自动控制系实验指导书电力电子技术

河南机电高等专科学校电力电子技术及应用实验指导书自动化教研室编2008年8月目录实验一单相桥式半控整流电路实验实验二三相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验三单相交流调压、调功电路实验实验四三相交流调压电路实验实验五SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性、驱动与保护电路实验实验六升、降压与复合斩波电路实验实验七三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验实验八全桥DCDC变换电路实验实验九锯齿波同步移相触发电路实验实验十单相斩控式交流调压电路实验实验一单相桥式半控整流电路实验一、实验目的1加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。2了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题分析和解决。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK031晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验内容及要求1实验内容（1）单相桥式半控整流电路带电阻性负载。（2）单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。（3）单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）。2实验要求1阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。2了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用。3掌握单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象4在加续流二极管前后，单相桥式半控整流电路中晶闸管两端的电压波形如何四、实验原理及步骤实验原理本实验线路如图11所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK031挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个900接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感LD在DJK02面板上，有100MH、200MH、700MH三档可供选择，本实验用700MH，直流电压表、电流表从DJK02挂件获得。图11单相桥式半控整流电路实验线路图2步骤1将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK031的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK031电源开关，用双踪示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。2锯齿波同步移相触发电路调试其调试方法与实验九相同。令UCT0时（RP2电位器顺时针转到底）170O。3单相桥式半控整流电路带电阻性负载按原理图11接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压UD、晶闸管两端电压UVT和整流二极管两端电压UVD1的波形，调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在不同角时UD、UVT、UVD1的波形，测量相应电源电压U2和负载电压UD的数值，记录于下表1中。（计算公式UD09U21COS/2）4单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载断开主电路后，将负载换成将平波电抗器LD70OMH与电阻R串联。不接续流二极管VD3，接通主电路，用示波器观察不同控制角时UD、UVT、UVD1、ID的波形，并测定相应的U2、UD数值，记录于下表2中在60时，移去触发脉冲将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉，观察并记录移去脉冲前、后UD、UVT1、UVT3、UVD1、UVD2、ID的波形。接上续流二极管VD3，接通主电路，观察不同控制角时UD、UVD3、ID的波形，并测定相应的U2、UD数值，记录于下表3中在接有续流二极管VD3及60时，移去触发脉冲将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉，观察并记录移去脉冲前、后UD、UVT1、UVT3、UVD2、UVD1和ID的波形。5单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）要完成此实验还应加一只直流电动机。断开主电路，将负载改为直流电动机，不接平波电抗器LD，调节锯齿波同步触发电路上的RP2使UD由零逐渐上升，用示波器观察并记录不同时输出电压UD和电动机电枢两端电压UA的波形。接上平波电抗器，重复上述实验。五、实验记录表1306090120150U2UD记录值UD/U2UD计算值表2306090U2UD记录值UD/U2UD计算值表3306090U2UD记录值UD/U2UD计算值六、实验结果分析及结论实验二三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的1加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。2了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK021三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5DJK10变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6D42三相可调电阻7双踪示波器自备8万用表自备三、实验内容及要求1实验内容1三相桥式全控整流电路。2三相桥式有源逆变电路。