电力电子技术实验指导书(打印)

1、无锡城市职业技术学院 现代电力电子技术现代电力电子技术 实验指导书 专业名称专业名称 应用电子技术 班班 级级 小组成员小组成员 指导教师指导教师 无锡城市职业技术学院电子信息工程系无锡城市职业技术学院电子信息工程系 目目 录录 准备知识 MULTISIM 9 基本操作.2 实验一 晶闸管的导通和关断条件实验.8 实验二 单相半波可控整流电路.10 实验三 单相半控桥整流电路.12 实验四 单相全控桥整流电路.14 实验五 SPWM 产生电路.16 实验六 单结晶体管触发电路.18 实验七 三相桥式整流电路.20 准备知识准备知识 MultisimMultisim 9 9 基本操作基本操作 M

2、ultisim 9 是 IIT 公司推出 Multisim 2001 之后的 Multisim 最新版本（06 年底又发布最新的版本 Multisim10）。Multisim 9 提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路 功能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对 电路性能的影响 。 1.1 Multisim 9 基本操作基本操作 1.1.1 基本界面基本界面 仿真电源开关 菜单栏工具栏 元器件栏 仪器仪表栏 电路工作区状态栏 1.1.2 文件基本操作文件基本操作 与 Windows 常用的文件操作一样，Multisi

3、m9 中也有： New-新建文件、Open-打开文件、Save-保存文件、Save As-另存文件、Print-打印文件、Print Setup-打印设置和 Exit-退出等相关的文件操作。 以上这些操作可以在菜单栏 File 子菜单下选择命令，也可以应用快捷键或工具栏的图标进行快捷操 作。 1.1.3 元器件基本操作元器件基本操作 常用的元器件编辑功能有：90 Clockwise-顺时针旋转 90、90 CounterCW-逆时针旋转 90、Flip Horizontal-水平翻转、Flip Vertical-垂直翻转、Component Properties-元件属性等。这些操作可以在菜单

4、 栏 Edit 子菜单下选择命令，也可以应用快捷键进行快捷操作。 原始图像 顺时针旋转 90 逆时针旋转 90 水平翻转 垂直翻转 1.2 Multisim 9 电路创建电路创建 1.2.1 元器件元器件 1. 选择元器件选择元器件 在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择 所需的元器件，常用元器件库有 13 个：信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、 TTL 数字集成电路库、CMOS 数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件 库、射频器件库、机电器件库等。 2. 选中元器件选中元器件 鼠标点击元器件，可选中

5、该元器件。 3. 元器件操作元器件操作 选中元器件，单击鼠标右键，在菜单中出现下列操作命令： 4. 元器件特性参数元器件特性参数 双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。元器件不 同每个选项下将对应不同的参数。 例如：NPN 三极管的选项为： Label - 标识 Display - 显示 Value - 数值 Pins 管脚 1.3 Multisim 9 操作界面操作界面 1.3.1 Multisim 9 菜单栏菜单栏 Cut：剪切 Copy：复制 Flip Horizontal：选中元器件的水平翻转； Flip Vertical：选中元器件的垂直翻转；

6、 90 Clockwise：选中元器件的顺时针旋转 90； 90 CounterCW：选中元器件的逆时针旋转 90； Color：设置器件颜色 Edit Symbol：设置器件参数 Help：帮助信息 11 个菜单栏包括了该 软件的所有操作命令。从左至右为：File（文件）、Edit（编辑）、View（窗口）、Place（放置）、 Simulate（仿真）、Transfer（文件输出）、Tools（工具）、Reports（报告）、Options（选项）、 Window（窗口）和 Help（帮助）。 1.3.3 Multisim9 元器件栏元器件栏 由于该工具栏是浮动窗口，所以不同用户显示会有所

7、不同（方法是：用鼠标右击该工具栏就可以选择不 同工具栏，或者鼠标左键单击工具栏不要放，便可以随意拖动）。 从左到右依次是：新建，打开，保存，打印，打印预览，剪切，复制，粘贴，撤销，重做。满屏显示， 放大，缩小，选择放大，100%显示。电源，电阻，二极管，三极管，集成电路，TTL 集成电路，COMS 集成电路，数字器件，混合器件库，指示器件库，其他器件库，电机类器件库，射频器件库。导线，总 线。 显示或隐藏设计项目栏，电路属性栏，电路元件属性栏，新建元件对话框，启动仿真分析，图表，电气 规则检查，从 Unltiboard 导入数据，导出数据到 unltiboard，使用元件列表，帮助。 1.3.

