤波电容，变压器等。（2）依靠反馈，当外加电源电压或负载变化时，电路能自动控制PWM输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，从而达到稳压的效果。（3）半桥型开关稳压电源的输出稳压值可调范围大，管子功耗小。三端稳压块输出电压最大值为24V，有一定的局限性。（4）全桥型和半桥型电路结构基本相同，但全桥型逆变桥由四个开关管构成，电压利用率较高。且输出稳压值范围较大。（5）示波器两探头会通过示波器外壳发生电气短路。第四章实验四反激式电流控制开关稳压电源一、原理概述通过控制电路中电流值的大小来控制一些开关管的通断。而在开关管导通期间，外界供电电源只向储能电感（变压器）供电，负载只靠滤波电容器供电；在开关管截止期间，储能电感（变压器）才向负载供电。二、实验报告（1）波形观察（2）电流控制原理交流输入经二极管整流后的直流电压UDC经变压器初级绕组加到功率三极管Q1之C极，同时经电阻R9，R10加到Q1之B极使Q1开通。UDC电压加到变压器初级使磁通逐渐上升，初级电流也线性增大，变压器反馈绕组34上的感应电势的极性使Q1的BE之间正向偏置增大，为了保证Q1中的电流不超过其元件最大值，我们用三极管Q2来控制电流峰值。当R7中的电流大到一定允许值Q2导通，强迫将Q1之B极变为零电平使Q1关断，而Q2的通断受三极管Q4的通断来控制,而Q4的通断由三极管Q3和4N35中的三极管的导通情况来决定。Q3的通断由来自电流反馈采样电阻R7上的电压来控制。（3）分析负载变化时输出电压不变的原理。当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变吗为什么答当负载变化5V输出电压变化时，输出电压的采样电阻分压后加到TL431的R端的电压增大或减小。由TL431的作用原理可知其C端电压会自动相应的下降或上升，结果造成4N35的二极管中电流增大或减小，从而使4N35的三极管的等效内阻减小或增大，从而去控制Q1的关断时刻，从而去控制电流变化以达到调整输出电压大小的目的。当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变，因为12V和5V共用同一条磁路，12V可以通过5V反馈回路来调整输出电压的变化情况。（4）分析交流输入电压改变时，输出电压保持不变的原理答当输入交流电压变化时，UDC随之变化，Q1导通后变压器中的磁通上升速率随之变化，结果使Q1的开通关断周期随之调整，从而达到稳压的效果。第四章实验五直流斩波电路的性能研究一、原理概述通过控制开关管的快速通断，把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率来实现输出电压平均值的调节。二、实验报告（1）调节SG3525第2脚外接电位器的大小，即调节UR的小，即可调节比较器的负端基准电压值。基准电压与5脚产生的锯齿波比较，即可产生一系列等幅不等宽的矩形波。改变UR的大小，即可调节矩形波（即PWM波）的占空比。然后经RS触发器及T触发器进行分频，同时把PWM信号分成相位相差180的两路信号，再经光耦隔离进行隔离保护。（2）三、思考题（1）直流斩波器的工作原理见第一部分原理概述，主要有升压式，降压式及升降压复合式，主要元器件有IGBT、电感、电解电容、续流二极管等。（2）在主电路工作时若用示波器的双踪探头同时对两处波形进观测，会导致两观测点通过示波器外壳发生电气短路。第四章实验六单相斩控式交流调压电路实验一、原理概述斩控式交流调压电路基本原理和直流斩波电路类似，也是通过对的调节来调节输出电压UO，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。二、实验报告阻性负载时URV14161820222425UOV2285325541905145608570357495阻感性负载时URV14161820222425UOV37146435615654974181778524三、思考题（1）斩控式交流调压电路是通过调节占空比来调整输出电压，相控交流调压电路的原理是通过调节触发脉冲出现时刻即调节触发角来调节输出电压的大小。斩控式交流调压电路功率因数接近于1，相控式交流调压电路功率因数小于1。（2）通过在负载两端串接一电感，使输出电压平稳变化来提高输出电压的稳定度。第四章实验七整流电路有源功率因数校正实验一、原理概述通过控制控制电路的参数值使之产生一个受控的脉宽调制PWM脉冲信号，加到MOSFET栅极去控制主电路开关S的通断。通过快速调整开关管S的通断，从而使输入电流紧跟输入电压的变化，最终实现输入电流与输入电压的同相及输入电流的正弦化。