电力电子技术实验指导书最新版

1、电力电子技术实验指导书第一章 概 述一、电力电子技术实验内容与基本实验方法电力电子技术是 20 世纪后半叶诞生和发展的一门新技术，广泛应用于工业 领域、交通运输、电力系统、通讯系统、计算机系统、能源系统及家电、科研领 域。电力电子技术课程既是一门技术基础课程， 也是一门实用性很强的应用型课 程，因此实验在教学中占有十分重要的位置。电力电子技术实验课的主要内容为： 电力电子器件的特性研究， 重点是开关 特性的研究； 电力电子变换电路的研究， 包括：三相桥式全控整流电路 （AC/DC 变换）、SPWM逆变电路（DC/AC变换）、直流斩波电路（DC/DC变换）、单 相交流调压电路（ AC/AC 变换

2、）四大类基本变流电路。电力电子技术实验借助于现代化的测试仪器与仪表， 使学生在实验的同时熟 悉各种仪器的使用，以进一步提高实验技能。波形测试方法是电力电子技术实验中基本的、 常用的实验方法， 电力电子器 件的开关特性依据波形测试而确定器件的工作状态及相应的参数； 电力电子变换 电路依据波形测试来分析电路中各种物理量的关系， 确定电路的工作状态， 判断 各个器件的正常与否。因此，掌握不同器件、不同电路的波形测试方法，可以使 学生进一步掌握电力电子电路的工作原理以及工程实践的方法。本讲义参考理论课的内容顺序编排而成，按照学生掌握知识的规律循序渐进，旨在加强学生实验基本技能的训练、实现方法的掌握；培

3、养和提高学生的工 程设计与应用能力。由于编者水平有限，难免有疏漏之处，恳请各位读者提出批评与改进意见。二、实验挂箱介绍与使用方法（一）MCL07挂箱 电力电子器件的特性及驱动电路MCL07挂箱由GTR驱动电路、MOSFET驱动电路、IGBT驱动电路、PWM 发生器、主电路等部分组成。1、GTR 驱动电路：内含光电耦合器、 比较器、 贝克箝位电路、 GTR 功率器件、串并联缓冲电路、 保护电路等。可对光耦特性（延迟时间、 上升时间、下降时间）， 贝克电路对 GTR 导通关断特性的影响， 不同的串、 并联电路对 GTR 开关特性的 影响以及保护电路的工作原理进行分析和研究。2、 MOSFET 驱动

4、电路：内含高速光耦、比较器、推挽电路、 MOSFET 功率器 件等。可以对高速光耦、推挽驱动电路、 MOSFET的开启电压、导通电阻Ron、 跨导gm、反相输出特性、转移特性、开关特性进行研究。3、IGBT电路驱动：采用富士 IGBT专用驱动芯片EXB841，线路典型，外扩 保护电路。可对 EXB841 的驱动电路各点波形以及 IGBT 的开关特性进行研究。本挂箱的特点： （1）线路典型，有助于对基本概念的理解，力求通过实验，使学生对自关断 器件的特性有比较深刻的理解。（2）由于接线比较多，设计时充分考虑实验时可能产生的误操作，保护功能 完善，可靠性高。使用注意事项：（1）面板上有比较多的钮子

5、开关控制电源，实验时注意开关的通断。（2） GTR采用较低频率的PWM波形驱动，MOSFET、IGBT采用较高频率的 PWM 波形驱动。（二）MCL08 挂箱 直流斩波及开关电源MCL08挂箱由直流变换电路（Buck-Boot电路）和电流控制型脉宽调制开关 稳压电源组成。1、直流斩波电路：控制电路采用 555波形发生器，由光耦进行隔离经过推挽电路驱动GTR。555产生波形的占空比可由电位器进行调节，频率为 8KHZ左 右。斩波电路主回路的功率器件采用 GTR（ 10A、800V），输入电压为15V， 输出电压为（7.5-30V）之间内可调。按流过电感 L 的电流在周期开始时是否从 0开始，可分

6、为连续或不连续工作状态两种模式。可分别观察两种模式下，电感电流iL、二极管电流iVD、GTR 电流 iVT 等波形。2、开关稳压电源：用UC3842构成电流控制型脉宽调制开关稳压电源，通过实验使学生对开关稳压电源的工作原理以及 UC3842的应用有一定的了解。（三）MCL11 挂箱 单相正弦波逆变电源及单相交流调压电路MCL11挂箱分成两部分：正弦波逆变电源和单相交流调压。1、正弦波逆变电源正弦波逆变电源的功能是把直流电逆变成交流电。由波形发生器产生一 50Hz、幅度可变的正弦波，送入 SG3525中的第“ 9” 脚和第“5”脚信号（锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率为10KHz）的SPWM