3在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障人为模拟时观测主电路的各电压波形。2实验要求1阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。2阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。3学习本教材中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。4要求熟悉主电路和触发电路的同步问题，要求掌握实验中主电路电源的相序是否可任意设定5要求掌握在本实验的整流及逆变时，对角有什么要求为什么四、实验原理及步骤实验原理实验线路如图21及图22所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，触发电路为DJKO21中的集成触发电路，由KCO4、KC4L、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的原理可参考教材中的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端AM、BM、CM,返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。图中的R均使用D42三相可调电阻，将两个900接成并联形式；电感LD在DJK02面板上，选用700MH，直流电压、电流表由DJK02获得。图21三相桥式全控整流电路实验原理图图22三相桥式有源逆变电路实验原理图2步骤1DJK02和DJK021上的“触发电路”调试打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK021“三相同步信号输入”端相连,打开DJK021电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DJK06上的“给定”输出UG直接与DJK021上的移相控制电压UCT相接，将给定开关S2拨到接地位置（即UCT0），调节DJK021上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使150注意此处的表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30。适当增加给定UG的正电压输出，观测DJK021上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。用8芯的扁平电缆，将DJK021面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。将DJK021面板上的ULF端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK021的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。2三相桥式全控整流电路按图21接线，将DJK06上的“给定”输出调到零逆时针旋到底，使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使角在30150范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流ID保持在06A左右注意ID不得超过065A。用示波器观察并记录30、60及90时的整流电压UD和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的UD数值于下表1中。【计算公式UD234U2COS060OUD234U21COSA360O120O】3三相桥式有源逆变电路按图22接线，将DJK06上的“给定”输出调到零逆时针旋到底，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使角在3090范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流ID保持在06A左右注意ID不得超过065A。用示波器观察并记录30、60、90时的电压UD和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的UD数值于下表2中。【计算公式UD234U2COS180O】4故障现象的模拟当60时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时的故障，观察并记录这时的UD、UVT波形的变化情况。五、实验记录表1306090U2UD记录值UD/U2UD计算值表2306090U2UD记录值UD/U2UD计算值六、实验结果分析及结论实验三单相交流调压、调功电路实验一、实验目的1熟悉用双向可控硅组成的交流调压电路的结构与工作原理。2熟悉调功电路的基本工作原理与特点。二、实验设备和仪器1序号型号备注1DJK01电源控制屏2DJK22单相交流调压/调功电路3慢扫描双踪示波器自备4万用表自备2序号型号备注1DJK01电源控制屏2DJK22单相交流调压/调功电路3双踪示波器自备4万用表自备三、实验内容及要求1实验内容（1）交流调压电路的测试。（2）交流调功电路的测试。2实验要求（1）掌握双向晶闸管与两个单向晶闸管反并联的不同点和控制方式有什么不同。（2）掌握交流调压与交流调功电路的电路结构是否相同，控制方式有什么不同（3）说明这两种交流控制方式的特点，并例举它们的应用。四、实验原理及步骤实验原理将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，可以通过改变电压、电流、频率和相位等参数。只改变相位而不改变交流电频率的控制,在交流电力控制中称为交流调压。单相交流调压的典型电路如图31所示。图31单相交流调压电路图32单相交流调压电路波形图本实验采用双向可控硅BCR（Z0409MF）取代由两个单向可控硅SCR反并联的结构形式，并利用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，可以方便地调节输出电压的有效值。由图32可见，正负半周控制角的起始时刻均为电源电压的过零时刻,且正负半周的控制角相等,可见负载两端的电压波形只是电源电压波形的一部分。