二、实验报告（1）无滤波电容，整流电路带纯阻性负载时，电压电流波形如图（A）UI（V）80859095100105110P（W）135151171189209231253COS1111111UV70757983889397IA014015016017018019020（2）有滤波电容，整流电路带纯阻性负载，电压电流波形见图（B）UI（V）80859095100105110P（W）233261293325355391429COS066067067067067067067UV103110116122129136142IA021023024025026028029（3）整流电路有源功率因数校正测试，电压电流波形见图（C）UI（V）80859095100105110P（W）879867857851847841833COS1111111UV198198198198198198198IA04040404040404整流电路有源功率因数校正电路的工作原理见第一部分原理概述。三、思考题（1）整流电路有源功率因数校正电路的工作原理见第一部分原理概述，主要由整流电路、升压变换器、控制电路三部分组成。（2）升压变换器的输出电压与输入电压关系如下TMOSFET导通关断周期；TOFFMOSFET处于断态的时间OFUIO（3）当输入交流电压在一定范围内变化时，输入电流能及时跟随输入电压的变化，并与输入电压保持同相，所以输出直流电压能保持不变。PWM信号随输入电压的增大占空比减小，随输入电压的减小占空比增大。第四章实验八PSZVSPWM软开关技术实验一、实验原理通过在原来的开关电路中增加很小的电感LR，电容CR等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，从而消除开关过程中电压电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除损耗和开关噪声。本实验能通过一些控制器件实现零电压开通及零电压关断。二、实验报告VINV1681761892287272228933006VOUTV3186343438294779562959366139由表格数据可以看出，输出电压随输入电压的变化呈线性变化。三、思考题（1）软开关电路主要由控制电路、驱动电路、移相控制零电压，开关PWM变换器、稳压反馈电路等组成。（2）电压基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低。利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度的提高。第四章实验九单端电流反馈他激式隔离开关电源实验一、原理概述市电经二极管整流后的直流电压UDC经开关变压器初级绕组加到功率场效应管Q1的D极。同时G极加有来自脉宽调制器（PWM）U13844N的方波，绕组中的电流将线性增长，其峰值电流取决于UDC和来自PWM的脉宽占空比。由于输入电压UDC的变化立即反映为电感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度。而负荷的变化即5V直流输出电压的变化，可通过可变基准稳压二极管U4TL431和光耦P22051，放大器Q3、Q2，注入3脚过流检测比较器，以改变输出脉宽，达到稳压的目的。二、实验报告（2）说明电流控制原理市电输入经二极管整流后的直流电压UDC经开关变压器初级绕组加到功率场效应管（MOSFET）Q1的D极。同时G极加有来自脉宽调制器（PWM）U13844N的方波，绕组中的电流将线性增长，其峰值电流取决于UDC和来自PWM的脉宽占空比。由于输入电压UDC的变化反映为电感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，从面去调整输出电压的大小。（3）分析负载变化时输出电压不变的原理。当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变吗为什么答负载的变化即5V直流输出电压的变化，通过可变基准稳压二极管U4TL431T和光耦P22501，放大器Q3、Q2，注入3脚过流检测比较器，以改变输出脉宽，达到稳压的目的。当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变。因为它和5共用一个磁通。同时由于5V负载的大量改变能间接影响12两绕组的输出电压，所以在12V的输出端接有三端稳压器。以达到稳定12V输出电压的目的。（4）分析交流输入电压改变时，输出电压保持不变的原理答当输入交流电压变化时，UDC随之变化，UDC的变化反映为电感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲的宽度，从而调整输出电压的大小。