电力电子实物部分实验指导1311电力电子实验

1、 电力电子技术实验讲义（H541）目 录实验一 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 .1实验二 全桥DC/DC变换电路实验 .7实验三 单相交直交变频电路（纯电阻） .9实验四 直流斩波电路(设计性)的性能研究.11 实验一 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一实验目的1熟悉三相桥式全控整流电路工作原理，输出电压、电流波形，输入输出关系等。2. 了解 KJ 系列集成触发器的调整方法和各点的波形3熟悉三相全控整流电路有源逆变状态的工作原理和工作状态。二实验内容1三相桥式全控整流电路。2观察整流状态下，模拟电路故障现象时的波形。3三相桥式有源逆变电路。三实验线路及原理三相全控整流电路实验线路如图

2、1-1 及图 1-2 所示。主电路由三相全控整流电路及负载组成。触发电路为集成触发电路，由 KJ004、KJ04l、KJ042 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电力电子技术教材的有关内容，教材中此部分原理图见图1-3。三相全控整流电路有源逆变状态的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，实验线路如图 1-1 所示，工作原理可参见电力电子技术教材。图 1-1 三相全控整流电路主电路原理图图 1-2 三相全控整流电路控制电路原理图四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏2NMCL33 组件3MEL03A 组件1 4NMCL31 组件5N

3、MCL35 组件6双踪示波器（自备）7万用表（自备）图 1-3 三相全控整流电路集成触发电路原理图（教材中提供的原理图）图 1-4 三相全控整流电路有源逆变状态的原理图2 五注意事项1双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。示波器的两

4、根地线与外壳相连，使用时必须注意两根地线需要等电位，避免造成短路事故。2为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。（2）在控制电压U =0 时，接通主电路电源，然后逐渐加大U ，使整流电路投入工作。ctct（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。（4）晶闸管具有一定的维持电流I ，只有流过晶闸管的电流大于I ，晶闸管才可靠导通。实验HH中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于 100mA。3整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序

5、，相序接错容易烧毁晶闸管4整流电路供电给电阻负载时，负载电阻不宜过小，应使I 不超过 0.8A（注意也不能超过负d载电阻允许的最大值），同时负载电阻不宜过大，保证I 超过 0.1A，避免晶闸管时断时续。供电d给反电势负载时，注意电流不能超过电机的额定电流（I =1A）。d5在电动机起动前必须预先做好以下几点：（1）先加上电动机的励磁电流，然后才可使整流装置工作。（2）起动前，必须置控制电压 U 于零位，整流装置的输出电压 U 最小，合上主电路后，才ctd可逐渐加大控制电压。六实验方法1未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）用示波器观察NMCL-33 的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互

6、间隔 60o的幅度相同的双脉冲。（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲 60 ，则相序正确，否则，应调整输0入电源。（3）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U （当三相桥式全控变流电路使用 Iblf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”。（4）将NMCL31 的给定器输出U 接至NMCL-33g面板的U 端，调节偏移电压U ，在U =0 时，使=150o。(注NMCL-31ctbctNMCL-33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

7、，前面实验中的单相晶闸管电路 的 0图三相电路控制回路1-7b图 1-5 三相电路控制电路接线3 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)。2三相桥式全控整流电路供电给电阻负载时的工作研究按图 1-5、1-6 接线，分别短接平波电抗器和直流电动机 M03 的电枢绕组。合上主电源，调节负载电阻，使R 大于 200，注意电阻不能过大，应保持i 不小于 100mA，Dd否则可控硅由于存在维持电流，容易时断时续。（1）调节U ，观察在 30、60、90、120等不同移相范围内，整流电路的输出电压U =fct，d（ ）=f（t）以及晶闸管端电压U =f（t）的波形，并加

8、以记录。t ，输出电流idVT（ ）（2）读取本整流电路的特性U /U =f 。读取时，根据需要不断调整负载电阻R，使得负d2载电流I 保持在 0.6A左右(注意I 不得超过 0.65A)。dddd/2U (计算值)d计算公式:U =2.34U cos(060O)d2U =2.34U 1+cos(a+ ) (60 120 )ood23图 1-6 三相全控整流电路接线图4 3三相桥式全控整流电路在供电给反电势负载时的工作研究分别拆除平波电抗器和直流电动机 M03 电枢绕组的短接线。（1）置电感量较大时（L=700mH），调节U ，观察在不同移相角时整流电路供电给反电势，ct（ ）（ ）负载的输出

