电力电子技术实验讲义

电力也子技术

实验指导书

福建工程学院

2010年11月

福建工程学院国脉信息学院电力乜子技术实验

目录

电力电子实验的基本要求及注意事项................................1

实验一锯齿波同步移相触发电路和单相桥式半控整流电路............3

实验二三相桥式全控整流电路实验...............................7

实验三单相交流调压电路研究...................................9

实验四直流斩波电路（设计性）的性能研究..........................11

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电力电子实验的基本要求及注意事项

（一）电力电子实验的重要性和基本要求

电力电子实验是《电力电子技术》课程理论与实践相结合的重要环节，由于电力电子技术的广泛应

用，其重要性愈加突出。目前，电力电子技术已成为一门基础性和支持性很强的学科。同时，由于电力电

子技术是一门实用性很强的技术，因此实验环节就显得很重要。甩力电子实验的目的就在于使学生理解和

掌握课堂上所学的基础理论、培养学生掌握基本的实验方法与操作技能，因此同学们在实验前一定要认真

复习电力电子技术的有关内容，提前对实验有一个全面的了解，诸如实验线路如何连接？实验有哪几个步

骤？要测量哪些波形、数据等。做了这些必要的准备工作后，就能在实验中做到心中有数，有的放矢。实

验结束后通过对所得到波形、数据的整理、分析和计算，得出必要的结论并和书本上的讲解相印证，最后

写出完整的实验报告。整个实验过程中必须严肃认真，集中精力，以严谭的科学态度做好实验，切实掌握

好电力电子技术这门课程。

一、实验前的准备

实验前应充分预习电力电子技术的相关试验内容，认真阅读《电力电子技术实验指导书》，了解实验

目的、内容、方法与步骤，并应写出预习报告，其中包括实验名称、实验线路图、实验步骤、数据计算公

式等。

二、实验的进行

1.每次实验以小组为单位，每组由3〜4人组成，并推选组长1人。组长负责组织实验的进行，合

理分配接线、调节、测量及记录等项工作。

2.实验接线前应首先熟悉试验台的各个组件。

3.接线时，主接线和控制线要区分开，导线长短选取要合适，最好任意一个接点不要多于两根导线,

并应尽量减少导线的相互交叉，樨高实验的安全性。

4.接线完毕后务必请实验指导教师检查线路，确认无误后方可合闸上电进行实验。若实验过程中需

改换接线，一定要断电操作，并经指导教师检查方可试验。

5.在实验操作过程中，如发生故障，首先应立即切断电源，并请指导教师检查分析故障原因，待故

障排除后再进行实验。

6.实验完毕后，应先将试验数据交指导教师审阅，经指导教师认可后才允许拆线，然后将实验设备、

导线及工具等整理归位。

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三、实验报告

实验报告应根据实验目的、实测数据及在实验中观察和发现的问题，经分析研究得出结论，或通过分

析讨论写出心得体会。实验报告应简明扼要，字迹清楚，图表整洁，结论明确，内容包括：

1.实验名称、专业班级、组别、姓名、同组同学姓名、实验日期。

2.扼要写出实验目的和实验项目。

3.绘出实验所用线路图。

4.整理实验中记录下的各个波形。

5.绘制曲线时必须使用坐标纸，图纸尺寸不应小于80X80（亳米X亳米），坐标比例应适当选取，

曲线要用曲线板光滑绘出，不在曲线上的点仍要按实际数据予以标出。

6.结论部分。根据实验结果进行计算分析，最后得出结论乃是由实践上升到理论的巩固提高过程，

是实验报告很重要的一部分。结论可以根据不同实验方法所得结果进行比较，讨论各种不同实验方法的优

缺点，说明实验结果与理论是否相符及原因分析，亦可写出通过实验的收获和心得体会。

实验报告应写在统一规格的实验报告纸上，并保持清洁整齐。每次实验每人独立完成实验报告一份，

按时交指导教师批阅。

（二）电力电子实验安全操作注意事项

电力电子实验所用电为强电，因此安全问题相当重要，为确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵

守实验室的安全操作规程，电力电子实验的安全操作注意事项如下：

一、人体不可接触带电线路或带电端子。

二、学生独立完成接线或改接线路后，必须经指导教师检查允许，招呼全组同学引起注意后，才可以

合上电源。实验中如发生故障，应首先立即切断电源，保护现场，并报告指导教师，待查清问题并妥善处

理故障后，才能继续进行实验。

三、决不允许带电进行改接线路。

四、示波器使川时，应注意不可同时测量主回路强电信号和控制回路的弱电信号。

五、使用万用表时，应注意交流、直流和电阻档的切换，同时要注意量程的选择，以防测量错误烧毁

万用表。

六、实验室总电源由实验室工作人员掌管，其它人员不得擅自乱动。

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实验一锯齿波同步移相触发电路和单相桥式半控整流电路

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。

3.研究单相桥式半控整流电路在电阻负载、电阻一电感性负载的工作。

4.掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。

二、实验线路及原理

单相桥式半控整流电路原理图及面板示意图见图1-1。锯齿波同步移相触发电路，见图1-2,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。