三、思考题（1）什么叫反激式开关电源，它与正激式有何区别答反激式开关电源在导通期间，外界供电电源只向储能电感（变压器）供电，负载只靠滤波电容器供电；在开关管截止期间，储能电感（变压器）才向负载供电。它与正激式的区别在于开关变压器初级与次级线圈同名端的位置不一样。（2）什么叫自激式与他激式开关电源答开关信号由自身电路产生的开关电源叫自激式开关电源，开关信号由外电路提供的电源叫他激式开关电源。（3）变压器的磁路在制作时为什么必须留有气隙答变压器的磁路在制作时留有气隙是为了保证变压器磁芯磁通的复位，避免电子开关的损坏。如果在每一个工作周期结束时，磁通没有回到周期开始的出发点，则磁通将随周期的重复而逐渐增加，工作点逐渐上移，使得磁芯饱和，电流增大，导致电子开关损坏，未复位。（4）开关管的选择原则是什么答开关管的选择原则是额定电流回路最大电流；额定电压其两端承受的电压。第四章实验十升、降压与复合斩波电路实验一、原理概述直流斩波器是一种把恒定直流电压变换成为负载所需的直流电压的变流装置。它通过周期性地快速通、断，把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，而改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值的调节，从而改变电机的转速。二、实验报告占空比D最大为437，最小为175（1）降压斩波电路D175，N280，N733，D4375临界断流时U118V（2）升压斩波电路D175，N442，D4375，N351临界电压值U8V（3）复合电流可逆斩波电路D175，N372，D4375，N769临界电压值V110V第五章实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验一、原理概述该系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机一发电机等组成。本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压UG作为触发器的移相控制电压UCT，改变UCT的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。二、实验报告（1）电枢回路总电阻R的测定由实验测得U1826VU2954VI109AI2052A则由式R（U2U1）/（I1I2）得R337又测U1985VU21058VI1105AI2058A则RLRN（U2U1）/（I1I2）155RAR（RLRN）182U1883VU2993VI1094AI2053A则RARN（U2U1）/（I1I2）268RLR（RARN）69RN268RA86（2）电枢回路电感L的测定UA822VUL2312VI0106A（4）TD64MS（5）由实验测得UD1148V，N11000UD2119V，N2800则CEUD2UD1/N2N10145CM955CE138（6）TM40MS（7）第五章实验二晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、速度调节器的调试（1）调零1、2、3端接地，短接5、6端，用万用表的毫伏档测7端输出电压，调节RP3，使输出电压接近零3MV。（2）调整输出正、负限幅值3端接给定，去掉5、6短接线，当加正给定时，调节负限幅电位器RP2，当加负给定时，调节正限幅电位器RP1，观察调节器输出变化。二、电流调节器的调试（1）调零17端接地，短接9、10两端，用万用表的毫伏档测11端输出电压，调节RP3，使输出电压接近零（3MV）。（2）调整正、负限幅值4端接给定去掉9、10短接线，当加正给定时，调节负限幅电位器RP2，观察调节器输出变化情况，当加负给定时，调节正限幅电位器RP1，观察调节器输出变化情况。第五章实验三单闭环不可逆直流调速系统实验一、原理概述本电路主要应用在对调速指标要求不高的场合，与开环相比，闭环控制系统可以提高直流调速系统的动静态性能指标。本实验中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号；经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压UCT，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电流单闭环实验原理同速度单闭环，电流单闭环系统是将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后得到移相控制电压UCT，控制整流桥的“触发电路”，从而改变“三相全控整流”的电压输出，构成电流负反馈闭环系统。