8、4 Multisim 仪器仪表栏仪器仪表栏 Multisim 在仪器仪表栏下提供了 17 个常用仪器仪表，依次为数字万用表、函数发生器、瓦特表、双通道 示波器、四通道示波器、波特图仪、频率计、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、IV 分析仪、失 真度仪、频谱分析仪、网络分析仪、Agilent 信号发生器、Agilent 万用表、Agilent 示波器。 1.4 Multisim 仪器仪表使用仪器仪表使用 1.4.1 数字万用表（数字万用表（Multimeter） Multisim 提供的万用表外观和操作与实际的万用表相似，可以测电流 A、电压 V、电阻 和分 贝值 db，测直流或交流信号。万

9、用表有正极和负极两个引线端 。 1.4.2 函数发生器（函数发生器（Function Generator） Multisim 提供的函数发生器可以产生正弦波、三角波和矩形波，信号频率可在 1Hz 到 999MHz 范围内调 整。信号的幅值以及占空比等参数也可以根据需要进行调节。信号发生器有三个引线端口：负极、正极 和公共端。 1.4.4 双通道示波器（双通道示波器（Oscilloscope） Multisim 提供的双通道示波器与实际的示波器外观和基本操作基本相同，该示波器可以观察一路或 两路信号波形的形状，分析被测周期信号的幅值和频率，时间基准可在秒直至纳秒范围内调节。示波器 图标有四个连接

10、点：A 通道输入、B 通道输入、外触发端 T 和接地端 G。 示波器的控制面板分为四个部分： 1. Time base（时间基准）（时间基准） Scale（量程）：设置显示波形时的 X 轴时间基准。 X position（X 轴位置）：设置 X 轴的起始位置。 显示方式设置有四种：Y/T 方式指的是 X 轴显示时间，Y 轴显示电压值；Add 方式指的是 X 轴 显示时间，Y 轴显示 A 通道和 B 通道电压之和；A/B 或 B/A 方式指的是 X 轴和 Y 轴都显示电压值。 2. Channel A（通道（通道 A） Scale（量程）：通道 A 的 Y 轴电压刻度设置。 Y position

11、（Y 轴位置）：设置 Y 轴的起始点位置，起始点为 0 表明 Y 轴和 X 轴重合，起始点为正值 表明 Y 轴原点位置向上移，否则向下移。 触发耦合方式：AC（交流耦合）、0（0 耦合）或 DC（直流耦合），交流耦合只显示交流分量，直 流耦合显示直流和交流之和，0 耦合，在 Y 轴设置的原点处显示一条直线。 3. Channel B（通道通道 B） 通道 B 的 Y 轴量程、起始点、耦合方式等项内容的设置与通道 A 相同。 4. Tigger（触发）（触发） 触发方式主要用来设置 X 轴的触发信号、触发电平及边沿等。 Edge（边沿）（边沿）：设置被测信号开始的 边沿，设置先显示上升沿或下降沿

12、。Level（电平）（电平）：设置触发信号的电平，使触发信号在某一电平时启 动扫描。触发信号选择。触发信号选择：Auto（自动）、通道 A 和通道 B 表明用项应的通道信号作为触发信号；ext 为外 触发；Sing 为单脉冲触发；Nor 为一般脉冲触发。 1.4.5 四通道示波器（四通道示波器（4 Channel Oscilloscope） 四通道示波器与双通道示波器的使用方法和参数调整方式完全一样，只是多了一个通道控制器旋钮 ，当旋钮拨到某个通道位置，才能对该通道的 Y 轴进行调整。 实验一实验一 晶闸管的导通和关断条件实验晶闸管的导通和关断条件实验 一实验目的一实验目的 1验证晶闸管的导通

