电力电子技术创新实践教程135

电力电子技术创新实践教程绪论一1.1电力电子技术的概念1.基本概念

所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术中所变换的“电力”有区别于“电力系统”所指的“电力”，后者特指电力网的“电力”，前者则更一般些。

电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。1.1电力电子技术的概念

电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。变流技术则是电力电子技术的核心。电力变换的种类如表1-1所示。表1-1电力变换的种类

输入

输出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流直流斩波

交流（AC）交流电力控制变频、变相逆变1.1电力电子技术的概念2.电力电子学描述电子电子学的倒三角形图示如图1.1-1所示。图1.1-1描述电力电子学的倒三角形美国学者W.Newell认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。1.1电力电子技术的概念

在我国，电力电子与电力传动是电气工程的一个二级学科。图1.1-2用两个三角形对电气工程进行了描述。其中大三角形描述了电气工程一级学科和其他学科的关系，小三角形则描述了电气工程一级学科内各二级学科的关系。图1.1-2电气工程的双三角形描述1.1电力电子技术的概念

3.电力电子技术和控制理论

控制理论广泛用于电力电子技术中，它使电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求。电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实现这种接口的一条强有力的纽带。另外，控制理论是自动化技术的理论基础，二者密不可分，而电力电子装置则是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。1.2电力电子技术的发展概况电力电子技术的发展史如图1.2-1所示图1.2-1电力电子技术的发展史1.3电力电子技术的应用1.一般工业2.交通运输3.电力系统4.家用电器

5.其它电力电子技术创新实践教程电力电子基础篇二2.1电力电子器件概述2.1.1电力电子器件的概念电力电子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。2.1电力电子器件概述2.1.2电力电子器件的特征电力电子器件的功率损耗分通态损耗，断态损耗，开关损耗三类，开关损耗分成开通损耗，断开损耗两部分。通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素2.1电力电子器件概述2.1.3电力电子器件的分类

1．按照能够被控制电路信号所控制的程度半控型器件全控型器件不可控器件2．按照驱动信号的性质电流驱动型电压驱动型脉冲触发型电平控制型3．按照载流子参与导电的情况单极型器件双极型器件复合型器件2.2不可控器件――电力二极管2.2.1PN结与电力二极管的工作原理二极管的基本原理——PN结的单向导电性。当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF，这就是PN结的正向导通状态。当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，PN结仍可恢复原来的状态。否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。2.2不可控器件――电力二极管2.2.2电力二极管的基本特性静态特性：主要是指其伏安特性，如图2-1所示。图2-1电力二极管的伏安特性2.2不可控器件――电力二极管2.2.2电力二极管的基本特性动态特性：因为结电容的存在，电压—电流特性是随时间变化的，这就是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性，如图2-2所示。图2-2电力二极管的动态过程波形a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置2.2不可控器件――电力二极管2.2.3电力二极管的主要参数

正向平均电流IF(AV)

正向压降UF

反向重复峰值电压URRM

最高工作结温TJM

反向恢复时间trr

浪涌电流IFSM2.2不可控器件――电力二极管2.2.4电力二极管的主要类型普通二极管（GeneralPurposeDiode）肖特基二极管快恢复外延二极管

2.3半控型器件――晶闸管2.2.4电力二极管的主要类型晶闸管的工作原理如图2-3所示图2-3晶闸管的双晶体管模型及其工作原理（a）双晶体管模型（b）工作原理2.3半控型器件――晶闸管晶体管的特性是：在低发射极电流下

是很小的，而当发射极电流建立起来之后，

迅速增大。在晶体管阻断状态下，IG=0，而

1+

2是很小的。

注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致

1+

2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，从而实现器件饱和导通。由于外电路负载的限制，IA实际上会维持有限值2.3半控型器件――晶闸管晶闸管的静态特性

正常工作时的特性

：当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通

。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通

。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通

。若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。2.3半控型器件――晶闸管晶闸管的伏安特性如图2-4所示。图2-4晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG正向特性反向特性2.3半控型器件――晶闸管晶闸管的动态特性如图2-5所示图2-5晶闸管的开通和关断过程波形开通过程关断过程2.3半控型器件――晶闸管晶闸管的主要参数电压定额断态重复峰值电压UDRM反向重复峰值电压URRM峰值电压通态（峰值）电压UT电流定额通态平均电流IT(AV）维持电流IH擎住电流IL浪涌电流ITSM2.4典型全控型器件2.4.1门极可关断晶闸管GTO的结构和工作原理如图2-6和2-7所示。图2-6GTO的内部结构和电气图形符号；（a）各单元的阴极、门极间隔排列的图形

