电力电子技术实验指导书

《电力电子技术》试验指导书信息学院张萍编写试验一直流斩波电路的性能争论试验二三相半波可控整流试验试验三单相沟通调压试验22试验一直流斩波电路的性能争论〔六种典型线路〕一、试验目的生疏直流斩波电路的工作原理。生疏各种直流斩波电路的组成及其工作特点。序号12345序号123456型号备注DJK01电源掌握屏DJK09单相调压与可调负载DJK20直流斩波电路该掌握屏包含“三相电源输出”等几个模块。D42三相可调电阻慢扫描示波器万用表自备自备三、试验线路及原理1、主电路①、降压斩波电路(BuckChopper)降压斩波电路(BuckChopper)4-12所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。D4-12bVUGEV处于通态时，电源Ui向i负载供电，UD=U。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UDi完毕，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

近似为零，至一个周期TU ton

U onU aUto t tton

i T i ioffitonV处于通态的时间，toffV处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为U，假设减小占空比α，itonTUittonTUitofftttUGECECE+ L1VGDUD-C1RUDUi Uo- - UO电路图 (b)波形图4-12降压斩波电路的原理图及波形②、升压斩波电路(BoostChopper)升压斩波电路(BoostChopper)4-13所示。电路也使用一个全控型器件V4-13bVUGEVUiL1充电，充电电流根本恒定为I1,同时电容C1C1UOV处于通态的时间为t ，此阶段电感L上积蓄的能量为UIt 。当V处于断态时U和L

共同向电on 1 i1on i 1off1OioC1V处于断态的时间为toff1Oi

L

释放的能量为(U

-U)It 。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L

积蓄的能量与释放的能量相等，即：1on

1UiI1ton=(UO-Ui)I1tofftU onotoff

off

U T Ui t ioff上式中的T/t ≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。offI1I1L-1CUUiDD+GVC1RE-

UGEttt+ tttUoUO-电路图 (b)波形图4-13升压斩波电路的原理图及波形③、升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)t 升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)4-14VUiVL1C1维持输出电压UO根本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感L1中贮存的能量向负载释放。可见,t U tonU on U Uo t i Tt i 1a off onttt假设转变导通比α0<α<1/2tttUGEUCVEUCVE-U+DiGL1DC1RUo- +UO电路图 4-14升降压斩波电路的原理图及波形④、Cuk斩波电路Cuk4-15V处于通态时，Ui—L1—VR—L2—C2—VV处于断态时，Ui—L1—C2—D回路和负载R—L2—D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：t t aU onUo t ioff

on UTt on

U1a i假设转变导通比α0<α<1/21/2<α<1UiUiL1CGVC2DL23C1REUo- +104-15Cuk斩波电路原理图⑤、Sepic斩波电路2Sepic斩波电路的原理图如图4-16所示。电路的根本工作原理是：可控开关V处于通态时，Ui—L1—VC2—V—L2回路同时导电，L1L2V处于断态时，Ui—L1—C2—D—R回路及L2—D—R回路同时导电，此阶段UiL1R供电，同时也向C2充电，C2贮存的能量在V处于通态时向L转移。输出电压为：2t t aU onUo t ioff

on UTt on

1aUi假设转变导通比α0<α<1/21/2<α<1UiUiL1CC2DGVL2C1REUo- -图4-16 Sepic斩波电路原理图⑥、Zeta斩波电路Zeta4-17所示。电路的根本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电UiVL1V处于断态后，L1DC2构成振荡回路，其贮存的能量转至C，至振荡回路电流过零，L

上的能量全部转移至C

上之后，D关断，C经LR供电。输2 a1

2 2 2出电压为：

U Uo 1a i+ C E +Ui V G C2L1

L2D C1

R Uo- -图4-17 Zeta斩波电路原理图假设转变导通比α0<α<1/21/2<α<12、掌握与驱动电路掌握电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国SiliconGeneral公司生产的专用PWM掌握集成电路，其内部电路构造及各引脚功能如图4-18所示，它承受恒频脉宽调制掌握方案，内部包含有周密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调整Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波〔即PWM信号。它适用于各开关电源、斩波器的掌握。具体的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。4-18SG3525四、试验内容掌握与驱动电路的测试六种直流斩波器的测试五、思考题直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些构造形式和主要元器件？为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进展观测？六、试验方法1、掌握与驱动电路的测试启动试验装置电源，开启DJK20掌握电路电源开关。PWM脉宽调整电位器转变Ur，用双踪示波器分别观测SG35251114脚的波形，观测输出PWM信号的变化状况，并填入下表。Ur(V)11(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。观测点波形类型幅值A(V)f(Hz)

A(11脚) B(14脚) PWM1114脚的输出波形，调整PWM脉宽调整电位器，观测两路输出的PWM信号，测出两路信号的相位差，并测出两路PWM信号之间最小的“死区”时间。2、直流斩波器的测试(使用一个探头观测波形)斩波电路的输入直流电压Ui由三相调压器输出的单相沟通电经DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通沟通电源，观测Ui波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输出最大值50V，输入沟通电压的大小由调压器调整输出)。按以下试验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进展测试。切断电源，依据DJK20上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波试验线路，并接上电阻负载，负载电流最大值限制在200mAV-V-”分别接至V的G和E端。检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和掌握电路的电源。用示波器观测PWMUGEUCE的电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压UD的波形，留意各波形间的相位关系。调整PWM脉宽调整电位器转变Ur，观测在不同占空比(α)时，记录U、U 和α的数值于i O下表中，从而画出UO=f(α)的关系曲线。Ur(V)占空比α(%)Ui(V)Uo(V)

