南昌电力电子技术试验指导书综述

1、电力电子实验指导 目录 第一章NMCL（ II ）电机电力电子及电气传动实验台介绍 第二章半控型器件实验 实验一锯齿波同步移相触发电路7 实验二单相桥式全控整流电路10 实验三单相桥式有源逆变电路14 实验四三相桥式全控整流电路17 实验五直流斩波电路20 实验六单相交流调压电路实验24 第三章现代电力电子技术实验 实验一 直流斩波电路（ buck-boost ）研究27 实验二单相正弦波逆变电源研究31 实验三直流斩波电路性能研究36 实验四移相控制全桥零电压开关 PWM 变换器研究39 实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究44 第一章 NMCL （II ）电机电力电子实验台介绍 、装置的

2、特点： （1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，结构紧凑，使用方便灵活，并且 可随着功能的扩展增加组件， 能在一套装置上完成 电机与拖动基础 电力电子学 ，自 动控制系统等课程的主要实验。 （ 2 ）装置布局合理，面板示意图明确，直观，可通过面板的示意查寻故障，分析工 作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其 参数特性能模拟 3KW 左右的通用实验机组， 能给学生正确的感性认识。 除实验控制屏外， 还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线， 工具等，使实验更方便。 （3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控

3、制电路全部采用模拟和 数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。 （ 4）装置具有较完善的过流、过压、 RC 吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的 运行可靠性和抗干扰能力。 （5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可 外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。 技术参数 1）输入电源： 380V 10% 50HZ 1HZ 2）工作条件： 环境温度： -5 400C 相对湿度： 75% 海 拔： 1000m 3）装置容量： 1KVA 4）电机容量： 200W 5）外形尺寸： 长 1600mm X 宽

4、700mm（长 1300mm X 宽 700mm） 三能开设的电力电子技术实验 半控型器件 1正弦波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路 2锯齿波同步移相触发电路 3单相桥式半控整流电路 4单相桥式全控整流电路 5单相桥式有源逆变电路 6三相半波可控整流电路 7三相半波有源逆变电路 8三相桥式半控整流电路 9三相桥式全控整流电路 10三相桥式有源逆变电路 11直流斩波电路 全控型器件特性部分 1功率场效应晶体管 （MOSFET的） 主要参数测量 2功率场效应晶体管 （MOSFET的） 驱动电路研究 3绝缘栅双极型晶体管 （IGBT） 特性及其驱动电路的研究 4电力晶体管（ GTR）驱动电路的

5、研究 5电力晶体管（ GTR）的特性研究 全控型器件典型线路部分 1直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究 2单相交直交变频电路的性能研究 3半桥型开关稳压电源的性能研究 4电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究 5直流斩波电路（ Buck-Boost 变换器）的研究 6采用自关断器件的单相交流调压实验 7单相正弦波（ SPWM）逆变电路实验 8全桥 DC/DC变换电路实验 9整流电路的有源功率因数校正实验 4-6 10软开关实验 本实验指导书根据大纲的要求和实际情况， 编排了 11 个实验。学生完成了规定的 个实验后，其他实验可根据个人兴趣选做。 四、 组件配置： 1) MEL-002 电

6、源控制屏，配有电源总开关、三相可调交流电压源、三相交流线电 压指示表。 2) MEL 0010 交直流仪表，配有数字交流电流表、电压表、功率与功率因数表、 直流电压、电流表，均为数字表。 3) NMCL 18 直流电机仪表、电源，配有励磁电流、电压数字表，励磁电源，电枢 电源(可调节) 。 4) NMCL 36 锯齿波触发电路。 配 2 路相差 180 度脉冲，每路可提供两个相同脉冲。 5) NMEL 19 同步电机励磁电源 可调电流源，数字表显示。 6) NMCL 331 平波电抗器、阻容吸收器。 7) NMEL 24 变压器，单相、三相组式芯式变压器 8) NMEL 13 转矩转速测量与控

7、制，配转速转矩数字显示及转矩加载调节功能。 9) NMCL-33 触发电路，组晶闸管，组晶闸管，一组三相二极管整流桥，电流 反馈环节。 10) NMEL 05B 旋转指示灯及开关 11) NMEL 09 电机起动箱、电枢调节电阻、绕线式异步电机起动电阻(0、 2、 5 、15) 12) NMEL 03 三相可调电阻 2 900 3 13) NMEL 04 三相可调电阻 290 3 14) NMCL-17 软开关 15) NMCL-331A 速度变换器、给定、电流反馈 N 16) MCL-22 现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验 五、 配用其它设备： 1) 电机导轨及测速发电机 直流电机 M

8、01 ：PN=100W ，UN=200V 2) 双踪示波器一台 3) 万用表一块 第二章 半控型器件实验 实验一 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掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。 二实验内容 1锯齿波同步触发电路的调试。 2锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。 三实验线路及原理 锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组 成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。 四实验设备及仪器 1 NMCL 系列教学实验台主控制屏 2NMEL 002 3NMEL 36 4双踪示波器 5万用表 五实验