在电阻性负载下,负载电流和负载电压的波形相同，角的移相范围为0,0时,相当于可控硅一直导通,输入电压为最大值，U0UI灯最亮；随着的增大，U0逐渐降低，灯的亮度也由亮变暗,直至时，U00,灯熄灭。此外0时，功率因数COS1，随着的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，COS也逐渐降低,且对电网电压电流造成谐波污染。交流调压电路已广泛用于调光控制，异步电动机的软起动和调速控制。和整流电路一样，交流调压电路的工作情况也和负载的性质有很大的关系,在阻感负载时，若负载上电压电流的相位差为,则移相范围为，详细分析从略。单相交流调功电路方框图如图33所示。交流调功电路的主电路和交流调压电路的形式基本相同，只是控制的方式不同，它不是采用移相控制而采用通断控制方式。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,即负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，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。如图34所示，这种电路常用于电炉的温度控制，因为像电炉这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的各个周期进行频繁的控制。只要大致以周波数为单位控制负载所消耗的平均功率，故称之为交流调功电路。TUI0UOUG00TTTIO0图33单相交流调功电路方框图图34交流调功电路典型波形图采用周波控制方式，使得负载电压电流的波形都是正弦波，不会对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。此外由于在BCR导通期间，负载上的电压保持为电源电压，因此若将此控制方式用于手电钻在低速下对玻璃或塑性材料进行钻孔，将非常有利。图35是一个应用的实验线路，选用灯泡作为实验负载，从灯泡亮、暗时段的变化，可了解交流调功电路的原理与特征。实验线路中双向晶闸管的触发信号由555组成振荡器，产生一个占空比可调的触发脉冲，并通过模拟门形成可靠的触发信号，其频率要低于市电的频率，并可在一定的范围内调节。详细的电路原理及电路参数见图35。图35单相交流调功电路原理图2步骤（1）单相调压将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK22的“UI”电源输入端，按下“启动”按钮。接入220V，25W的灯泡负载，打开交流调压电路的电源开关。调节面板上的“移相触发控制”电位器RW，观察白炽灯亮暗的变化。调节“移相触发控制”电位器，用双踪示波器同时观察电容器两端及BCR触发极信号波形的变化规律，并记录。取不同的值，用示波器分别观测BCR触发信号及白炽灯两端的波形，并记录。（2）调功电路将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK22的“UI”电源输入端，按下“启动”按钮。打开交流调功电路的电源开关，用万用表测量555的电源电压，是否接近10V。用示波器观测555输出端“3”的波形及4066输出即BCR触发信号波形是否正常。当触发电路波形正常后关闭电源，接入负载（220V、15W灯泡）。开启交流调功电路的电源开关，调节“周波控制”电位器，观察灯泡亮暗或闪烁的变化规律。调节“周波控制”电位器，用示波器分别观测BCR的触发信号、BCR两端以及灯泡两端的波LOADBCRTLC336A1A2GU形，并记录。五、实验记录六、实验结果分析及结论实验四三相交流调压电路实验一、实验目的1了解三相交流调压触发电路的工作原理。2加深理解三相交流调压电路的工作原理。3了解三相交流调压电路带不同负载时的工作特性。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK021三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“给定”等模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验内容及要求1实验内容1三相交流调压器触发电路的调试。2三相交流调压电路带电阻性负载。3三相交流调压电路带电阻电感性负载（选做）。2实验要求1阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握三相交流调压的工作原理。2掌握如何使三相可控整流的触发电路用于三相交流调压电路。四、实验原理及步骤实验原理交流调压器应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。实验装置中使用双窄脉冲。实验线路如图41所示。图中晶闸管均在DJK02上，用其正桥，将D42三相可调电阻接成三相负载，其所用的交流表均在DJK01控制屏的面板上。图41三相交流调压实验线路图2步骤1DJK02和DJK021上的“触发电路”调试打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK021“三相同步信号输入”端相连,打开DJK021电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DJK06上的“给定”输出UG直接与DJK021上的移相控制电压UCT相接，将给定开关S2拨到接地位置（即UCT0），调节DJK021上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使180。适当增加给定UG的正电压输出，观测DJK021上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。用8芯的扁平电缆，将DJK021面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。将DJK021面板上的ULF端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK021的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。2三相交流调压器带电阻性负载使用正桥晶闸管VT1VT6，按图41连成三相交流调压主电路，其触发脉冲己通过内部连线接好，只要将正桥脉冲的6个开关拨至“接通”，“ULF”端接地即可。