（b）

并联单元结构断面示意图

（c）电气图形符号图2-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理（a）双晶体管模型

（b）

工作原理2.4典型全控型器件2.4.2电力晶体管GTR的结构和工作原理如图2-8所示图2-8GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动a)内部结构断面示意图b)电气图形符号c)内部载流子的流动2.4典型全控型器件GTR的基本特性静态特性如图2-9所示图2-9共发射极接法时GTR的输出特性动态特性如图2-10所示图2-10GTR的开通和关断过程电流波形2.4典型全控型器件2.4.3电力场效应晶体管电力MOSFET的基本特性如图2-11所示图2-11电力MOSFET的转移特性和输出特性a)转移特性b)输出特性2.4典型全控型器件2.4.3电力场效应晶体管动态特性如图2-12所示图2-12电力MOSFET的开关过程a)测试电路b)开关过程波形电力MOSFET的主要参数:跨导Gfs、开启电压UT以及开关过程中的各时间参数。漏极电压UDS，标称电力MOSFET电压定额的参数。

漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM。标称电力MOSFET电流定额的参数。

栅源电压UGS

：栅源之间的绝缘层很薄，

UGS

>20V将导致绝缘层击穿。极间电容：CGS、CGD和CDS。

漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。

2.4典型全控型器件2.5其他新型电力电子器件（IGBT等）绝缘栅双极晶体管MOS控制晶闸管MCT静电感应晶体管SIT静电感应晶闸管SITH集成门极换流晶闸管IGCT基于宽禁带半导体材料的电力电子器件

功率集成电路与集成电力电子模块电力电子技术创新实践教程电力电子电能变换实验三3.1三相半波可控整流电路实验1.实验目的了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作情况2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件如表3-1所示表3-1实验所需挂件及附件3.1三相半波可控整流电路实验3.实验线路及原理(1)三相半波可控整流电路图3-1三相半波可控整流电路实验原理图3.1三相半波可控整流电路实验3.实验线路及原理(2)同步信号移相电路图3-2同步信号移相电路3.1三相半波可控整流电路实验3.实验线路及原理(3)移相控制电压引入电路图3-4移相控制电压引入电路

3.1三相半波可控整流电路实验(4)晶闸管信号形成电路晶闸管信号形成电路如图3-5所示图3-5晶闸管信号形成电路3.1三相半波可控整流电路实验(5)晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路如图3-6所示图3-6晶闸管驱动电路3.1三相半波可控整流电路实验4.实验内容(1)研究三相半波可控整流电路带电阻性负载。(2)研究三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。5.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。6.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改变吗？(2)根据所用晶闸管的定额，如何确定整流电路的最大输出电流？3.1三相半波可控整流电路实验7.实验方法（1）三相半波可控整流电路带电阻性负载（2）三相半波整流带电阻电感性负载3.2三相半波有源逆变电路实验1.实验目的研究三相半波有源逆变电路的工作，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件如表3-4所示表3-4实验所需挂件及附件序号型

号备

注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“正反桥功放”等几个模块。3HKDT04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”等模块4HKDT06电机调速控制实验I该挂件包含“给定”等模块。5HKDT12变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6HK27-2三相可调电阻该挂件包含“10-900Ω磁盘电阻”。7双踪示波器自备8万用表自备3.2三相半波有源逆变电路实验3.实验线路及原理(1)单相全波电路的整流和逆变电路及输出电压电流波形如图3-7所示uuua)b)u10udu20u10aOOwtIdidUd>