9、方法 1将 NMEL-36 面板上左上角的同步电压输入接 MCL 002的 U、V 端。 2三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压 Uuv=220v ，并打开 MCL 36 面板右下角的电源开关。 用示波器观察各观察孔的电压波形， 示波器的地线接于“ 7”端。同时观察“ 1”、“ 2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“ 1”点 波形的关系。 观察“3”“5”孔波形及输出电压 UG1K1的波形，调整电位器 RP1，使“ 3”的锯齿 波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压 U3 与 U5 的对应关系。 3调节脉冲移相范围 将 NMEL 36的“ G”输出电压调至

10、 0V，即将控制电压 Uct 调至零，用示波器观察 U2 电压（即“ 2”孔）及 U5 的波形，调节偏移电压 Ub（即调 RP），使 =180O，其波形 如图 2-1 所示。 调节 NMEL 36 的给定电位器 RP1，增加 Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0 时， =180O， Uct=Umax 时， =30O，以满足移相范围 =30O180O 的要求。 4调节 Uct ，使 =60 ，观察并记录 U1U5 及输出脉冲电压 U G1K1 ， UG2K2 的波形， 并标出其幅值与宽度。 用导线连接“ K1 ”和“ K3 ”端，用双踪示波器观察UG1K1 和 UG3K3 的波形，调节电

11、位器 RP3，使 UG1K1 和 UG3K3 间隔 1800。 六实验报告 1整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。 2总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有 关？ 3如果要求 Uct=0 时， =90O，应如何调整？ 4讨论分析其它实验现象。 七注意事项 参见实验一的注意事项。 1N4001 VD1 1 5 W C 2 1 T S V R1 10K 1N4001 VD2 C1 1uF RP 4.7K R3 4.7K V1 3CV1G23 R4 200 6D R9 6.2K R10 30K R11 1004 6.2K 1N VD3 1N4001 3.3

12、K R6 C3 104 V5 5 R R2 47K Uc R7 3.3K Ub VD5 C4 104 -15 R12 47 1N4001 VD8 1N4001 图图21-21：4 锯锯齿齿波波同触步发电电路路原理图 Title Size Number A4 Date: File: 7-Oct-2002 D:USERMCLm c l05mc l05.Ddb Sheet of Dra wn By: 3 4 实验二 单相桥式全控整流电路实验 一实验目的 1了解单相桥式全控整流电路的工作原理。 2研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻电感性负载及反电势负载时的 工作。 3熟悉 NMEL 36 锯齿波

13、触发电路的工作。 二实验线路及原理 参见图 2-3。 三实验内容 1单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 2单相桥式全控整流电路供电给电阻电感性负载。 3单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。 四实验设备及仪器 1 NMCL 系列教学实验台主控制屏。 2 NMCL 36 锯齿波同步移相触发电路。 3 NMCL 33 组件 4NMEL 03 三相可调电阻器。 5 NMCL-31A 组件 5双踪示波器 6万用表 五注意事项 1本实验中触发可控硅的脉冲来自 NMEL 36 挂箱，故 MCL-33 的内部脉冲需断 开，以免造成误触发。 2电阻 RP 的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护

14、动作（熔 断丝烧断，或仪表告警） ；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造 成可控硅时断时续。 3电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。 4 NMEL 36 面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33 面板，应注意连线不 可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移 相范围太小（正常范围约 30 180），可尝试改变同步电压极性。 5示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事 故。 6带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。 六实验方法 1将 NMCL-36 面板左上角的同步电压输入接 MEL

15、-002 的 U 、V 输出端。 2断开 MEL-002 和 NMCL-33 的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电 压 Uuv至 220V ，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。 NMCL-31A 的给定电位器 RP1 逆时针调到底， 使 Uct=0。调节偏移电压电位器 RP2， 使 =90 。 断开主电源，连接 MEL-02 和 MCL-33 。 3单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 接上电阻负载（可采用两只 900电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波 电抗器。合上主电路电源，调节Uct，求取在不同 角（ 30、 60、 90）时整流电 路的输出电压 Ud=f （t），晶闸管的

16、端电压 UVT=f （t）的波形，并记录相应 时的 Uct、 Ud 和交流输入电压 U2 值。 若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1， RP3 电位器。 4单相桥式全控整流电路供电给电阻电感性负载。 断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压Uct 时的输出电压 Ud=f（t），负载电 流 i d=f （t）以及晶闸管端电压 UVT=f（t）波形并记录相应 Uct时的 Ud、U2 值。 注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负 载电流不能超过 0.8A，Uct 从零起调。 改变电感值（ L=100mH ），观察 =90，Ud=f（ t）、id=

17、f （t）的波形，并加以分析。 注意，增加 Uct 使 前移时，若电流太大，可增加与 L 相串联的电阻加以限流。 5单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。 把开关 S 合向左侧，接入直流电动机，短接平波电抗器，短接负载电阻Rd。 （a）调节 Uct，在 =90时，观察 Ud=f （t），id=f （t）以及 UVT=f（t）。注意，交 流电压 UUV 须从 0V 起调，同时直流电动机必须先加励磁。 （b）直流电动机回路中串入平波电抗器（L=700mH ），重复（ a）的观察。 七实验报告 1绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当 =60， 90时 的 Ud、 UVT 波形，并加