二、实验报告三、思考题（1）P调节器可使系统稳定，并有足够的稳定裕度，同时还能满足稳态精度指标，PI调节器除具有以上功能外，还可以进一步提高稳态性能，达到消除稳态速差的地步。（2）在连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反，确保为负反馈。第五章实验四双闭环不可逆直流调速系统实验一、原理概述本电路是双闭环直流调速系统，由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能。由于调整系统的主要参量为转速，故将速度环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。通过调节给定电压UG的大小改变电动机的转速，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，“电流调节器”的输出作为触发电路的移相控制电压UCT。通过调整给定电压的UG大小即可同时实现速度、电流的双重控制。二、实验报告S开2401395S闭0三、思考题（1）因为这样可以获得良好的静动态性能。（2）电机失控（3）给定电压变化会引起转速的改变；负载电阻值的变化会引起电动机最大电流的变化。第五章实验五逻辑无环流可逆直流调速系统实验一、原理概述由于晶闸管的单向导电性，用一组晶闸管对电动机供电，只适用于不可逆运行。而在某些场合中，既要求电动机能正转，同时也能反转，并要求在减速时产生制动转矩，加快制动时间。本实验的主回路由正桥及反桥反向并联组成，并通过逻辑控制来控制正桥和反桥的工作与关闭，并保证在同一时刻只有一组桥路工作，另一组桥路不工作，这样就没有环流产生。二、实验报告当参数值变小时，积分时间变短，动态响应变快，但系统不稳定。当参数值变大时，积分时间变长，动态响应变慢，系统较稳定。第五章实验六三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验一、原理概述将两组反向并联整流桥的触发脉冲相位错开较远，使不工作（待逆变）的那一组整流桥的触发脉冲到来时，其晶闸管两端一直处于反向阻断状态，无法导通。系统中借助于电压调节器和电流调节器的配合作用，在由一组整流桥工作过渡到另一组整流桥工作的动态过程中，使系统能准确地控制移相触发信号UCT的变化，以保证在电流衰减到零以前UCT有一定的数值，即逆变角不小于MN30。直到断流以后，UCT才能继续减小，并且到零，这就起到了防止动态环流的作用，且在电流断续时还能有效地抑制系统的振荡，因此错位选触无环流系统不须另加任何人为强制手段，系统就可以既没有环流也没有电流冲击，能安全可靠地工作。二、实验报告（1）根据实验结果，画出正反转闭环控制特性曲线NFUG。答正转记录数据NRPM1372993847069001063129414541504UGV04109312222793340245248反转记录数据NRPM171555808973116113691517UGV054174253305365429477（2）根据实验结果，画出两种转速时的正反转闭环机械特性NFID，并计算静差率。答正转NFID数据NRPM1200120012001200120012001199IDA030507809095111NRPM800800800800800800800IDA032050709101112120ONMS082ONMS（3）分析速度调节器，电流调节器和电压调节器的参数变化对系统动态过程的影响。答系统参数变化，将会影响系统的动态指标，最大超调量P。建立时间。振荡次数。参数增大时积分增大，最大超调量将减小，振荡次数减少，系统较稳定，但系统响应变慢。（4）分析电机从正转到反转过程中，电机经历的工作状态，系统能量转换情况。答电机动能能耗反接制动电能电机动能三、思考题（1）错位选触无环流可逆调速系统对触发角有何要求答要求在3090（2）绝对值放大器的上下限幅值，对应于错位选触无环流系统中的什么物理量答上下限幅值对应于电机最高转速的最高反馈值与电机最小起动电压值。第五章实验七双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H桥）一、原理概述利用两组双极性的PWM波，它们之间有一定的死区，用此脉宽控制两组臂。调节PWM的占空比，实现不同桥臂的同一周期导通比不一样，使电路实现输出正压或负压，实现直流电机调速。二、实验报告（1）按照实验方法记录的波形描述导通与关断臂切断状态时的逻辑原则。1与4通延时2与3通延时1与4通（2）画出上述实验中记录的各种工作特性曲线NFID，并比较它们的静差率。