EM10ud2010OOIdidUd<

aVT1VT2VT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1iiiwtwtwt图3-7单相全波电路的整流和逆变3.2三相半波有源逆变电路实验3.实验线路及原理(2)三相半波有源逆变电路实验原理如图3-9所示图3-9三相半波有源逆变电路实验原理图3.2三相半波有源逆变电路实验4.实验内容三相半波整流电路在整流状态工作下带电阻电感性负载的研究。5.思考题(1)在不同工作状态时可控整流电路的工作波形。(2)可控整流电路在β＝60o和β＝90o时输出电压有何差异？3.3三相桥式全控整流及有源逆变电路实验1.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。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件如表3-6所示。序号型号备注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“正反桥功放”等几个模块。3HKDT04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”等模块4HKDT06给定及实验器件该挂件包含“给定”等几个模块。5HKDT12变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6HK27-2三相可调电阻该挂件包含“10-900Ω磁盘电阻”。7双踪示波器自备8万用表自备表3-6实验所需挂件及附件3.3三相桥式全控整流及有源逆变电路实验3.实验线路及原理实验线路如图3-10及图3-11所示图3-10三相桥式全控整流电路实验原理图图3-11

三相桥式有源逆变电路实验原理图4.实验内容3.3三相桥式全控整流及有源逆变电路实验(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6.思考题(1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?在本实验中主电路三相电源的相序可任意设定吗?(2)在本实验的整流及逆变时，对α角有什么要求?为什么?3.4单相交流调压电路实验1.实验目的(1)加深理解单相交流调压电路的工作原理。(2)加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。(3)了解TCA785晶闸管移相触发器的原理和应用。2.实验所需挂件及附件表3-10实验所需挂件及附件序号型

号备注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3HKDT05晶闸管触发电路该挂件包含“单相晶闸管触发电路”等模块。4HK27-2三相可调电阻该挂件包含“10-900Ω磁盘电阻”。5HK23智能数字交流电压表该挂件包含“交流电压表”。6HK24智能数字交流电流表该挂件包含“交流电流表”。7双踪示波器自备8万用表自备3.4单相交流调压电路实验3.实验线路及原理单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-20所示图3-20单相交流调压主电路原理图3.4单相交流调压电路实验4.实验内容(1)TCA785集成移相触发电路的调试TCA785锯齿波移相触发电路原理图如图3-24所示图3-24TCA785锯齿波移相触发电路原理图3.4单相交流调压电路实验图3-25TCA785各点波形图各点波形如图3-25所示3.4单相交流调压电路实验(2)单相交流调压电路带电阻性负载图3-26单相交流调压电路带电阻性负载电路(3)单相交流调压电路带电阻电感性负载VT1图3-27单相交流调压电路带阻感性负载电路图3.4单相交流调压电路实验6.思考题(1)交流调压在带电感性负载时可能会出现什么现象?为什么?如何解决?(2)交流调压有哪些控制方式?有哪些应用场合?3.5单相整流及有源逆变电路实验1.实验目的(1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。(2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。(3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。(4)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。3.5单相整流及有源逆变电路实验2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件如表3-12表3-12实验所需挂件及附件序号型号备注1HKDT-01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。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3HKDT05晶闸管触发电路该挂件包含“TCA785同步触发电路”模块。4HK27-2三相可调电阻该挂件包含“10-900Ω磁盘电阻”。6双踪示波器自备7万用表自备3.5单相整流及有源逆变电路实验单相桥式整流带电阻电感性负载如图3-30所示图3-30单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形3.5单相整流及有源逆变电路实验单相桥式有源逆变原理图如3-31所示uuua)b)u10udu20u10aOOwtIdidUd>

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aVT1VT2VT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1iiiwtwtwt图3-31单相全波电路的整流和逆变3.5单相整流及有源逆变电路实验4.实验内容(1)单相桥式全控整流电路带电阻电感负载(2)单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载(3)有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。6.思考题实现有源逆变的条件是什么?在本实验中是如何保证能满足这些条件?3.6直流斩波电路的性能研究1.实验目的(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。(3)了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件见表3-15。3.5单相整流及有源逆变电路实验表3-15实验所需挂件及附件序号型