18、以分析。 2绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻电感性负载情况下， 当 =90 时的 Ud、id、UVT 波形，并加以分析。 3作出实验整流电路的输入输出特性Ud=f （U ct），触发电路特性 Uct=f（ ）及 Ud/U2=f （ ）。 4实验心得体会。 10 流整控全式桥相单7-4图 图 2 3 单相桥式全控整流电路 11 实验三 单相桥式有源逆变电路实验 一实验目的 1加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握有源逆变条件。 2了解产生逆变颠覆现象的原因。 二实验线路及原理 MCL 33的整流二极管 VD1 VD6 组成三相不控整流桥作为逆变桥的直流电源， 逆变变压器采用 MEL 0

19、2芯式变压器，回路中接入电感 L 及限流电阻 Rd。 具体线路参见图 2-4 。 三实验内容 1单相桥式有源逆变电路的波形观察。 2有源逆变到整流过渡过程的观察。 3逆变颠覆现象的观察。 四实验设备及仪表 1 NMCL 系列教学实验台主控制屏。 2 NMCL-31A 组件。 3 NMCL 33 组件 4 NMCL-36 组件 5NMEL 03 三相可调电阻器或自配滑线变阻器。 6MEL 002三相交流可调电源变压器。 7双踪示波器。 8万用电表。 五注意事项 1本实验中触发可控硅的脉冲来自 NMEL 36 挂箱，故 MCL-33 （或 MCL-53 ， 以下同）的内部触发脉冲需断开，以免造成误

20、触发。 2电阻 RP 的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔 断丝烧断，或仪表告警） ；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造 12 成可控硅时断时续。 3电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。 4NMEL 36 面板的锯齿波触发脉冲需导线连到MCL-33 面板，应注意连线不可 接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相 范围太小（正常范围约 30 180），可尝试改变同步电压极性。 5逆变变压器采用 MEL-02 三相芯式变压器，原边为 220V ，中压绕组为 110V， 低压绕组不用。 6示波器的两根

21、地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事 故。 7带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。 六实验方法 1将 NMCL-36 （或 NMCL-36A ，以下均同） 面板左上角的同步电压输入接 MEL-002 的 U 、V 输出端。 2有源逆变实验 （ a）将限流电阻 RP 调整至最大（约 450 ），先断开 MEL-02 和 MCL-33 的连接 线，合上主电源，调节 Uuv=220V ，用示波器观察锯齿波的“ 1”孔和“ 6”孔，调节偏 移电位器 RP2，使 Uct=0 时， =10，然后调节 Uct，使 在 30附近。 （b）连接 MEL-02 和 MCL-33 ，

22、三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主 控制屏输出使 Uuv=220V 。用示波器观察逆变电路输出电压 Ud=f （ t），晶闸管的端电压 UVT=f （ t）波形，并记录 Ud 和交流输入电压 U2的数值。 注：如您选购的产品为 MCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 （c）采用同样方法，绘出 在分别等于 60、90时，Ud、UVT 波形。 3逆变到整流过程的观察 当 大于 90时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可 用示波器观察此变化过程。注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流， 需要注意监视。 4逆变颠覆的观察 当 =30时，继续减小 Uct

23、，此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明 逆变颠覆。 当关断 NMCL-36 面板的电源开关， 使脉冲消失， 此时，也将产生逆变颠覆。 七实验报告 1画出=30、60、 90时， Ud、UVT 的波形。 13 14 2分析逆变颠覆的原因，逆变颠覆后会产生什么后果？ 6TV 6TV 变逆源有式桥相单8-4图 图 2 4 单相桥式有源逆变电路 实验四 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 一实验目的 1熟悉 NMCL-31A, MCL-33 组件。 2熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。 3了解集成触发器的调整方法及各点波形。 二实验内容 1三相桥式全控整流电路 2三相桥式有源

24、逆变电路 3观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。 三实验线路及原理 实验线路如图 2-5 所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不 控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相 桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。 四实验设备及仪器 1 NMCL 系列教学实验台主控制屏。 2 MEL-002 组件。 3MCL 33 组件或 4 MEL-03 可调电阻器 5二踪示波器 6万用表 五实验方法 1按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。 （ 1）打开 NMCL-31A 电源开关，给定电压有电压显示。

25、（ 2）用示波器观察 MCL-33 （或 MCL-53 ，以下同）的双脉冲观察孔，应有间隔 均匀，相互间隔 60o 的幅度相同的双脉冲。 （ 3）检查相序，用示波器观察“ 1”，“2”单脉冲观察孔， “1” 脉冲超前“ 2” 脉 15冲 600 ，则相序正确，否则，应调整输入电源。 （ 4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V 的脉冲。 注：将面板上的 Ublf （当三相桥式全控变流电路使用 I 组桥晶闸管 VT1VT6 时） 接地，将 I 组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通” 。 （ 5）将给定器输出 Ug 接至 MCL-33 面板的 Uct 端，调节偏移电压 Ub，在