接上三相平衡电阻负载，接通电源，用示波器观察并记录30、60、90、120、150及180时的输出电压波形，并记录相应的输出电压有效值，填入下表13三相交流调压器接电阻电感性负载（选做）要完成该实验，需加上三个电抗器。切断电源输出，将三相电抗器接入。接通电源，调节三相负载的阻抗角（调节电阻阻值即可），使60,用示波器观察并记录30、60、90及120时的波形，并记录输出电压U1、电流I1的波形及输出电压有效值U，记于下表2五、实验记录表1306090120150180U表2306090120U六、实验结果分析及结论实验五SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性、驱动与保护电路实验一、实验目的1掌握各种电力电子器件的工作特性。2掌握各器件对触发信号的要求。3理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。4熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。5掌握由自关断器件构成PWM直流斩波电路原理与方法二、实验设备和仪器1序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。3DJK07新器件特性实验4DJK09单相调压与可调负载5万用表自备2序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK06给定及实验器件该挂件包括“负载”等几个模块3DJK07新器件特性实验该挂件包括“IGBT”、“GTR”等几个模块4DJK12功率器件驱动电路实验箱该挂件包括“PWM发生电路”等几个模块5双踪示波器自备三、实验内容及要求1实验内容1晶闸管（SCR）特性实验。2可关断晶闸管（GTO）特性实验。3功率场效应管（MOSFET）特性实验。4大功率晶体管（GTR）特性实验。5绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。（6）自关断器件及其驱动、保护电路的研究（可根据需要选择一种或几种自关断器件）。2实验要求（1）阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。（2）各种器件对触发脉冲要求的异同点四、实验原理及步骤实验原理（1）特性实验将电力电子器件包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由DJK06上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09上的可调电阻负载，将两个90的电阻接成串联形式，最大可通过电流为13A；直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。实验线路的具体接线如下图所示图51新器件特性实验原理图（2）驱动和保护自关断器件的实验接线及实验原理图如图52所示，图中直流电源可由控制屏上的励磁电压提供，或由控制屏上三相电源中的两相经整流滤波后输出，接线时，应从直流电源的正极出发，经过限流电阻、自关断器件及保护电路、直流电流表、再回到直流电源的负端，构成实验主电路。图52自关断器件的实验接线及原理图2步骤1特性实验1按图51接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将DJK06上的给定电位器RP1沿逆时针旋到底，S1拨到“正给定”侧，S2拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调到底，DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置；打开DJK06的电源开关，按下控制屏上的“启动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器在以后的其他实验中，均不用调节；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压UG调节过程中回路电流ID以及器件的管压降UV。UGIDUV2按下控制屏的“停止”按钮，将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO），重复上述步骤，并记录数据。UGIDUV3按下控制屏的“停止”按钮，换成功率场效应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。UGIDUV4按下控制屏的“停止”按钮，换成大功率晶体管（GTR），重复上述步骤，并记录数据。UGIDUV5按下控制屏的“停止”按钮，换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。UGIDUV2驱动和保护实验1GTR的驱动与保护电路实验在本实验中，把DJK12实验挂箱中的频率选择开关拨至“低频档”。然后调节频率按钮，使PWM波输出频率在“1KHZ”左右。在主电路中，直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻R用DJK06上的灯泡负载，直流电压、电流表均在控制屏上。驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及接地的正确连接。对于GTR器件，采用5V电源驱动。接线时，PWM波形的输出端接GTR驱动模块的输入端，5V电源分别接GTR电源的输入端。实验时应先检查驱动电路的工作情况。在未接通主电路的情况下，接通驱动模块的电源，此时可在驱动模块的输出端观察到相应的波形，调节PWM波形发生器的频率及占空比，观测PWM波形的变化规律。在驱动电路正常工作后，将占空比调小，然后合上主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、GTR管压降及负载上的波形。测定并记录不同占空比时负载的电压平均值UA于下表中UA2GTO的驱动与保护电路实验将DJK12实验挂箱上的频率选择开关拨至“低频档”，调节频率调节电位器，使方波的输出频率在“1KHZ”左右，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路。其基本的实验方法与GTR的驱动与保护电路及斩波调速实验相同。