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5七、试验报告4-20中产生PWM信号的工作原理。整理各组试验数据绘制各直流斩波电路的Ui/UO-α曲线，并作比较与分析。(3)争论、分析试验中消灭的各种现象。八、留意事项在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成短路。用示波器两探头同时观测两处波形时，要留意共地问题，否则会造成短路，在观测高压时应10倍，在做直流斩波器测试试验时，最好使用一个探头。试验二三相半波可控整流电路试验一、试验目的了解三相半波可控整流电路的工作原理，争论可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作状况。二、试验所需挂件及附件序号序号1234567型DJK01电源掌握屏号备注该掌握屏包含“三相电源输出”等几个模块。DJK02晶闸管主电路DJK02-1DJK06给定及试验器件该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。该挂件包含“给定”等模块。D42三相可调电阻双踪示波器万用表自备自备三、试验线路及原理三相半波可控整流电路用了三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输出功率大。缺乏之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率3-10中晶闸管用DJK02正桥组的三个，电阻RD42900Ω接成并联形式，L电感用DJK02700mHDJK02-1d给定电压接到U端即可。直流电压、电流表由DJK02ct3-10三相半波可控整流电路试验原理图四、试验内容争论三相半波可控整流电路带电阻性负载。争论三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。五、预习要求阅读电力电子技术教材中有关三相半波整流电路的内容。六、思考题(1)如何确定三相触发脉冲的相序，主电路输出的三相相序能任意转变吗？(2)依据所用晶闸管的定额，如何确定整流电路的最大输出电流？七、试验方法(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①翻开DJK01总电源开关，操作“电源掌握屏”上的“三相电网电压指示”开关，观看输入的三相电网电压是否平衡。②将DJK01“电源掌握屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三一样步信号输出”端和DJK02-1“三一样步信号输入”端相连,翻开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。④观看A、B、C三相的锯齿波，并调整A、B、C三相锯齿波斜率调整电位器〔在各观测孔左侧〕，使三相锯齿波斜率尽可能全都。⑤将DJK06上的“给定”输出UDJK02-1上的移相掌握电压USg ct 2位置〔即U=0〕，调整DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观看A一样步电压信号和“双脉ct冲观看孔”VT1的输出波形，使α=150°(留意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°0°移相角表示从同步信号过零点开头计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。⑥适当增加给定UDJK02-1上“脉冲观看孔”的波形，此时应观测到单窄脉g冲和双窄脉冲。⑦用8DJK02-1发脉冲加到正反桥功放的输入端。DJK02-1U端接地，用20DJK02-1lf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VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。(2)三相半波可控整流电路带电阻性负载按图3-10接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，DJK06上的“给定”从零开头，渐渐增加移相电压，使α能从30°到180°范围内调整，用示波器观看并纪录三相电路中α=30°、60°、90°、120°、150°时整流输出电压U和晶闸管两端电压U的波形，并纪录相应的电源电压d VTUU2 dαU2U〔记录值〕d

30° 60°

90° 120° 150°U/Ud 2U〔计算值〕d计算公式:U＝1.17Ucosα (0～30O)d 2U=0.675U[1+cos(a+)] (30o～150o)d 2 6(3)三相半波整流带电阻电感性负载DJK02700mHRα时Ud、Id的输出波形，并记录相应的电源电压U2Ud、Id值，画出α＝90o时的UdId波形图。αα30°60°90°120°U2U〔记录值〕dU/Ud 2U〔计算值〕d八、试验报告绘出当α＝90o时，整流电路供电给电阻性负载、电阻电感性负载时的Ud及Id的波形，并进展分析争论。九、留意事项可参考试验六的留意事项(1)、(2)。整流电路与三相电源连接时，肯定要留意相序，必需一一对应。试验三单相沟通调压电路试验一、试验目的加深理解单相沟通调压电路的工作原理。加深理解单相沟通调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。(3)了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。二、试验所需挂件及附件序号序号123456型号备注DJK01电源掌握屏DJK02晶闸管主电路DJK03-1晶闸管触发电路该掌握屏包含“三相电源输出”等几个模块。该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块。该挂件包含“单相调压触发电路”等模块。D42三相可调电阻双踪示波器万用表自备自备三、试验线路及原理本试验承受KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的沟通相位掌握，具有锯齿波线性好、移相范围宽、掌握方式简洁、易于集中掌握、有失交保护、输出电流大等优点。单相晶闸管沟通调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-15所示。图中电阻R用D42900ΩDJK02上的反桥元件，沟通电压、电流表由DJK01掌握屏上得到，电抗器Ld从DJK02上得到，用700mH。图3-15单相沟通调压主电路原理图四、试验内容KC05(2)单相沟通调压电路带电阻性负载。(3)单相沟通调压电路带电阻电感性负载。五、预习要求阅读电力电子技术教材中有关沟通调压的内容，把握沟通调压的工作原理。学习本教材1-3节中有关单相沟通调压触发电路的内容，了解KCO5晶闸管触发芯片的工作原理及在单相沟通调压电路中的应用。六、思考题沟通调压在带电感性负载时可能会消灭什么现象?为什么?如何解决?(2)沟通调压有哪些掌握方式?有哪些应用场合?七、试验方法(l)KCO5集成晶闸管移相触发电路调试DJK0200200V沟通电压接到DJK03220VDJK03“1”～“5”RP1，RP2，观看输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否到达170°，记录上述过程中观看到的各点电压波形。单相沟通调压带电阻性负载将DJKO2“G1“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观看负载电压、晶闸管两端电压U的波形。调整“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观看在不同α角时各点vT波形的变化，并记录α=30°、60°、90°、120°时的波形。单相沟通调压接