号备

注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT07直流斩波电路

3HK27三相可调电阻该挂件包含“900Ω磁盘电阻”。4HK22-1智能数字直流电压、电流表5慢扫描示波器自备6万用表自备3.5单相整流及有源逆变电路实验3.实验线路及原理(1)主电路降压斩波电路(BuckChopper)降压斩波电路(BuckChopper)的原理图及工作波形如图3-34所示3.5单相整流及有源逆变电路实验升压斩波电路(BoostChopper)升压斩波电路(BoostChopper)的原理图及工作波形如图3-35所示3.5单相整流及有源逆变电路实验升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)的原理图及工作波形如图3-36所示3.5单相整流及有源逆变电路实验Cuk斩波电路Cuk斩波电路的原理图如图3-37所示Sepic斩波电路Sepic斩波电路的原理图如图3-38所示3.5单相整流及有源逆变电路实验4.实验内容(1)控制与驱动电路的测试(2)六种直流斩波器的测试5.思考题(1)直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？(2)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行观测？两测量处不共地，在测量时容易将两处通过示波器的探头短路。而解决这个问题的办法是：1.使用两台示波器3.使用通道隔离的示波器电力电子技术创新实践教程电力电子线路的运动控制四4.1直流电机单闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)1.实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件如表4-1所示表4-1实验所需挂件及附件序号型

号备

注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“电感”,“正反桥功放”等几个模块。3HKDT04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”4HKDT06电机调速挂箱该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。5HKDQ-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表

6HKDJ-03直流并励电动机

7HK27三相可调电阻该挂件包含“900Ω磁盘电阻”。8HKDT38单相交流调功与电压隔离器电压隔离器模块9数字存储示波器自备10万用表自备4.1直流电机单闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)3.实验线路及原理在单闭环系统中，转速单闭环使用较多，其原理图如图4-1所示4.1直流电机单闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)电流单闭环系统原理图如图4-2所示4.1直流电机单闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)电压单闭环系统原理如图4-3所示4.1直流电机单闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)4.实验内容(1)HKDT06上的基本单元的调试。(2)Uct不变时直流电动机开环特性的测定。(3)Ud不变时直流电动机开环特性的测定。(4)转速单闭环直流调速系统。(5)电流单闭环直流调速系统。(6)电压单闭环直流调速系统。4.2直流电机双闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)1.实验目的(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件见表4-8所示。4.2直流电机双闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)表4-8实验所需挂件及附件序号型

号备

注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“电感”,“正反桥功放”等几个模块。3HKDT04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”4HKDT06电机调速挂箱该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。5HKDQ-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表

6HKDJ-03直流并励电动机

7HK27三相可调电阻该挂件包含“10-900Ω磁盘电阻”。8数字存储示波器自备9万用表自备4.2直流电机双闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)3.实验线路及原理双闭环直流调速系统原理框图如图4-6所示4.2直流电机双闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)4.实验内容(1)各控制单元调试。(2)测定电流反馈系数β、转速反馈系数α。(3)测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f(Id)。(4)闭环控制特性n=f(Ug)的测定。(5)观察、记录系统动态波形。4.2直流电机双闭环不可逆直流调速系统设计(SCR)6.思考题(1)为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI调节器?(2)转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象?(3)双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变?哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化?4.3双闭环三相异步电机调压调速系统实验1.实验目的(1)了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的原理及组成。(2)了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的机械特性。(3)通过测定系统的静态特性和动态特性，进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件见表4-14所示。4.3双闭环三相异步电机调压调速系统实验表4-14实验所需挂件及附件序号型号备

注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“电感”,“正反桥功放”等几个模块。3HKDT04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”4HKDT06电机调速控制实验I该挂件包含“给定”、“调节器I”、“调节器II”、“转速变换”、“电流反馈与过流保护”等几个模块。5HKDQ-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表

6HKDJ-03直流并励电动机

7HK17-1三相线绕式异步电动机

8DJ-06线绕式异步电机转子专用箱

9HK2三相可调电阻该挂件包含“900Ω磁盘电阻”。10慢扫描示波器自备11万用表自备4.3双闭环三相异步电机调压调速系统实验3.实验线路及原理双闭环三相异步电机调压调速系统原理框图如图4-7所示，其中三相交流调压主电路如图4-8所示，整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环4.3双闭环三相异步电机调压调速系统实验4.3双闭环三相异步电机调压调速系统实验4.实验内容(1)测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性。(2)测定双闭环交流调压调速系统的静态特性。(3)测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。6.思考题(1)在本实验中，三相绕线式异步电机转子回路串接电阻的目的是什么?不串电阻能否正常运行?(2)为什么交流调压调速系统不宜用于长期处于低速运行的生产机械和大功率设备上?4.4双闭环三相异步电机串极调速系统实验1.实验目的(1)熟悉双闭环三相异步电机串级调速系统的组成及工作原理。(2)掌握串级调速系统的调试步骤及方法。(3)了解串级调速系统的静态与动态特性。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件见表4-19。4.4双闭环三相异步电机串极调速系统实验表4-19实验所需挂件及附件序号型号备