26、 Uct=0 时，使 =150o 。 2三相桥式全控整流电路 按图接线， S拨向左边短接线端，将 Rd 调至最大 （450 ）。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、 Uvw、 Uwu，从 0V 调至 220V。 注：如您选购的产品为 MCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 调节 Uct，使 在 30o90o范围内，用示波器观察记录=30O、60O、90O 时，整流电 压 ud=f （t ），晶闸管两端电压 uVT=f（t）的波形，并记录相应的 Ud 和交流输入电压 U2 数值。 3三相桥式有源逆变电路 断开电源开关后，将 S拨向右边的不控整流桥，调节 U

27、ct，使 仍为 150O 左右。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、 Uvw、 Uwu，从 0V 调至 220V合上电源开关。 调节 Uct ，观察 =90O、120O、150O时, 电路中 ud、uVT 的波形，并记录相应的 Ud、 U2 数值。 4电路模拟故障现象观察。 在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲 开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud 波形。 说明：如果采用的组件为 MCL 53或MCL 33（A ），则触发电路是 KJ004 集成 电路，具体应用可参考相关教材。 六实验报告 1画出电路的移相特性 Ud=f（ ）曲线

28、2作出整流电路的输入输出特性 3画出三相桥式全控整流电路时， 4画出三相桥式有源逆变电路时， 5简单分析模拟故障现象 Ud/U2=f（） 角为 30O、60O、90O时的 ud、uVT 波形 角为 150O、120O、90O 时的 ud、 uVT 波形 16 17 变逆源有及流整控全式桥相三21-4 1V2 图 2 5 三相全控整流及有源逆变实验电路 实验五 直流斩波电路实验 一实验目的 1加深理解斩波器电路的工作原理 2掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法。 3熟悉斩波器各点的波形。 二实验内容 1触发电路调试 2斩波器接电阻性负载。 3斩波器接电阻电感性负载。 三实验线路与原理 本

29、实验采用脉宽可调逆阻型斩波器。其中 VT1 为主晶闸管，当它导通后，电源电 压就加在负载上。 VT2 为辅助晶闸管， 由它控制输出电压的脉宽。 C 和 L1 为振荡电 路，它们与 VT2 、VD1 、L2 组成 VT1 的换流关断电路。斩波器主电路如图4-14 所示。 接通电源时， C 经 VD1 ，负载充电至 +Udo ， VT1 导通，电源加到负载上，过一段时 间后 VT2 导通，C和 L1 产生振荡， C上电压由 +Vdo 变为-Vdo，C经 VD1 和 VT1 反 向放电，使 VT1 、VT2 关断。 从以上斩波器工作过程可知， 控制 VT2 脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽， 从

30、而达到调压的目的， VT1 、VT2 的脉冲间隔由触发电路决定。 四实验设备及仪器 1 NMCL 系列教学实验台主控制屏。 2 MEL-002 组件。 3MCL 33 组件。 4MCL 06 组件 5MEL 03 三相可调电阻器 6双踪示波器 7万用表 18 五注意事项 1斩波电路的直流电源由三相不控整流桥提供，整流桥的极性为下正上负，接至 斩波电路时，极性不可接错。 2实验时，每次合上主电源前，须把调压器退至零位，再缓慢提高电压。 3实验时，若负载电流过大，容易造成逆变失败，所以调节负载电阻，电感时， 需注意电流不可超过 0.5A 。 4若逆变失败，需关断主电源，把调压器退至零位，再合上主电

31、源。 5实验时，先把 NMCL-31A 的给定调到 0V ，再根据需要调节。 六实验方法 1触发电路调试 打开 MCL 06 面板右下角的电源开关（或接人MCL 37低压电源）。 调节电位器 RP，观察“ 2”端的锯齿波波形，锯齿波频率为 100Hz 左右。 调节“ 3”端比较电压（由 NMCL-31A 给定提供） ，观察“ 4”端方波能否由 0.1T 连续调至 0.9T（ T 为斩波器触发电路的周期） 。 用示波器观察“ 5”、“ 6”端脉冲波形，是否符合相位关系。 用示波器观察输出脉冲波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度。 2斩波器带电阻性负载 按图 2-6 实验线路连好斩波器主电路，

32、接上电阻负载（可采用两只 900电阻并联）， 并调节电阻负载至最大，并将触发电路的输出G1、 K1 、 G2、 K2 分别接至 VT1 、VT2 的门极和阴极。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏U、 V、 W输出电压至线电 压为 110V。用示波器观察并记录触发电路“ 1”、“2”、 “ 4”、“ 5”、“6”端及 UG1K1、 UG2K2 的波形，同时观察并记录输出电压ud=f （ t），输出电流 id=f （t ），电容电压 uc=f （t）及晶闸管两端电压 uVT1=f （t）的波形，并注意各波形间的相位关系。 调节“ 3”端电压，观察在不同 （即 UG1K1和 U G2