开环1200正转的NF（ID）数据NRPM1200118111601142112611071079106710591050IA04505306106907808710211115118闭环1200正转的NF（ID）数据NRPM1200120012001200120012001200120011991197IA047050570630690790890981061112508125ONMS02513ONMS（3）画出闭环控制曲线NF（UG）数据答N1200RPMIIED时NF（UG）数据NRPM1200118111341021797592338920UGV2852802692411881390780190N1200RPMI05IED时NF（UG）数据NRPM120010448797696485423771245UGV2852472081811521270870270IDIEDID05IED三、思考题（1）正反转有什么不同答对于一路桥臂，正转表示开通时间多于关断时间，反转表示关断时间多于开通时间，另一路桥臂是与这路桥臂成互补关系的。用双极性的PWM波实现正反电压，实现正反转。（2）脉宽调速系统和晶闸管移相控制的调速系统相比，调试过程有什么导同答晶闸管移相控制是利用导通角的大小，来实现直流电压调速，脉宽调速是直接有直流电压源，通过PWM的脉宽来控制管子的导通比。它们的主电路差异较大，控制部分基本相同。（3）脉宽调速系统和晶闸管移相控制的调速系统相比有什么优点答脉宽调速的主电路是用直接的电压源，在控制过程中更简单，在控制电路中，换相更为方便。第六章实验一三相正弦波脉宽调制变频原理实验一、原理概述三相正弦波与一个公用的三角载波信号相比较，从而产生三相调制波。当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。二、实验报告（1）3、4点波形与2点波形相同，但有一定的相位关系。正转，3滞后2点120，4点波形滞后3点120；反转，3点波形超前2点120，4点波形超前3点120。数字示波器下看到的波形普通示波器观测到的波形7、8点波形同6点，6、7、8相位关系与2、3、4对应。（2）05HZ50HZ，正弦波信号的幅值随频率的增大而增大。（3）50HZ60HZ，正弦波信号的频率升高，幅值不变。第六章实验二三相马鞍波脉宽调制变频原理实验一、原理概述通过对基波正弦信号注入三次谐波，形成马鞍波。采用马鞍波为参考波形信号，与三角载波比较而产生PWM调制波。与SPWM调制方式相比，马鞍波调制的主要特点是电压较高，调制比可以大于1，形成过调制。二、实验报告（1）3、4点波形同2点，但有一定的相位关系。正转时，3点滞后2点120，4点滞后3点120；反转时，3点超前2点120，4点超前3点120。数字示波器观测出波形7、8点波形同6点。6、7、8相位关系对应于2、3、4。马鞍波PWM调制原理见原理概述。普通示波器观测出波形（2）因为调制信号本身幅值大于正弦波幅值，马鞍波调制调制比可以大于1，而SPWM波不可以。所以马鞍波调制出信号输出电压有较高的基波电压分量。第六章实验三三相空间电压矢量SVPWM变频原理实验一、原理概述对三相逆变器，根据三路开关的状态可以生成六个互差60的非零电压矢量V1V6，以及零矢量V0、V7。通过控制六个开关的开关时间，有不同频率的三相电压输出，从而实现电机的转速控制。二、实验报告（1）实验原理见第一部分原理概述（2）11、12点波形同10点，但有一定的相位关系。正转时，11点波形超前10点波形120，12点波形超前11点120；16、17点波形同14点，但也有一定的相位关系，14、15、16点波形相位关系同10、11、12点波形相位关系。反转时相位关系相反。（3）注入零矢量使磁键矢量不移动，使系统更稳定。第六章实验四SPWM、马鞍波、空间电压矢量调制方式下V/F曲线测定一、原理概述SPWM通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生。当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。马鞍波变频调速原理同SPWM变频调速方式原理，只是在正弦参考信号上叠加了适当的三次谐波成分。空间电压矢量PWM变频调速是根据三相逆变器三路开关状态去生成六个互差60的非零电压矢量V1V6，以及零矢量V0，V7。不同的开关状态对应不同频率的三相输出电压，从而实现电机的转速控制。二、实验报告不同V/F曲线只是电压起始点值不一样，最终在F50HZ时交于一点。第六章实验五不同的变频模式下磁通轨迹观测实验一、原理概述SPWM通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生。