7、 波形，经过倒相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管 VT1 、 VT2 使 VT1 、 VT2 交替导通，从而在高频变压器的副边得到一 50Hz的正弦波，幅度可通过电位器 RP进行改变。2、单相交流调压电路采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路 相比，具有功率因数高、电网污染小、波形畸变小等优点。输入交流电压为220V，经同步变压器T后，分别形成两路互为倒相的方波， 宽度为18（°,分别对应正弦波的正半周和负半周，由SG3525进行调制（调制频率为2.5KHZ）后，经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。 工作过程为：当输

8、入交流电处于正半周时， 经调制的方波信号施加于 VT2 的栅极和源极，VT1的控制电压为0V，交流电经过L、R、VT2、VD1构成回路；当输入交流电处于负半周时，方波信号施加于VT1、VT2的控制电压为0V， 交流电经过L、R、VT1、VD2构成回路，从而在R上得到一完整的经过调制的 单相正弦交流电，有效值通过调节脉冲的占空比进行改变。（四）MCL18挂箱 控制和检测单元及过流过压保护MCL18由给定（G），零速封锁（DZS），速度变换器（FBS）,转速调节器（ASR）,电流调节器（ACR）,过流过压保护等部分组成。（这里只对给 定和过流过压保护部分进行介绍）1 、给定（ G）：它的作用是得到

9、以下几个阶跃的给定信号 :（ 1） 0V 突跳到正电压 ,正电压突跳到 0V;（ 2） 0V 突跳到负电压 ,负电压突跳到 0V;（ 3）正电压突跳到负电压 , 负电压突跳到正电压。正负电压可分别由RP1、RP2两个多圈电位器调节大小（调节范围为 0 ±13V）。数值由面板上的板表显示。只要依此扳动S1、S2开关的不同位置即能达到上述要求。a） S1放在“正给定”位置，扳动 S2由“零”位到“给定”位既能获得 0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位置扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳；b）S1放在“负给定”位置，扳动 S2,能得到0V到负电压及负电压到0V的突 跳；c）S2放在“给

10、定”位置，扳动S1,能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳；使用注意事项：给定输出有电压时，不能短路，特别是输出电压较高时，否 则容易烧坏限流电阻。2、电流变送器与过流过压保护（ FBC+FA+FT ）此单元有三种功能： 一是检测电流反馈信号， 二是发出过流信号， 三是发出 过压信号。（1）电流变送器电流变送器适用于可控硅直流调速装置中， 与电流互感器配合， 检测可控硅 变流器交流进线电流， 以获得与变流器电流成正比的直流电压信号， 零电流信号 和过流逻辑信号等。（2）过流保护（ FA ）当主电路电流超过某一数值后（ 2A 左右），继电器断开主电路，并使发光 二极管亮，作为过流信号，告诉操

11、作者已经过流跳闸。SA作为解除记忆的恢复按钮，当过流动作后，如过流故障已经解除，则需 按下解除记忆，恢复正常工作。（五）MCL36 锯齿波同步移相触发电路 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。其原理图如图 所示。由 VD1、VD2、C1、R1 等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻和宽度。 由VST1、VI、R3等元件组成的恒流源电路及 V2、V3、C2等组成锯齿波形成环节。控制电压 Uct偏移电压Ub及锯齿波电压 在 V4 基极综合叠加，从而构成移相控制环节。 V5、 V6 构成脉冲形成放大环节， 脉冲变压器输出

12、触发脉冲。元件RP装在面板上，同步变压器幅边已在内部接好。三、安全操作常识由于电力电子技术实验主要是面向大功率电路， 如果操作不当， 很容易造成 人身触电伤亡事故。 这就要求实验者树立牢固的安全意识， 在实验过程中严格按 照实验步骤和方法进行。1、三相主电源为 380V 电网电压，操作时要注意安全。2、主电路接线、改线时，必需先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色 按钮，同时“给定”回零。主电路工作时严禁带电操作。3、主电路接线完成后，需检查无误后方可接通电源。4、双踪示波器两个探头的地线通过示波器外壳短接，在使用时，必须使两 个探头的地线同电位，以免造成短路事故。5、主电路工作时禁止随意关断

13、脉冲输出开关。四、实验前的准备1、实验前认真阅读实验指导书的有关内容，明确实验目的和任务， 了解具体 的实验项目、 实验设备、被测电力电子器件的特性、 被测电路的工作原理 及需要测量的参数和波形。2、根据实验指导书上的要求写出预习报告。3、实验课上认真听取指导教师对实验的讲解，明确实验的要求、 安全注意事项及操作方法。第二章 电力电子技术实验实验一 三相桥式全控整流电路实验一、实验目的1、掌握三相桥式全控整流电路的工作原理及接线。2、熟悉 MCL-II 型电机控制教学实验台主控制屏的结构及调试方法。3、熟悉 MCL-18, MCL-33, 组件的结构及调试方法4、分析和掌握三相桥式全控整流电路