33、K 2脉冲的间隔时间）时 ud的波 形，并记录 Ud 和 数值，从而画出 Ud=f（ /T）的关系曲线。其中 /T 为占空比。 注意负载电阻不可以太小，否则电流太大容易造成斩波失败。 3斩波器带电阻，电感性负载 断开电源，将负载改接成电阻电感。然后重复电阻性负载时同样的实验步骤。 六实验报告 19 U=f( /T) 的关系曲线。 1整理记录下的各波形，画出各种负载下 2讨论分析实验中再现的各种现象。 20 制 屏 输V 出 KL-060ICL-37) 辽 触发电路的叩与MCL-1B的G （给定）相连，接地与MCL-18的地线相连 L:平波电抗器位于MCL-331部，根据需要选择 Rd：电阻负亂

34、可选择MELP3中900猷并联（Rmax二450欧）,ImaxO.SA）或自配滑线变阻歳 Gt K1接YT1的控制ffi. mt G2、K2SVT2H控制极、阴极 ro 函4 士琴聲語寺 实验六 单相交流调压电路实验 一实验目的 1加深理解单相交流调压电路的工作原理。 2加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。 二实验内容 1单相交流调压器带电阻性负载。 2单相交流调压器带电阻电感性负载。 三实验线路及原理 本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸 管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。 晶闸管交流调压器的主电路 由两只反向晶闸管组成，见图 2-7。 四

35、实验设备及仪器 1 NMCL 系列教学实验台主控制屏。 2 MEL-002 组件。 3NMCL 33（A ）组件或 MCL 53组件（适合 MCL 、） 。 4 NMCL-36 组件。 5 NMEL-03 组件 6二踪示波器 7万用表 五注意事项 在电阻电感负载时，当 时，若脉冲宽度不够会使负载电流出圈套的直流分量。 损坏元件。为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象， 又不会损坏设备。 六实验方法 1单相交流调压器带电阻性负载 22 将 MCL-33 上的两只晶闸管 VT1 ，VT4 反并联而成交流电调压器，将触发器的输 出脉冲端 G1、K1，G3、K3分别接至主电路相

36、应 VT1 和 VT4 的门极和阴极。 把开关 S 打向左边，接上电阻性负载（可采用两只900电阻并联） ，并调节电阻 负载至最大。 NMCL-31A 的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。调节锯齿波同步移相触 发电路偏移电压电位器 RP2，使 =150 。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使Uuv=220V。 用示波器观察负载电压 u=f （ t），晶闸管两端电压 uVT= f （ t）的波形，调节 Uct ，观察 不同 角时各波形的变化，并记录 =60 ， 90 ，120 时的波形。 注：如您选购的产品为 MCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下

37、均同 2单相交流调压器接电阻电感性负载 （1）在做电阻电感实验时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻 和电感量。可采用直流伏安法来测量内阻，如图 6-1 所示，电抗器的内阻为 RL=UL/I 电抗器的电感量可用交流伏安法测量， 如图 6-2 所示，由于电流大时对电抗器的电 感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。 ZL=UL/I 电抗器的电感量为 LL Z2L RL2 /（2 f ） 这样即可求得负载阻抗角 tg 1 L1 Rd RL 在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。 （ 2）断开电源，接入电感（ L=700mH ）。 调节 Uct

38、 ，使 =450。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使Uuv=220V。 用二踪示波器同时观察负载电压 u 和负载电流 i 的波形。 调节电阻 R 的数值（由大至小） ，观察在不同 角时波形的变化情况。记录 ， =， 三种情况下负载两端电压 u和流过负载的电流 i 的波形。 也可使阻抗角 为一定值，调节 观察波形。 注：调节电阻 R时，需观察负载电流，不可大于0.8A 。 23 说明：如采购的 是 MCL 型，则触发电路为 KJ004 集成电路，具体应用可参考 相关教材。电阻性负载可采用两只 300电阻相串联。 六实验报告 1整理实验中记录下的各类波形 2分析电阻电感

39、负载时，角与 角相应关系的变化对调压器工作的影响。 3分析实验中出现的问题。 24 图 27 单相交流调压实验电路 第三章 现代电力电子技术实验 实验一 直流斩波电路 （BuckBoost 变换器）研究 一实验目的 1掌握 Buck Boost 变换器的工作原理、特点与电路组成。 2熟悉 Buck Boost 变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。 3掌握 Buck Boost 变换器的调试方法。 二实验内容 1连接实验线路，构成一个实用的Buck Boost 变换器。 2调节占空比，测出电感电流 i L 处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理 论值相比较。 3将电感 L增大一倍，测出

40、 i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论 值相比较。 4测出连续与不连续工作状态时的Vbe、 Vce、 VD、 VL、i L、i C、i D等波形。 5测出直流电压增益 M=VO/V S与占空比 D的函数关系。 6测试输入、输出滤波环节分别对输入电流i S 与输出电流 i O影响。 三实验线路 见图 3-1 。 四实验设备和仪器 1MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱 2万用表 3双踪示波器 五实验方法 1检查 PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常 连接有关线路，观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现 图 3-1 直流斩波实验电路 25 3L V51 断