13、条件及关断方法。 2测试晶闸管的维持电流。 二实验仪器及材料二实验仪器及材料 装有 Multisim 电路仿真软件的计算机一台。 三预习要求三预习要求 （1）阅读电力电子技术教材中有关晶闸管的内容，弄清晶闸管的结构与工作原理； （2）复习晶闸管基本特征的有关内容，掌握晶闸管正常工作时的特性； 四实验内容四实验内容 （1）使用Multisim软件，在四个文件中分别完成下列实验电路的绘制： 图1-1 图1-2 图1-3 图1-4 （2）晶闸管的导通条件 a)加36V反向阳极电压，门极开路或接-6V电压或接+6V电压，观察灯泡是否亮，判断晶闸管是否 导通；（见图1-1） b)36V正向阳极电压，门极

14、开路或接-6V电压，观察灯泡亮否，判断晶闸管是否导通；（见图1- 2） c)阳极加36V正向电压，门极加+6V正向电压，观察灯泡亮否，判断晶闸管是否导通；（见图1- 3） d)灯亮后去掉门极电压，看灯泡是否继续亮。（见图1-3） e)写出导通条件，说明门极作用。 （3）晶闸管关断条件实验（见图1-3、图1-4） a)按图1-3，接通36V电源电压，再在门极接通+6V电压使晶闸管导通，灯泡亮，接着断开门极电压； b)去掉36V阳极电压，观看灯泡是否亮； c)使晶闸管导通，然后断开门极电压，即打开J5，接着闭合J5，再打开J5，观察灯泡是否熄灭； d)再使晶闸管导通，断开门极电压，调节电位器R3，

15、逐渐减小阳极电压，当电流表的值突然降到 很低，电压表指示接近36v时，记下突变前的电流值，即被测晶闸管的维持电流，此时若再升高 阳极电源电压，灯泡也不再发亮，说明晶管已关断； e)总结关断晶闸管的方法。 五实验报告五实验报告： 1按实验内容完成各步骤，列出实验结果和维持电流值。 2画出测试电路图。 3实验中发生的值得讨论的问题。 4. 本次实验的体会。 实验二实验二 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 一一实验目的实验目的 1 掌握单相半波可控整流电路的结构。 2 掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的工作过程。 3. 测试单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的波

16、形。 二实验所用器件和仪器二实验所用器件和仪器 装有 Multisim 电路仿真软件的计算机一台。 三预习要求三预习要求 1复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感负 载时的工作波形； 2. 掌握单相半波可控整流电路接不同负载时、的计算方法。 d U d I 四实验内容四实验内容 1. 使用 Multisim 软件，在二个文件中分别完成下列实验电路的绘制： 图 2-1 图 2-2 （2）单相半波可控整流电路接电阻性负载 按图2-1电路图接线，触发信号源电路调试正常，根据导通角计算并设定触发电路的延迟时间。在不 同的导通角下，用示波器观察负载电压、晶闸管

17、VT两端电压的波形，调节导通角，观察30、 d U VT U 60、90、120、150时、的波形。在负载R的两端，接入一个电压表。测量直流输出电压 d U VT U 和电源电压，记录于下表中。 d U 2 U 306090120150 2 U （记录值） d U 2 UUd （计算值） d U 计算值： d U 2 )cos1 (45 . 0 2 U （3）单相半波可控整流电路接电阻电感性负载 将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器Ld串联而成）。如图2-2所示。在不同阻抗 角，调节电感量，改变R的电阻值，使电路波形清晰，观察并记录 30、60、90、120时的直 流输出电压值

18、波形。 d U 五五. 实验报告实验报告： （1）画出实验电路图。 （2）画出60、90时，电阻性负载和电阻电感性负载的波形； d U （3）记录电阻性负载时，不同导通角下的直流输出电压和电源电压，记录于表中并完成相关 d U 2 U 计算。 （4）分析实验中出现的现象，写出体会。 实验三实验三 单相半控桥整流电路单相半控桥整流电路 一实验目的一实验目的 1、掌握单相半控桥式整流电路的结构。 2、掌握单相半控桥式整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的工作过程。 3、测试单相半控桥式整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的波形。 二实验所用器件和仪表二实验所用器件和仪表 装有 Multisim 电路仿