3MOSFET的驱动与保护电路实验将DJK12实验挂箱上的频率选择开关拨至“高频档”，调节频率调节电位器，使方波的输出频率在“8KHZ10KHZ”范围内，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路的实验线路，其基本的实验方法与GTR的驱动与保护电路实验一致。4IGBT的驱动与保护电路实验在本实验中，DJK12实验挂箱中的频率选择开关拨至“高频档”，改变频率调节电位器，使方波的输出频率在“8KHZ10KHZ”范围内，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路的实验线路，其基本的实验方法与GTR的驱动与保护电路实验一致。五、实验记录六、实验结果分析及结论实验六升、降压与复合斩波电路实验一、实验目的1了解直流斩波电路在电机负荷时的应用原理。2了解复合斩波器供电的直流电动机传动系统中，断流、逆流等工作状态时的电压、电流波形和形成条件。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块2DJK09单相调压与可调负载该挂件包含“单相自藕调压器”等模块3DJK27升、降压与复合斩波电路4DD033电机导轨光码盘测速系统及数显转速表5DJ131直流发电机6DJ15直流并励电动机7双踪示波器自备8万用表自备三、实验内容及要求1实验内容1控制与驱动电路的测试。2三种直流斩波器的测试。2实验要求（1）分析实验原理。（2）分析实验中出现的各种波形。四、实验原理及步骤实验原理直流斩波电路的种类很多，其中斩波电路的典型用途之一是拖动直流电机，当负载是直流电机时，电路中会出现反电动势，而无需另配置大电感和大电容，电路会变得十分简单。1降压斩波电路图61为降压斩波电路的原理图及波形。图中L、R为负载电机的等效电路，负载电压的平均值为，因此称为降压斩波电路。若负载中L值较少，或TON较小，或E较小，则在可控器件V关断后，到了T2时刻，负载电流已衰减至零会出现负载电流断续的情况。图中C表明了电流断续时的波形情况。图61降压斩波电路的原理图及波形2升压斩波电路图62为升压斩波电路的一般电路，由于电感L和电容C的存在，从电路原理可分析输出电压，因此称为升压斩波电路。图62升压斩波一般电路原理图ETTTUOFOFN0ETTTUONFON0当升压斩波电路用于直流电动机传动时，通常是在直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源，此时的电路及工作波形如图63所示，图中的L为直流电机的等效电感，由于实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。还需说明的是，此时电动机的反电动势相当于图62电路中的电源，而此时的直流电源相当于图中电路中的负载，由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。图63是用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形。图63用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形从图中可看出，当TXTOFF时，电路为电流断续工作，TXTOFF是电流断续的条件，注意在升压电路中，电流是逆向流动的。3复合电流可逆斩波电路当斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又能再生制动，将能量回馈电源，降压斩波电路在拖动直流电动机时，电动机工作于第一象限，升压斩波电路中，电动机工作于第二象限，复合电流可逆斩波电路将降压斩波电路与升压斩波电路组合在一起，在拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第一象限和第二象限，图64给出复合电流可逆斩波电路的原理图及其波形。图64复合电流可逆斩波电路及其波形图中L、R为电动机电枢的等效电感和电阻。在该电路中，V1和VD1构成降压斩波电路。由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第一象限，V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机再生制动运行，工作于第二象限。需要注意的是若V1和V2同时导通，将导致电源短路，因此，V1和V2的栅极触发脉冲在时间上必须错开。从图中可看出，当电路工作于复合电流可逆斩波电路时，V1、VD1、V2、VD2四个器件将依次导通。4实验电原理图实验电原理图如图65所示，PWM脉宽调节电路部分不再介绍，可参考半桥型开关稳压电源的性能研究的实验。D11N4148D41N4148D215VD315VF1T15AE110U15V1131412U1SG352551V准准准准准准15V51V151643准准准567T准准准准准准C101R115KR210R410KR320KR518KRS912810_W110K51V51V1234567815VR762R810KU2TLP250R930KQ1G1Q1E1D515VD615V1234567815VR162R1210KU3TLP250R1330KQ2G2Q2E2R10680C420R6680C320E230VD7HER305D8HER305AM1MOTORQ1IRGPC50UQ2IRGPC50UR1415KE820U/250VG1G2C1E1C2E2图65DJK27电流可逆斩波实验原理图2步骤1控制与驱动电路的测试启DJK27控制电路电源开关用万用表测量UR用双踪示波器两路探头分别观察SG3525的第11脚，第14脚波形。调节PWM电位器，记录PWM频率、幅值，最大、最小占空比以及相应的UR值。记录两路PWM的相位差，以及两路之间最小的“死区”时间。2降压斩波电路的测试联结AA、DD，断开BB、CC，开启DJK01电源控制屏，电源控制屏输出接DJK09挂件上的调压器，调压器输出接整流模块，输出的直流接DJK27斩波器的输入，按降压原理图，斩波器输出接电动机DJ15，发电机DJ131和电动机同轴连接，发电机的电枢输出接负载R将两个900串联。用双踪示波器两路探头分别观察UO和IO。输入的直流电压控制在230V，记录最大、最小PWM占空比时的电机转速，观察加大负荷时的UO和IO变化情况，记录临界断流时的PWM占空比。