41、7 6 2R 通断 TV 2 1L 1C 4 3 55 5 8 7 56 21 路电TSOOB-KCUB 55 c c V 象，则先设法排除故障。 2电感 L=1.6mH，电感电流 i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D 测试 将“ 16”与“ 18”、“21”与“ 4”、“22”与“ 5”、“19”与“ 6”、“1”与“ 4”、“9” 与“ 12”相连，即按照以下表格连线。 16 21 22 19 1 9 18 4 5 6 4 12 合上开关 S1与 S2、S3、S4，用示波器观察“ 7”与“ 13”（即 i L）之间波形，然后调 26 节 RP1使 i L 处于连续与不连续的临界状态，

42、记录这时候的占空比D与工作周期 T。 3L=1.6mH，测出处于连续与不连续临界工作状态时的Vbe、Vce、 VD、i L、 i C、i D等波 形 调节 RP1，使 i L处于连续与不连续临界工作状态， 用示波器测出 GTR基- 射极电压 Vbe 与集 - 射极电压 Vce；二极管 VD阴极与阳极之间电压 VD；电感 L3 两端电压 VL；电感电流 i L； 三极管集电极电流 i C以及二极管电流 i D等波形。 4L=1.6mH,测出连续工作状态时的 Vbe、 Vce、 VD、 i L、i C、i D等波形 调节 RP1，使 i L 处于连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。 5L=1.

43、6mH,测出不连续工作状态时的 Vbe、Vce、VD、iL、i C、i D等波形 调节 RP1，使 i L 处于不连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。 6L=1.6mH，i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试 将开关 S2 断开，观察 i L波形，调节 RP1，使 i L处于连续与不连续的临界状态，记录 这时候的占空比 D 与工作周期 T。 7 L=3.2mH，测出连续工作状态时的 Vbe、 Vce、 VD、 i L、 i C、i D等波形 调节 RP1，使 i L 处于连续工作状态，测试方法同前。 8L=3.2mH，测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、 VD、i L、i C、

44、i D等波形 9测出 M=VO/V S与占空比 D的函数关系 （1）L=1.6mH，占空比 D 从最小到最大范围内，测试 56个 D数据，以及与此对应 的输出电压 VO。 9输入滤波器功能测试 有与没有输入滤波器时，电源电流（即1514 两端）波形测试。 10输出滤波器功能测试 有与没有输出滤波器时，输出电流纹波测试。 五实验报告 1分别在 L=1.6mH与 3.2mH条件下 ,列出 i L连续与不连续临界状态时的占空比D,并 27 与理论值相比较。 理论上 i L连续与断续的临界条件为 LC=（1-D）2/2，式中 LC=L/RT 为连续与断续临 界状态时的临界时间常数，负载电阻R=300，

45、工作周期 T 按实测数据。 2画出不同 L，连续与断续时的 Vbe、Vce、VD、i L、i C、i D 等波形，并与理论上的正确 波形相比较。 3根据不同的 L 值，按所测的 D， VO值计算出 M值，列出表格，并画出曲线。连续 工作状态时的直流电压增益表达式为M=D/（1-D ），请在同一图上画出该曲线，并在图上 注明连续工作与断续工作区间。 4试对 Buck-Boost 变换器的优缺点作一评述。 5试说明输入、输出滤波器在该变换中起何作用？ 6实验的收获、体会与改进意见。 六思考题 试分析连续工作状态时，输出电压VO 由哪个参数决定？当断续工作状态时， VO又由 哪些参数决定？ 28 实

46、验二 单相正弦波（ SPW）M逆变电源研究 一实验目的 1掌握单相正弦波（ SPWM ）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用 场合。 2熟悉正弦波发生电路、 PWM 专用集成电路 SG3525 的工作原理与使用方法。 二实验内容 1正弦波发生电路调试。 2 PWM 专用集成电路 SG3525 性能测试。 3带与不带滤波环节时的负载两端，MOS 管两端以及变压器原边两端电压波形测 试。 4滤波环节性能测试。 5不同调制度 M 时的负载端电压测试。 三实验系统组成及工作原理 能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。单相逆变器的结 构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变

47、器等形式。本实验系统对单相推挽逆变电 路进行研究。 推挽逆变器的主要优点是在任何时刻导通的开关不会多于一个，对于输出相同的功 率，开关损耗比较小，因此，特别适用于由低直流电压（如电池）供电的场合。另外， 两个开关管的驱动信号是共地的，可简化驱动电路，其不足是变压器原边绕组利用率低， 当变压器原边两个绕组不完全对称时或者两开关器件特性不对称时，还可能出现直流磁 化饱和现象。 逆变器主电路开关管采用功率 MOSFET 管，具有开关频率高、驱动电路简单、系统 效率较高的特点。当开关其间 VT1、VT2 轮流导通，再经推挽变压器升压后，即可在负载 端得到所需频率与幅值的交流电源。 脉宽调制信号由专用集