19、真软件的计算机一台。 三预习要求三预习要求 1复习单相半控桥式整流电路的有关内容，掌握单相半控桥式整流电路接电阻性负载和电阻电感负 载时的工作波形； 2. 掌握单相半波可控整流电路接不同负载时、的计算方法。 d U d I 四四. 实验提示实验提示 单相桥式半控整流电路在电阻性负载时的工作情况与全控电路完全相同，这里侧重研究电感性负载 时的工作情况。单相桥式半控整流电路原理图如下图所示。 图 3-1 单相桥式半控整流电路原理图 假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态。 当电源电压 u 2 在正半周期，控制角为 a 时 触发晶闸管 VT1 使其导通，电源经 VT1 和 VD4 向 负载供电。当

20、u 2 过零变负时，由于电感的作用使 VT1 继续导通。因 a 点电位低于 b 点电位，使得 电流从 VD4 转移至 VD2 ，电流不再流经变压器二次绕组，而是由 VT1 和 VD2 续流。此阶段忽略器件 的通态压降，则 u d 0 ，不像 全控电路那样出现 u d 为负的 情况。 在 u 2 负半周 控制角为 a 时 触发 VT3 使其导通 ，则向 VT1 加反压使之关断， u 2 经 VT3 和 VD2 向负载供电。 u 2 过零变正时， VD4 导通。 VT3 和 VD4 续流， u d 又为零。此后重复以上过程。 若无续流二极管，则当 a 突然增大至 180 或触发脉冲丢失时，会发生一

21、个晶闸管持续导通而两个 二极管轮流导通的情况，这使 u d 成为正弦半波，即半周期 u d 为正弦，另外半周期 u d 为零，其平 均值保持恒定，称为失控。有续流二极管 VD 时，续流过程由 VD 完成， 在 续流 阶段 晶闸管关断， 避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。 五实验内容五实验内容 1. 使用 Multisim 软件，在三个文件中分别完成下列实验电路的绘制： （带电阻性负载电路图，可参考图 3-2 自行完成） 图 3-2 图 3-3 （2）单相半控桥整流电路接电阻性负载 按图自拟的电路图接线，触发信号源电路调试正常，根据导通角计算并设定触发电路的延迟时间。 在不同的导通角

22、下，用示波器观察负载电压、晶闸管VT两端电压的波形，调节导通角，观察 d U VT U 30、60、90、120、150时、的波形。 d U VT U （3）单相半控桥整流电路接电阻电感性负载（不带续流管） 将负载电阻 R 改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器 Ld串联而成）。如图 3-2 所示。在不同 阻抗角，观察并记录 30、60、90、120时的直流输出电压值波形。 d U （4）单相半控桥整流电路接电阻电感性负载（带续流管） 将负载电阻 R 改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器 Ld串联而成），负载端接一续流管 D5。 如图 3-3 所示。在不同阻抗角，观察并记录 30、60、

23、90、120时的直流输出电压值波形。 d U 六六. 实验报告实验报告 （1）画出实验电路图。 （2）画出60、90时，电阻性负载的波形； d U （3）画出60、90时，电阻电感性负载的波形； d U （4）分析实验中出现的现象，写出体会。 实验四实验四 单相全控桥整流电路单相全控桥整流电路 一实验目的一实验目的 1掌握单相全控桥式整流电路的结构。 2加深理解单相桥式全控整流电路的工作原理； 3. 掌握单相全控桥式整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的工作过程。 3、测试单相全控桥式整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的波形。 二实验所用器件和仪表二实验所用器件和仪表 装有 Multisim 电

24、路仿真软件的计算机一台。 三预习要求三预习要求 1复习单相全控桥式整流电路的有关内容，掌握单相全控桥式整流电路接电阻性负载和电阻电感负 载时的工作波形； 2. 掌握单相桥式可控整流电路接不同负载时、的计算方法。 d U d I 四四. 实验内容实验内容 1. 使用 Multisim 软件，在二个文件中分别完成下列实验电路的绘制： 图 4-1 图 4-2 2.单相全控桥整流电路接电阻性负载 按图4-1电路图接线，触发信号源电路调试正常，根据导通角计算并设定触发电路的延迟时间。在不 同的导通角下，用示波器观察负载电压、晶闸管VT两端电压的波形，调节导通角，观察30、 d U VT U 60、90、