在最大占空比的情况下，逐步降低输入的直流电压，记录临界断流时的电压值。3升压斩波电路的测试联结BB、CC，断开AA、DD，电源控制屏输出接DJK09挂件上的调压器，调压器输出接整流模块，直流输出接电动机DJ15负载，电动机与发电机DJ131同轴，发电机的电枢输出接直流斩波器的输出端，斩波器的输入侧接直流输出，调节调压器增加输出的直流电压。注意在实验中要把直流电压控制在70V以下。重复降压斩波电路测试的2、3。4复合斩波电路的测试联结AA、BB、CC、DD用电动机拖动发电机。重复降压斩波电路测试的2、3。五、实验记录六、实验结果分析及结论实验七三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验一、实验目的1掌握SPWM的基本原理和实现方法。2熟悉与SPWM控制有关的信号波形。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该挂件包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK13三相异步电动机变频调速控制3双踪示波器4万用表三、实验内容及要求1画出与SPWM调制有关信号波形，说明SPWM的基本原理。2分析在05HZ50HZ范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。3掌握分析实验原理。四、实验原理及步骤步骤1接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下（将控制部分S、V、P的三个端子都悬空），然后开启电源开关。2点动“增速”按键，将频率设定在05HZ，在SPWM部分观测三相正弦波信号（在测试点“2、3、4”），观测三角载波信号（在测试点“5”），三相SPWM调制信号（在测试点“6、7、8”）；再点动“转向”按键，改变转动方向，观测上述各信号的相位关系变化。3逐步升高频率，直至到达50HZ处，重复以上的步骤。4将频率设置为05HZ60HZ的范围内改变，在测试点“2、3、4”中观测正弦波信号的频率和幅值的关系。五、实验记录六、实验结果分析及结论实验八全桥DCDC变换电路实验一、实验目的1了解全桥DCDC变换的工作原理。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK09单相调压与可调负载3DJK17双闭环H桥DC/DC变换直流调速4D42三相可调电阻5双踪示波器自备6万用表自备三、实验内容及要求1实验内容（1）SG3525驱动电路触发脉冲的观测。2实验要求1掌握在驱动脉冲形成过程中，为什么要加逻辑延时（死区），延时过长会影响那些指标2掌握H桥变换器的单极式工作模式与双极式工作模式相比有哪些特点四、实验原理及步骤实验原理1PWM的生成原理PWM调制器用于产生一路PWM脉冲波,它是由专用芯片SG3525产生，其内部原理图可参考本章实验三中的相关内容。2H桥逆变电路结构原理H桥DC/DC变换电路的结构如图81所示。图81主电路结构本实验系统的主电路采用单极性PWM控制方式，其中主电路由四个IGBT管构成H桥结构，G1G4分别由PWM产生电路产生后经过驱动电路放大，再送到IGBT相应的栅极，用以控制IGBT管的通断。单极性的控制方式是这样进行控制的在图81中，左边两个管子的驱动脉冲UG1UG2，使VT1和VT2交替导通；而右边两管VT3、VT4因输出电压极性不同施加不同的直流控制信号。在输出正电压时，VG4恒为正，VG3恒为负，使VT3常通，VT4截止；在输出负电压时，VT3截止而VT4常通。四个快恢复二极管VD1VD4用于逆变电路的续流2步骤1输出正负电压时H桥开关器件控制波形的观测用示波器观测SG3525输出的PWM脉冲，通过调节给定电压调节电位器，使输出脉冲占空比为100，用万用表测量此时的UCUCMAX，并记录之。调节UG至占空比约50，用双踪示波器同时观测面板上驱动正脉冲G1E1与负脉冲G2E2的输出信号，适当调节示波器扫描时间使脉冲上升、下降沿关系清晰，并记录之。给定电压UG由最小值0逐渐上调使UC逐渐上升至UCMAX，将此过程中G1E1、G2E2、G3E3、G4E4的占空比变化过程填入下表1为了在实验中用双踪示波器测量G1G4的波形而不造成短路现象，因此G1G4的波形是在光耦隔离器的输入端取出的，它只反映波形的占空比随输入控制电平及正反转控制的变化，并不能代表送到IGBT管的栅极的实际波形。本实验中，G1，G2的波形是通过射极跟随输出的，它的峰值约为44V，而送到IGBT管的实际驱动波形的峰值为15V。2电枢回路电流波形的观测将直流电压220V接入主电路的输入端，输出接电阻负载R将两个900并联。示波器探头接R两端，闭合直流电源。将UG逐渐调至UCUCMAX，调节负载电阻RG使ID约为05A，慢慢减少UG的值,观测电动机电枢回路电流ID的变化，选典型波形记录之。五、实验记录六、实验结果分析及结论实验九锯齿波同步移相触发电路实验一、实验目的1加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。2掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK031晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。3双踪示波器自备三、实验内容及要求1实验内容1锯齿波同步移相触发电路的调试。2锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。2实验要求1阅读教材电力电子技术教材中有关锯齿波同步移相触发电路的内容，弄清锯齿波同步移相触发电路的工作原理。2掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。四、实验原理及步骤实验原理锯齿波同步移相触发电路的原理图教材所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参见13节和电力电子技术教材中的相关内容。2步骤1将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK031的正常工作电源电压为220V10，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK031的“外接220V”端，按