48、成芯片 SG3525 产生。 SG3525 芯片不仅能产生频率灵活可变 的方波，而且可输出正弦 PWM （ SPWM ）信号，以提高后接变压器的工作频率。为了使 SG3525产生一个 SPWM 信号，可在芯片的 9脚处加入一个幅度可变的 50Hz 正弦波（我 们这里仅需得到频率固定的 50Hz 可变电源， 若需获得频率也可变的交变电源， 则只需在 29 9 脚处加入一个幅值与频率均可变的正弦波即可） ，与 5 脚处的锯齿波信号进行比较，从 而获得 SPWM 控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度M（调制度定义为正弦波调 制波峰 Urm与锯齿波载波峰值 U tm之比，即 M=U rm/Utm）

49、就可以改变输出电压的幅值，正 常 M 1。考虑到 5脚处的锯齿波如图 3-2a 所示，锯齿波的顶点 UH约为 3.3V ，谷点 UL 约为 0.9V 。 t t 图 3-2 载波与调制波 为此，正弦波信号必须如图 3-2b 所示，即其峰峰值必须在 0.9V3.3V 范围内变化。 正弦波发生电路如图 3-3 所示。 图 3 3 正弦波发生电路 由图 3-3可知，正弦波发生器由两部分组成， 前半部分为 RC 串并联型正弦波振荡器， 振荡频率设定在 50Hz，调节电位器 RP（即实验挂箱面板上的幅度调节电位器） ，即可调 节正弦波峰峰值， 从而调节 SPWM 信号的脉冲宽度以及逆变电源输出基波电压的

50、大小。 正弦波发生器的后半部分为移位电路，将正负对称的正弦波移位到第一象限，并使正弦 波的谷点在 0.9V 之上。 四实验设备和仪器 30 1MCL-22实验挂箱 2万用表 3双踪示波器 五实验方法 1认真阅读实验指导书与有关教材。 掌握用 SG3525芯片产生 SPWM 信号的原理与 RC 串并联正弦波发生器的工作原理， 以及推挽式单相正弦波逆变电源的工作原理、特点、波形分析与使用场合。 2主电路接线 见图 3-4。将主电路的“ 9”与“ 12”端相连。 （1）正弦波发生器测试 测量 1 端正弦波信号的频率，最大与最小峰峰值，正弦波的谷点偏离横坐标的数 +15 S1 正弦波发生器 15 1

51、9 5 7 断 通 12 2 C2 S2 R2 C1 R1 6.0 断通 幅度调节 13 SG 63525 幅度调节 Vcc N11 5 VT2 N12 8 4 VT1 9 10 L 11 12 13 31 图5图8 3单相4 正电弦路波接线（S图PWM逆） 变电源 值以及正弦波上、下半波的对称性。 （ 2）SG3525 性能的测试 a锯齿波周期与顶点 UH、谷点 UL 测量（分开关 S2合上与断开两种情况） b正弦波与锯齿波的配合调试。 当正弦波发生器的幅度调节电位器在任意位置时，都能与锯齿波有符合要求的相交 点，使在“ 3”端能得到正确的 SPWM 控制信号。 c调制度 M 测量 当幅度调

52、节电位器左旋到底与右旋到底时，测出对应的最小与最大调制度M 。 3MOS管的驱动波形测试 用双踪示波器观察并记录“ 3”、“ 4”与地端间波形（只需看部分SPWM 波形），当 改变幅度调节电位器位置时，应使该波形均符合互补的要求。 4不带滤波环节时的 MOS管两端电压，输出变压器原边N11、N12 两端电压以及负载 端波形测试， （只需测试部分 SPWM波形）。 （1）主电路接线同上， S2 放在断开位置，幅度调节电位器旋转到大致中间的位置。 （2）观察并记录上述波形。 5带滤波环节时的 MOS管两端电压，输出变压器原边 N11、N12 两端电压以及负载端 波形测试。 （1）将主电路的“ 9”

53、与“ 10”及“ 11”与“ 12”相连，断开“ 9”与“ 12”端的相 连，幅度调节电位器仍旋在上述位置。 （2）观察并记录上述波形。 6不同调制度 M时的负载端电压测试 （ 1）主电路接线同上。 （ 2）将幅度调节电位器从左向右旋转45 个位置，分别观察并记录负载端电压幅值 与波形。 7不同载波频率时的滤波效果比较 在 S2 合上与断开情况下，观察并记录负载两端波形。 六实验报告 1列出正弦波信号的实测数据。 2在开关 S2断开与合上条件下，画出 SG3525的 5 脚的锯齿波，并注明周期、顶点 UH、谷点 UL。 3所测得的最小与最大调制度M 值。 4画出 MOS 管的部分驱动波形。 5