25、120、150时、的波形。记录电源电压和负载电压的数值于下表中。 d U VT U 2 U d U 306090120 2 U （记录值） d U （计算值） d U 计算值： d U)cos1 (45 . 0 2 U 3.单相半控桥整流电路接电阻电感性负载（不带续流管） 将负载电阻 R 改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器 Ld串联而成）。如图 4-2 所示。在不同 阻抗角，观察并记录 30、60、90、120时的直流输出电压值波形。 d U 五五. 实验报告实验报告 （1）画出实验电路图。 （2）画出60、90时，电阻性负载的波形，记录相应的表格； d U （3）画出60、90时，电阻

26、电感性负载的波形； d U （4）分析实验中出现的现象，写出体会。 实验五实验五 SPWMSPWM 产生电路产生电路 一实验目的一实验目的 1掌握单相正弦波（SPWM）逆变电路的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。 2. 通过对 SPWM 逆变电路的输出波形分析，验证 SPWM 逆变电路的工作原理和输入与输出电压之 间的数量关系。 二实验所用器件和仪表二实验所用器件和仪表 装有 Multisim 电路仿真软件的计算机一台。 三预习要求三预习要求 1复习逆变电路的有关内容，掌握单相正弦波（SPWM）逆变电路的组成、工作原理、特点。 2. 认真阅读实验指导书与有关教材。 四实验提示四实验提示

27、 能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。单相逆变器的结构可分为半桥逆 变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。 脉冲宽度调制（PWM）是电能转换电路中常用的一种控制技术。脉宽调制器的输出端为一系列的矩 形脉冲，输出脉冲的宽度受输入指令电压的控制。用这种控制技术可以使逆变器的输出为一系列的正、 负脉冲。脉冲宽度由指令电压进行控制。当脉冲宽度增加时，输出电压就增加，反之，则输出电压减小。 这就使得输出交流电压的大小可以调节（频率保持不变）。 五五. 实验内容实验内容 1. 使用 Multisim 软件，在文件中完成下列实验电路的绘制： 图 5-1 2. 调节正弦波发生器的正弦波信号

28、的频率，最大与最小峰峰值，正弦波的谷点偏离横坐标的数值 以及正弦波上、下半波的对称性。 3. 调节三角波发生器的频率与幅值。 4. 调节正弦波峰峰值，从而调节 SPWM 信号的脉冲宽度。 5. 通过示波器观察并记录 50HZ 正弦波下不同调制频率的波形图，并分析调制波、载波、SPWM 波 形的相位关系。 五、实验报告五、实验报告： 1、画出实验的电路图。 2、记录三幅在不同调制频率的波形图（要完整的一个周期） ，并分析调制波、载波、SPWM 波形的 相位关系。 3、完成思考题：什么是单极性 PWM 控制方式？什么是双极性 PWM 控制方式？ 4、实验的收获、体会与改进意见。 实验六实验六 单结

29、晶体管触发电单结晶体管触发电路路 一实验目的一实验目的 1熟悉单结晶体管触发电路的工作原理，电路结构及各元件的作用； 2. 观察单结晶体管触发电路各点的波形，掌握调试步骤和方法； 三实验所用器件和仪器三实验所用器件和仪器 装有 Multisim 电路仿真软件的计算机一台。 三预习要求三预习要求 1了解单结晶体管的工作特性及结构，原理； 2. 了解单结晶体管触发电路的工作原理； 3. 认真阅读实验指导书与有关教材。 四实验提示四实验提示 单结晶体管的外形很象晶体三极管，它也有三个电极，称为发射极e，第一基极b1，第二基极b2，又 叫双基极二极管。因为只有一个PN结所以又称为单结晶体管。外形及符号如图(a)、(b)所示。图中发射 极箭头指向b1，表示经PN结的电流只流向b1极。单结管的等效电路如图(C)所示，rb1表示e与b1之间的等 效电阻，它的阻值受e-b1间电压的控制，所以等效为可变电阻。两个基极之间的电阻用Rbb表示，即： Rbb=Rb1+Rb2，Rb1与Rbb的比值称为分压比=Rb1/Rbb，一般在0.30.8之间。 触发电路原理： 由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经半波整流，再由稳压管进行削波，从而得到梯形波电