14、在不同负载下的工作状况和波形 、实验内容1、锯齿波触发器的研究（ 1）触发器同步电压定相；2、电阻负载及电阻、电感负载整流电路波形测试。三、实验线路及工作原理实验线路见图2触发电路以锯齿波作为同步信号，经移相控制、脉冲形成环节产生双窄脉冲， 作为晶闸管门极的触发信号。整流电路由六只晶闸管组成三相桥式全控型电路。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双脉冲。四、实验设备及仪器1、CL II型电机控制教学实验台主控制屏2、MCL-18 挂箱3、MCL-33 挂箱4、二踪示波器5、MEL 06直流电压、电流表6、MEL 03三相可调电阻器（或自配滑线变阻器）五、实验方法整流电路波形测试1、未上

15、主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。MCL-18的S1开关置“正给定”，S2开关置“给定” RP1、RP2逆时针旋转到底，MCL 18与MCL 33的低压电源土 15V对应连接。MCL18 的 Ug 接 MCL33 的 Uct，MCL33 的 Ub1f 接地。合总电源开关（主电路断）用示波器观察MCL33的触发脉冲观察孔 应为双脉冲且“ 1”号 脉冲超前“ 2”号 脉冲。将控制 I 组桥触发脉冲通 断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极和阴极，应有 幅度为 1V 至 2V 的脉冲。2、整流电路的调试主电路接线：（1）将电源板上的 U、V、W分别接MCL 18的L1、L2、L3;

16、 U、V、W接MCL33的I组的U、V、W。晶闸管TV1、TV3、TV5的阴极连 在一起， TV2、 TV4、 TV6 的阳极连在一起。整流电路输出接电阻负 载MEL 03。负载两端接入电压表 MEL 06（选300V挡）。电流表 （选 2A 档）（2）三相调压器逆时针调到底，合主电路电源，缓慢调节调压器主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu,从0V调至200V。（3）Uct从0缓慢增加，观察电压表和电流表Ud不要超过220V, Id不要超过 0.7A。3、整流电路的研究（1） 整流输出接电阻负载，用示波器观察记录a =30 °、60°、90°、的整 流输出电压波

17、形。（2）整流输出接电阻、电感负载观察记录a =30°、60°、90°的整流输出 电压与电流波形和 TV1 上的波形。六、实验报告i画出电路的移相特性ud=f( a曲线.2、a角为30°、60°、90° 时的 Ud、Id、VT1 波形。K.IMCL K倨齿液触发电路三相桥式全控翳流丰电路一、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、掌握 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、测试 Buck-Boost 变换器的

18、各物理量波形。2、测试不同电感值时的不同占空比 a。3、测试直流电压增益M=Vo/E与占空比a的函数关系。4、测试输入、输出滤波环节分别对输入电流 is输出电流io的影响三、实验线路实验线路见图 3四、实验设备和仪器1、MCL08直流斩波及开关电源实验挂箱2、万用表4、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，观察信号发生器与驱动电路的输出波形是否正常。2、电感L=1.6mH，电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D a测试将“ 16”与 “18”、21”与 “4”、22” 与a厂”5”19” 与“ 6”、“1” 与“4”、 “9”与“ 12

19、”相连。合上开关S1、S2、S3与S4,用示波器观察“ 7”与“13”（即iL ）之间波形，然 后调节RP1使iL处于连续与不连续临界状态，记录这时的占空比a与工作周期T3、 L=1.6mH，测出处于连续与不连续临界工作状态时的Vbe、Vce、Vd、iL、ic、 iD 等波形。调节 RP1 使 iL 处于连续与不连续临界工作状态，用示波器观察 GTR 基-射极 电压Vbe与集-射极电压Vce；二极管阴极与阳极电压 Vd ；电感L3两端电压Vl ； 电感电流iL；三极管集电极电流ic以及二极管电流iD等波形。4、 L=1.6mH，测出连续工作状态时的 Vbe、Vce、Vd、iL、ic、iD等波形。调节RP1使iL处于连续工作状态，用示波器观察上述波形。5、 L=1.6mH，测出不连续工作状态时的 Vbe、Vce、Vd、iL、ic、iD等波形。调节RP1使iL处于不连续工作状态，用示波器观察上述波形。& L=1.6mH，iL处于连续与不连续临界工作状态时的占空比a。将开关S2断开，用示波器观察iL波形调节RP1使iL处于连续与不连续临界工作 状态，记录这时的占空比 a与工作周期T。7、L=3.2mH，测出连续工作状态时的 Vbe、Vce、Vd、iL、ic、iD等波形调节RP1使iL处于连续工作状态，用示波器观察上述波形。8 L=3