54、画出不带与带滤波环节时的MOS 管两端， N11、N12 两端以及负载电压波形，并 与理想波形相比较，试分析两者相差的原因。 6列出不同 M 值时的负载端电压值并画出曲线。 7画出不同负载频率时的负载端电压曲线，并说明提高载波频率对滤波效果以及对 输出变压器工作的影响。 8试说明实验系统单相正弦波逆变电源的优缺点及使用场合。 9实验的收获、体会与改进意见。 32 七思考题 1实验系统中 SG3525 采用单端输出，能否改用双端输出？为什么？ 2当调制度 M1 后系统能否正常工作？与 M 1 2 R4 B 14 1 5.1V 软起动 5.1V 地 RP 关闭 R5 SG3525 12 双踪示波器

55、 图 3-5 9 +15v 12 10 11 +15V S2 67 脉冲 宽度调节 3 9 1 2 5 +15v 直流斩波 15 半桥电源 16 C1 1 4 3 R1 56 R2 67 SR 5.1V 基准 振荡器 Q Q Q 6 2A 直流安培表。 34 四实验方法 1SG3525的调试。 原理框图见图 3-5 。 将扭子开关 S1 打向“直流斩波” 侧，S2 电源开关打向 “ ON ”，将“3” 端和“ 4”端用导线短接，用示波器 观察“ 1”端输出电压波形应为锯齿 波，并记录其波形的频率和幅值。 扭子开关 S2 扳向“ OFF”，用导 线分别连接“ 5”、“ 6”、“9”，用示波 器观

56、察 “5”端波形，并记录其波形、 频率、幅度，调节“脉冲宽度调节” 电位器，记录其最大占空比和最小占 空比。 Dmax= Dmin= 2实验接线图见图 3-6。 （ 1）切断 NMCL-22 主电源， 分别将 “主电源 2”的“ 1”端和“直 流斩波电路”的“ 1”端相连，“主电 源 2 ”的“ 2”端和“直流斩波电路” 的“ 2”端相连， 将“PWM 波形发生” 的“ 7”、“ 8”端分别和直流斩波电路 VT1 的 G1S1 端相连，“直流斩波电 路”的“ 4”、“5”端串联 MEL-03 电 阻箱 （将两组 900 /0.41A 的电阻并 联起来，顺时针旋转调至阻值最大约 450 ），和直

57、流安培表（将量程切换 到 2A 挡）。 (a) 主电源 VT1 L1 （b） 降压斩波电路 G2 2 S2 VT2 9 C2 （c） 升压斩波电路 图5-1图2 3直流6 斩实验波接电线路图 11 2）检查接线正确后， 接通控制电路和主电路的电源 （注意： 先接通控制电路电源后 接通主电路电源 ），改变脉冲占空比， 每改变一次， 分别观察 PWM 信号的波形， MOSFET 的栅源电压波形，输出电压、 u0 波形，输出电流 i0 的波形，记录 PWM 信号占空比 D， ui、u0 的平均值 Ui 和 U0。 35 （3）改变负载 R 的值（注意：负载电流不能超过 1A ），重复上述内容 2。

58、（ 4）切断主电路电源，断开“主电路2”和“降压斩波电路”的连接，断开“ PWM 波形发生”与 VT1 的连接，分别将“直流斩波电路”的“6”和“主电路 2”的“ 1”相 连，“直流斩波电路” 的“7”和“主电路 2”的“ 2”端相连，将 VT2的 G2S2分别接至“ PWM 波形发生”的“ 7”和“ 8”端，直流斩波电路的“ 10”、“ 11” 端，分别串联 MEL-03 电 阻箱 （两组分别并联， 然后串联在一起顺时针旋转调至阻值最大约 900 ）和直流安培表 （将量程切换到 2A 挡）。 检查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。改变脉冲占空比D ，每改变一次， 分别：观察 PWM 信

59、号的波形， MOSFET 的栅源电压波形，输出电压、 u0 波形，输出电 流 i0的波形，记录 PWM 信号占空比 D，ui、u0的平均值 Ui 和 U0。 （5）改变负载 R 的值（注意：负载电流不能超过 1A ），重复上述内容 4。 （6）实验完成后，断开主电路电源，拆除所有导线。 五注意事项： （ 1）“主电路电源 2”的实验输出电压为 15V ，输出电流为 1A ，当改变负载电路时， 注意 R 值不可过小，否则电流太大，有可能烧毁电源内部的熔断丝。 （ 2）实验过程当中先加控制信号，后加“主电路电源2”。 （ 3）做升压实验时，注意“ PWM 波形发生器”的“ S1”一定要打在“直流斩

60、波” ， 如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2” 内部的熔断丝。 六实验报告 1分析 PWM 波形发生的原理 2记录在某一占空比 D 下，降压斩波电路中， MOSFET 的栅源电压波形，输出电 压 u0波形，输出电流 i0的波形，并绘制降压斩波电路的Ui/Uo-D 曲线，与理论分析结果 进行比较，并讨论产生差异的原因。 36 实验四 移相控制全桥零电压开关 PWM变换器研究 一实验目的 1掌握移相控制全桥零电压开关 PWM 变换器（简称 PS-FB-ZVS-PWM 变换器）的 组成，工作原理与波形。 2熟悉移相控制零电压开关 （ZVS ）专用集成芯片 UC3875 的工作原理与使用方法。