注1HKDT-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“电感”,“正反桥功放”等几个模块。3HKDT04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”4HKDT06电机调速控制实验I该挂件包含“给定”、“调节器I”、“调节器II”、“转速变换”、“电流反馈与过流保护”等几个模块。5HKDT12变压器实验该挂件包含“三相不控整流”和“心式变压器”等模块。6HKDQ-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表

7HKDJ-03直流并励电动机

8HK17-1三相线绕式异步电动机

9HK27三相可调电阻该挂件包含“900Ω磁盘电阻”。10慢扫描示波器自备11万用表自备12HK31波形测试及开关板使用切换开关，在加载回路中用于突加载/卸载4.4双闭环三相异步电机串极调速系统实验3.实验线路及原理绕线转子异步电动机电气串级调速系统原理图如图4-9所示。4.4双闭环三相异步电机串极调速系统实验绕线式异步电动机串级调速系统原理如图4-10所示4.4双闭环三相异步电机串极调速系统实验4.实验内容(1)控制单元及系统调试。(2)测定开环串级调速系统的静态特性。(3)测定双闭环串级调速系统的静态特性。(4)测定双闭环串级调速系统的动态特性。6.思考题(1)如果逆变装置的控制角β＞90°或β＜30°，则主电路会出现什么现象?为什么要对逆变角β的调节范围作一定的要求?(2)串级调速系统的开环机械特性为什么比电动机本身的固有特性软?电力电子技术创新实践教程电力电子技术实践应用五5.1直流软开关电源的设计与调试1.移相式ZVZCSPWM软开关电源主电路分析(1)基本工作原理直流软开关电源电路如图5-1所示5.1直流软开关电源的设计与调试采用超快恢复二极管阻断原边反向电流方式的移相式ZVZCSPWM全桥变换器拓扑的理想工作波形如图5-2所示5.1直流软开关电源的设计与调试2

.基于UC3875的主控制回路设计为了实现主回路开关管ZVZCS软开关，采用UC3875为其设计了PWM移相控制电路，如图5-3所示5.2正弦波逆变器的设计与调试1.实验目的(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。(2)熟悉XR2206的功能。(3)掌握SPWM波产生的基理。(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。2.实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件见5-1所示。5.2正弦波逆变器的设计与调试表5-1实验所需挂件及附件序号型

号备

注1HKDT01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块2HKDT08给定及实验器件该挂件包含“二极管”等模块3HKDT03晶闸管主电路该挂件包含“电感”等几个模块。4HKDT14单相交直交变频原理

5双踪示波器自备6万用表自备5.2正弦波逆变器的设计与调试3.实验线路及原理(1)主电路部分如图5-10所示,交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出