5

UO

vO

wo

续流二极管,

NMCL-33

图1-1单相桥式半控整流电路原理图及面板示意图

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NMCL-05E

G(给定।

Ug

2

图1-2锯齿波触发电路图

三、实验设备及仪器

1.教学实验台主控制屏

2.NMCL—33组件

3.NMCL—05E组件

4.MEL—03A纸件

5.NMCL—31组件

6.双踪示波器

7.万用表

四、实验内容和方法

1.锯齿波同步触发电路的调试及各点波形观察、分析。

(a).将NMCL-05E面板上左上角的同步电压输入接NMCL—32的U、V端。

(b).合上主电路电源开关，并打开NMCL—05E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UGIKI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。

(c).调节脉冲移相范围

将NMCL—31的“G”输出电压调至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NMCL—05E面板的RP2),使a=150°。

调节NMCL31的给定电位器RP1,增加Uu,观察脉冲的移动情况，要求Uu=O时，a=150。，Ua=LLw

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时，a=30。，以满足移相范围a=300~150°的要求.

(d).调节Uct,使Ct=90°,观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1,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,调节电位器RP3,使UGIKI和

UG3K3间隔18000

2.单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载：

按图1-1原理图接线，注意先画出具体的接线图,将锯齿波触发电路的脉冲输出G1、K1、G3、K3

接到到晶闸管的门极和阴极。不接VDR续流二极管，并短接平波电抗器L=700mH,,调节电阻负载RD(可

选择900。电阻并联，最大电流为0.8A)至最大。经教师检查后方能通电。

(a)NMCL—31的给定电位器RP1逆时针调到底,使Uct=0。

合上主电路电源，调节NMCL-31的给定电位器RP1,使a=90°,测取此时整流电路的输出电压Ud，

输出电流id以及晶闸管端电压Uvu波形，并用万用表测定交流输入电压th、整流输出电压Ud,验证

,,八21+cosa

Ud=0.96/2----------o

2

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。

(b)采用类似方法,分别测取a=60。，a=30。时的Ud、id、Uvt波形。

3.单相桥式半控整流电路供电给电阻一电感性负载

(a)接上续流二极管，接上平波电抗器。

NMCL—31的给定电位器FP1逆时针调到底，使Uct=0o

(b)合上主电源，调节Uc卜使a=90°,测取输出电压Ud=f(t),整流电路输出电流id=f(t)波

形，并分析二者的关系。调节电阻RD,观察id波形如何变化，注意防止过流。

(c)调节Uct,使a分别等于60。、30。时，测取Ud,IL,id波形。

(d)断开续流二极管，观察Ud,id波形。

突然切断触发电路，观察失控现象并记录Ud波形。若不发生失控现象，可调节电阻Rd。

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卜或外包以绝缘，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。

2.为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤：

(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Ua=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Ua,使整流电路投入工作。

(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IH,只有流过晶闸管的电流大于IH,晶闸管才可靠导通。实验中，

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.

(5)断开整流电路时，应先把Uct降到零，使整流电路无瑜出，然后切断总电源。

3.注意示波器的使用。

4.NMCL—33的内部脉冲需断开。

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六、实验报告要求

1.整理，描绘锯齿波同步触发电路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.绘出单相桥式半控整流电路供电给电阻负载、电阻一电感性负载情况下，当a=90。时的Ud、id、

Uvr等波形图并加以分析。

4.作出实验整流电路供电给电阻负载、电阻一电感性负载情况下的Ud/U2=f（。）曲线。

5.分析续流二极管作用及电感量大小对负载电流的影响。

七、思考

1.在可控整流电路中，续流二极管VD起什么作用？在什么情况下需要接入？

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？

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实验二三相桥式全控整流电路实验

一、实验目的

1.熟悉NMCL-33组件。

2.熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。

二、实验线路及原理

实验原理图如图2-1所示。主电路由三相全控变流电路组成。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。三相桥式整流电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