9、电压U =f t ，输出电流i =f t 波形，并给出=60、90时的相应波形。注意，电dd机空载时，由于电流比较小，有可能电流时断时续。（2）在相同电感量下，求取本整流电路在=60与=90时供电给反电势负载时的负载特性n=f（ ）I。从电机空载开始，测取 57 个点，注意电流最大不能超过 1A。d=60dn（r/min）=90dn（r/min）4观察平波电抗器的作用（1）在大电感量与=120条件下，求取反电势负载特性曲线，注意要读取从电流连续到电流（ ）， （ ）断续临界点的数据，并记录此时的U =f ti =f t 。dd（2）减小电感量，重复（1）的实验内容5电路模拟故障现象观察。在整流

10、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u 波形。d6三相桥式有源逆变电路按图 1-7，接线断开电源开关后，断开AD点的连接，分别连接AB两点和CD两点。调节U ，ct使仍为 150O左右。合上主电源，调节U ，观察=90O、120O、150O时，电路中u 、u 的波形，并记录相应的Ud、ctdVTU 数值。2七实验报告1画出电路的移相特性 Ud=f()曲线。2作出整流电路的输入输出特性U /U =f （ ）。d23画出三相桥式全控整流电路时，角为 30 、60 、90 时的u 、u 波形。OOOdVT4简单分析模拟故障现象。5画出三相桥式

11、有源逆变电路时，角为 150 、120 、90 时的u 、u 波形。OOOdVT八思考1如何确定三相触发脉冲的相序？它们间分别应有多大的相位差？2能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？3为什么说可控整流电路供电给电动机负载与供电给电阻性负载在工作上有很大差别？4本实验电路在电阻性负载工作时能否突加一阶跃控制电压？在电动机负载工作时呢？为什么？5 NMCL-35ABVWCD图1-7a 三相桥式全控整流及有源逆变电路主回路图 1-7 三相全控整流电路有源逆变状态主电路接线图6 实验二 全桥 DC/DC 变换电路实验一实验目的1掌握可逆直流脉宽调速系统主电路的组成、原理及各主要单元部件的

12、工作原理。2熟悉直流 PWM 专用集成电路 SG3525 的组成、功能与工作原理。3熟悉 H 型 PWM 变换器的各种控制方式的原理与特点。二实验内容1PWM 控制器 SG3525 性能测试。2H 型 PWM 变换器 DC/DC 主电路性能测试。三实验系统的组成和工作原理全桥 DC/DC 变换脉宽调速系统的原理框图如图 21 所示。图中可逆 PWM 变换器主电路系采用 MOSFET 所构成的 H 型结构形式，UPW 为脉宽调制器，DLD 为逻辑延时环节，GD 为 MOS 管的栅极驱动电路，FA 为瞬时动作的过流保护。全桥 DC/DC 变换脉宽调制器控制器 UPW 采用美国硅通用公司（Silic

13、on General ）的第二代产品 SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM 控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏2NMCL31 组件3NMCL22 组件4MEL03A 组件5双踪示波器(自备)五实验方法1UPW 模块的 SG3525 性能测试（1）用示波器观察 UPW 模块的“1”端的电压波形，记录波形的周期、幅度。（2）用示波器观察“2”端的电压波形，调节RP 电位器，使方波的占空比为 50%。2（3）用导线将给定模块“G”的“1”和“UPW”的“3”相连，分别调节正负给定，

14、记录“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。2控制电路的测试（1）逻辑延时时间的测试在上述实验的基础上，分别将正、负给定均调到零，用示波器观察 “DLD”的“1”和“2”端的输出波形，并记录延时时间 t =d（2）同一桥臂上下管子驱动信号列区时间测试分别将“隔离驱动”的G和主回路的G相连，用双踪示波器分别测量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4. 的列区时间：GSttdVT1.VT2=dVT3.VT4=7 3DC/DC 波形观察按图 21 接线。（1）波形的测试a将正、负给定均调到零，交流电压开关合向 AC200V，合上主控制屏电源开关。b调节正给定，观察电阻负载上的波