当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。马鞍波变频调速原理同SPWM变频调速方式原理，只是在正弦参考信号上叠加了适当的三次谐波分量。空间电压矢量PWM变频调速是根据三相逆变器三路开关状态去生成六个互差60的非零电压矢量V1V6，以及零矢量V0，V7。不同的开关状态对应不同的三相电压输出，从而实现电机的转速控制。三、实验报告（1）（2）马鞍波控制方式时输出电压比正弦波脉宽调制输出电压基波电压分量高，因此磁通轨迹圆的直径相对较大，而空间矢量控制方式是由六个非零电压矢量组合而成，显示为正六边形。第七章实验一双闭环三相异步电机调压调速系统实验一、原理概述异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，无实用价值，而对力矩电机或线绕式异步电动机在转子中串入适当电阻后使机械特性变软，其调速范围有所扩大，但在负载或电网电压波动情况下，其转速波动严重，为此常采用双闭环调速系统。双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路由三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分由“电流调节器”、“速度变换”、“触发电路”、“正桥功放”等组成。整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。电流环在稳定运行情况下，对电网扰动有较大的抗扰作用，但在启动过程中仅起限制最大电流的作用。二、实验报告第七章实验二双闭环异步电机串级调速系统实验一、原理概述串级调速系统采用了在转子回路中附加电势的方法，将转子三相电动势经二极管三相桥式不控整流得到一个直流电压，由晶闸管有源逆变电路来改变转子的反电动势，从而方便地实现无级调速，并将多余的能量回馈至电网。本系统为晶闸管亚同步双闭环串级调速系统，控制系统由“速度调节器”、“电流调节器”、“触发电路”、“正桥功放”、“速度变换”等组成。二、实验报告第七章实验三单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验一、原理概述电机的转速表达式为，改变定子供电频率F1可以改变电机的同步转160PFN速，从而实现了在转差率S保持不变的情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气隙磁通恒定，为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压，单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设计的。SPWM信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦参考信号的幅值时，输出电压的频率随之改变。二、实验报告（1）（2）频率F增加，电压升高，转速升高，反之F减小，电压降低，转速下降。（3）输出频率F04717HZ，电压U105V第七章实验四三相SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速系统实验一、原理概述SPWM通过三相正弦波与一个公用的三角载波信号相比较产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。马鞍波调制方式原理同SPWM调制方式，只是在正弦波参考信号中叠加了适当的三次谐波分量。空间矢量调制方式根据三相逆变器三路开关状态生成六个互差60的非零电压矢量V1V6，以及零矢量V0、V7。不同的开关状态对应不同频率的三相输出电压，从而实现电机的转速控制。二、实验报告SPWM控制方式下增加频率，转速升高；降低频率，转速降低。转向时转速先降后升。马鞍波控制方式下增加频率，转速升高；降低频率，转速下降。转向时转速先降后升。空间矢量控制方式下增加频率，转速升高；降低频率；转速下降。转向时转速先降后升。低速运行时，电机运转呈一定的矢量性，电机不是平稳运行。第八章实验一控制系统典型环节的模拟（1）比例环节G1（S）1时，R1R2820KG2（S）2时，R1410K，R2820K（2）惯性环节G2（S）1/（S1）时，R1R21M，C1FG2（S）1/（05S1）时，R1R2500K，C1F（3）积分环节G1（S）1/S时，R11M，C1FG1（S）1/（05S）时，R500K，C1F（4）比例微分环节G1（S）2S时，R1500K，R21M，C1FG1（S）12S时，R1R21M，C2F（5）比例积分环节G1（S）11/S时