VT】VT3V工d：

W4VT6VT2d2

图2-1a三相桥式全控整流电路原理图・

三、实验设备及仪器

1.教学实验台主控制屏

2.NMCL—33组件

3.MEL—03A组件

4.NMCL—31组件

5.NMCL—35组件

6.双踪示波器

7.万用表

四、实验内容和方法

1.未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

(a)用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60。的幅度相同的双脉冲。

(b)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，应调整输入电源。

(O用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V-2V的脉冲。

注：将面板上的Ubif(当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时)接地，将I组桥式

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触发脉冲的六个开关均拨到“接通”“

(d)将NMCL—31的给定器输出Ug接至NMCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub,在Uct=O时，

使a=150。。

2.三相桥式全控整流电路

按图2-1接线,要求负载端接入直流电流表，并将RD调至最大(450。)，串接上平波电抗器L=700mH。

合上主电源，调节Uci，使a在30。~90。范围内，用示波器观察记录a=30。、60°、90。时，整流电压

Ud，晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。

3.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

发掀冲即该支路不能导通，观察并记录此时的Ud波形。

五、实验报告要求

1.画出电路的移相特性Ud=f(a)曲线。

2.作出整流电路的输入一输出特性Ud/U2=f(a)。

3.画出三相桥式全控整流电路时，a角为30°、60。、900时的Ud、UVT波形。

4.简单分析模拟故障现象。

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实验三单相交流调压电路研究

一、实验目的

1.掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与使用场合。

2.熟悉PWM专用集成电路SG3525的组成、功能、工作原理与使用方法。

二、实验系统组成及工作原理

随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管移相控制的交流调压

设齐，已逐渐被采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的

交流斩波调压所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：

（1）谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量

滤波元件；

（2）功率因数高，经滤波后，功率因数接近于1。

（3）对其他用电设备的干扰小。

因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达

调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压

研究。

斩波调压的主回路由MOSFET及其反并联的二极管组成双向

全控电子斩波开关。当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时,

则负载电阻RL上的电压波形如图4-1b所示（输出端不带漉波环节

时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输

出端带有滤波环节时的负载端电压波形如图4-1C所示。图4-1斩波调压的负载波形

脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法

等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。

控制系统中由变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS

管V「导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。

三、实验设备和仪器

1.NMCL-22实验挂箱

2.万用表

3.双踪示波器

四、实验内容和方法

1.SG3525性能测试

先按下开关Si。

（1）裾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T端。

（2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”

、'而,图4-2单相交流调压电路

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2.控制电路相序与驱动波形测试

将“UPW”的2端与控制电路的4端相连。将电位器RP左旋到底，按下开关Si、S6.S7,用双踪示波

器观察并记录下列各点波形：

（1）控制电路的1、2与地端间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；

（2）控制电路的3、5与地端间波形；

（3）主电路的4与5及6与5端间波形；

3.不带电感时负载与mos管两端电压波形测试

将主电路的3与4短接，将upw的电位器RP右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与mos管两

端电压波形。

4.带电感时负载与mos管两端电压波形测试

将主电路的3与4不短接，将upw的电位器RP右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与mos管

两端电压波形。

5.不同占空比k时的负载端电压测试

实验中，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出2端脉冲的占空比、

负载端电压大小与波形

占空比K25%50里75%

负载端电压（用万用

表交流档测量）

U。波形

6.不同载波频率时的滤波效果比较

使电感接入电路，在S2、S3、S4合上与断开多种情况下，观察并记录负载两端波形。

7.不同占空比k时的负载端谐波大小的测试

分别观察并记录RP左旋与右旋到底时的负载端波形，从而判断出占空比k大小对负载端谐波大小的

影响。

8.输入电流的位移因数测试

（1）将主电路的3、4两端用导线短接，即不接入电感

（2）在不同占空比条件下，用双踪示波器同时观察并记录2与1端和2与6端间波形。

五、思考题

1.当主电路接纯电阻负载（即将电感短路）时，可见负载电压波形存在死区，其产生的原因是什么？

2.当主电路接电感性负载时，在电床的过零点会出现一尖峰脉冲，且其幅值随占空比的港大而增大。

试分析其产生的原因以及抑制的方法。

六、实验报告要求

1.整理实验中记录下的各类波形。

2.回答思考题的2个问题。

3.分析实验中出现的问题。

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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（buckchopper>boostchopper、buc,boostchopper、cukchopper、sepic

chopper,zetachopper）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、实验设备及仪器

1.电力电子教学试验台主控制屏

2.NMCL-22组件

3.双踪示波器

4.万用表

三、实验内容和方法

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。

1.SG3525性能测试

先按下开关S1

（1）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T端。

（2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。

2.降压斩波电路buckchopper

（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buckchopper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