15、形。c调节给定值的大小，观察占空比的大小的变化。六实验报告根据实验数据，列出 SG3525 的各项性能参数、逻辑延时时间、同一桥臂驱动信号死区时间、起动限流继电器吸合时的直流电压值等。七思考题1为了防止上、下桥臂的直通，有人把上、下桥臂驱动信号死区时间调得很大，这样做行不行，为什么？您认为死区时间长短由哪些参数决定？2与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相对比，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统的特点。图 2-1 全桥 DC/DC 变换电路8 实验三 单相交直交变频电路（纯电阻）一实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式 PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交

16、变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系。二实验内容1测量 SPWM 波形产生过程中的各点波形。2观察变频电路驱动电机时的输出波形。3观察电机工作情况。三实验设备和仪器1电力电子及电气传动主控制屏2NMCL-22 组件3MEL-03A 组件4双踪示波器（自备）5万用表（自备）四实验方法1SPWM 波形的观察（1） 观察“SPWM 波形发生”电路输出的正弦信号 Ur 波形 2 端与（UPW 脉宽调制器 4 脚）地端，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。（2） 观察三角形载波 Uc 的波形 1 端与（UPW 脉宽调制器

17、4 脚）地端，测出其频率，并观察Uc 和 Ur 的对应关系。（3） 观察经过三角波和正弦波比较后得到的 SPWM 波形 3 端与（UPW 脉宽调制器 4 脚）地端。2逻辑延时时间的测试将“SPWM 波形发生”电路的 3 端与DLD的 1 端相连，用双踪示波器同时观察DLD的 1 和 2端波形，并记录延时时间 Td.。3同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试用双踪示波器分别同时测量 G1、E1 和 G2 、E2， G3 、E3 和 G4 、E2 的死区时间。4不同负载时波形的观察按图 3-1 接线，先断开控制屏主电源。将三相电源的 U、V、W 接主电路的相应处，将主电路的 1、3 端相连，（1）当

18、负载为电阻时（6、7 端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波 Ur 的频率可调范围内，改变 Ur 的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。（2）当负载为电阻电感时（6、8 端相联，9 端和 7 端接一电阻），观察负载电压和负载电流的波形。5测试在不同的载波比的情况下，逆变波形的的变化。9 五思考题1了解电感 L 和电容 C 在逆变电路中的作用。2在变频电路中，了解调制度和载波比的计算。图 3-1 单相交直交变频电路13G1G3UVWVT1VD1VD2VD3VD4VT357+E1E3LCG2G4VT2VT4924图5-19图 3-1 单相交直交变频电路10

19、实验四 直流斩波电路(设计性)的性能研究一实验目的熟悉六种斩波电路（buck chopper 、boost chopper 、buck-boost chopper 、cuk chopper 、sepicchopper、 zeta chopper) 的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。二实验内容1SG3525 芯片的调试。2斩波电路的连接。3斩波电路的波形观察及电压测试。三实验设备及仪器1电力电子教学试验台主控制屏2NMCL-22 组件3双踪示波器4万用表四实验方法按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。1SG3525 性能测试先按下开关 S1（1）

20、锯齿波周期与幅值测量(分开关 s2、s3、s4 合上与断开多种情况）。测量“1”端。（2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。2buck chopper（1）连接电路。将 UPW(脉宽调制器)的输出端 2 端接到斩波电路中 IGBT 管 VT 的 G 端，分别将斩波电路的 1与 3，4 与 12，12 与 5，6 与 14，15 与 13，13 与 2 相连，照面板上的电路图接成 buck chopper 斩波器。（2）观察负载电压波形。经检查电路无误后，按下开关 s1、s8，用示波器观察 VD1 两端 12、13 孔之间电压，调节 upw的电位器 rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形（3）观察负载电流波形。用示波器观察并记录负载电阻 R4 两端波形（4）改变脉冲信号周期。在