。本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载。5.2正弦波逆变器的设计与调试(2)驱动电路如图5-11（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用隔离驱动芯片TLP250，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管，采用ZD1稳压管稳压产生E极参考使得G极可输出正电压控制IGBT导通，负电压控制IGBT关断5.2正弦波逆变器的设计与调试(3)控制电路控制电路结构框图如图5-14所示5.2正弦波逆变器的设计与调试（4）单相桥式SPWM变频电路的工作原理单相桥式SPWM变频主电路如图5-15所示5.2正弦波逆变器的设计与调试4.实验内容(1)控制信号的观测。(2)带电阻及电阻电感性负载。对比负载为电阻以及负载为阻感时，串接电感后电容两端电压正弦波波形中纹波更小，同时提高控制信号的SPWM波形的频率，将会降低电容两端所得到的正弦波纹波大小，同时对比三角载波频率高低的情况，可以发现当三角载波频率增加时，电容两端正弦波形幅值减小，但不影响输出正弦波形的波形频率对比负载为电阻以及负载为阻感两种情况，由于RLC二阶电路对于高次谐波有更好的抑制效果，因此会抑制纹波信号；同时提高SPWM波信号的频率，输出波形与正弦波更加接近，与理论分析一致。5.2正弦波逆变器的设计与调试5.思考题(1)为了使输出波形尽可能地接近正弦波，可采取什么措施？加快三角载波的频率，选用开通关断速度更快的电力电子器件。(2)调制波可否采用三角波？不可，调制波决定PWM变化的波形，如果调制波为三角波，则产生的PWM波形不随正弦波变化脉宽，使得最终输出交流电波形更接近三角波。(3)分析开关死区时间对输出的影响。5.3直流电机调速器的设计与调试1.实验目的(1)熟悉直流电机调速器原理及电路组成。(2)熟悉PWM调制的方法。(3)分析直流电机调速器运行波形，并研究工作频率和占空比对电路工作波形与电机转速的影响。5.3直流电机调速器的设计与调试2.直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制原理图及输入输出电压波形如图5-17、图5-18所示5.3直流电机调速器的设计与调试5.3直流电机调速器的设计与调试3.H型PWM变换电路主电路主电路为H型PWM变换电路，硬件电路如图5-19所示5.4太阳能控制器的设计与调试太阳能电池是一种利用光伏效应把光能转换为电能的器件，它主要是由硅半导体材料构成，当太阳光照射到半导体P-N结时，会在P-N结两边产生电压，当外电路导通时，使P-N结短路就会产生电流，这个电流随着光的强度增大而增大，当接受的光的强度一定时，就可以由太阳能电池在光伏系统中负载的匹配特性决定系统的工作特性，并且太阳能电池可以看成恒流源。

在I-V曲线上总可以找到一个工作点，此点处的输出功率最大，此点就是最大功率点（MPPT）。MPPT所对应的电流为最佳工作电流，电压为最佳工作电压，功率为最大输出功率，光伏电池不工作于最大功率点时，其效率都低于按此定义的效率值，甚至会低到零。原则上讲，可对输出功率求导使其为0，即可得到该电池的最佳工作点，从而求出最大输出功率。但要求出其解析解，几乎不可能。因为它受太阳能电池内部等效的串、并联电阻的影响。其等效电路如图5-20所示。5.4太阳能控制器的设计与调试5.4太阳能控制器的设计与调试1.锂离子电池充电方式图5-21为3.7V锂电池常规充电方法充电过程示意图5.4太阳能控制器的设计与调试2.太阳能充电器硬件设计2.1系统总体设计方案本系统总体设计方案如图5-22所示，通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，由单片机编程调节PWM波形的占空比来控制开关管关断，从而实现输出电压电流的改变。通过显示电路显示电路状态，由ADC0809和MAX472实现数据的采集及转换并传给单片机做判断处理，最终实现电路的智能输出与控制。5.1直流软开关电源的设计与调试2.2单片机电路本系统设计引脚接线如图5-23所示5.4太阳能控制器的设计与调试2.3LM7805应用及控制器电源电路图5-24是三端稳压集成电路LM7805的典型应用电路5.4太阳能控制器的设计与调试2.4充电电路2.4.1DC-DC变流电路2.4.2Buck斩波电路5.5机器人用伺服驱动器的设计调试变速驱动器广泛用于各种应用，包括机器人和计算机数控(CNC)机器。安全一直以来都是大家非常关注的问题，因为无论什么时候，这些与人类息息相关的系统都会涉及到保持和运动控制。变速驱动器特性要求：实施符合EN61800-5-2规定要求的安全制动控制；保持制动器额定电压24V、电流高达2A，可通过独立控制信号进行控制；双路开关控制提高操作安全性；自诊断功能涵盖开路检测和过流保护；高侧开关故障检测；通过快速减小保持制动器电流，快速应用保持制动器；可选择减小保持制动器输出电压，从而降低功耗。应用包括：伺服驱动器、机器人和CNC，制动闸控制器。5.5机器人用伺服驱动器的设计调试1.系统方框图

伺服驱动器的系统方框图如图5-30所示5.5机器人用伺服驱动器的设计调试2.系统原理(1)直流电压输入本设计适用于在24V(+15)的直流电压下运行。电路板上有两个独立的连接器，用于为初级侧和次级侧提供24V电源。J1是为初级侧提供24V直流电压的输入连接器。直流电压可在连接器J2处施加到本参