電力電子技術實驗報告

1、實 驗 報 告課程名稱： 電力電子技術 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：學號： 姓名： 實驗一 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實驗時 間： 414 實驗項目類型： 驗證性 同 組 姓 名 ： 一、實驗目的(1)掌握各種電力電子器件的工作特性。(2)掌握各器件對觸發(fā)信號的要求。二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK06 給定及實驗器件該掛件包含“二極管”等幾個模塊。3DJK07 新器件特性實驗4DJK09 單相調壓與可調負載5萬用表自備三、實驗線路及原理將電力電子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR

2、、IGBT五種)和負載電阻R串聯(lián)后接至直流電源的兩端，由DJK06上的給定為新器件提供觸發(fā)電壓信號，給定電壓從零開始調節(jié)，直至器件觸發(fā)導通，從而可測得在上述過程中器件的V/A特性；圖中的電阻R用DJK09 上的可調電阻負載，將兩個90的電阻接成串聯(lián)形式，最大可通過電流為1.3A；直流電壓和電流表可從DJK01電源控制屏上獲得，五種電力電子器件均在DJK07掛箱上；直流電源從電源控制屏的輸出接DJK09上的單相調壓器，然后調壓器輸出接DJK09上整流及濾波電路，從而得到一個輸出可以由調壓器調節(jié)的直流電壓源。實驗線路的具體接線如下圖所示：圖1 新器件特性實驗原理圖四、實驗內容(1)晶閘管（SCR）

3、特性實驗。(2)功率場效應管（MOSFET）特性實驗。(3)絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗。五、實驗方法(1)按圖1接線，首先將晶閘管（SCR）接入主電路，在實驗開始時，將DJK06上的給定電位器RP1沿逆時針旋到底，S1撥到“正給定”側，S2撥到“給定”側，單相調壓器逆時針調到底，DJK09上的可調電阻調到阻值為最大的位置；打開DJK06的電源開關，按下控制屏上的“啟動”按鈕，然后緩慢調節(jié)調壓器，同時監(jiān)視電壓表的讀數(shù)，當直流電壓升到40V時，停止調節(jié)單相調壓器(在以后的其他實驗中，均不用調節(jié))；調節(jié)給定電位器RP1，逐步增加給定電壓，監(jiān)視電壓表、電流表的讀數(shù)，當電壓表指示接近零（表示管

4、子完全導通），停止調節(jié)，記錄給定電壓Ug調節(jié)過程中回路電流Id以及器件的管壓降Uv。Ug(V)Id(A)Uv(V) (2)按下控制屏的“停止”按鈕，換成功率場效應管（MOSFET），重復上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。Ug(V)Id(A)Uv(V) (3)按下控制屏的“停止”按鈕，換成絕緣雙極性晶體管（IGBT），重復上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。Ug(V)Id(A)Uv(V)六、實驗總結實驗二 三相交流調壓電路實驗時 間： 421 實驗項目類型： 驗證性 同 組 姓 名 ： 一、實驗目的(1)了解三相交流調壓觸發(fā)電路的工作原理。(2)加深理解三相交流調壓電路的工作原理。 (3)了解三相交流調壓電路帶不同負載時

5、的工作特性。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”,“正反橋功放”等幾個模塊。4DJK06 給定及實驗器件該掛件包含“給定”等模塊。5D42三相可調電阻6雙蹤示波器自備7萬用表自備三、實驗線路及原理交流調壓器應采用寬脈沖或雙窄脈沖進行觸發(fā)。實驗裝置中使用雙窄脈沖。實驗線路如圖3-23所示。圖中晶閘管均在DJK02上，用其正橋，將D42三相可調電阻接成三相負載，其所用的交流表均在DJK01控制屏的面板上。圖2三相交流調壓實驗線路圖四、實驗內容(1)三相

6、交流調壓器觸發(fā)電路的調試。(2)三相交流調壓電路帶電阻性負載。(3)三相交流調壓電路帶電阻電感性負載（選做）。五、實驗方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調試 打開DJK01總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1“三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關，撥動 “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器（

7、在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK06上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到接地位置（即Uct=0），調節(jié)DJK02-1上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使=180。適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。yh897用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發(fā)脈沖輸出”和“觸發(fā)脈沖輸入”相連，使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正

8、橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DJK02“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2)三相交流調壓器帶電阻性負載使用正橋晶閘管VT1VT6，按圖3-23連成三相交流調壓主電路，其觸發(fā)脈沖己通過內部連線接好，只要將正橋脈沖的6個開關撥至“接通”，“Ulf”端接地即可。接上三相平衡電阻負載，接通電源，用示波器觀察并記錄=30、60、90、120、150及180時的輸出電壓波形，并記錄相應的輸出電壓有效值，填入下表:306090120150180U(V)六、實驗波形=30負載波形 =60負載波形=90負載波形=

9、120負載波形 =90負載波形 =30Uvt波形 =60Uvt波形=90Uvt波形 =120Uvt波形 七、實驗總結實驗三 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗時 間： 428 實驗項目類型： 驗證性 同 組 姓 名 ： 一、實驗目的(1)加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理。(2)了解KC系列集成觸發(fā)器的調整方法和各點的波形。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”,“正反橋功放”等幾個模塊。4DJK06 給定及實驗器件該掛件包含“二極管”

10、等幾個模塊。5DJK10 變壓器實驗該掛件包含“逆變變壓器”以及“三相不控整流”。6D42三相可調電阻7雙蹤示波器自備8萬用表自備三、實驗線路及原理實驗線路如圖3-13及圖3-14所示。主電路由三相全控整流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流電路組成，觸發(fā)電路為DJKO2-1中的集成觸發(fā)電路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片組成，可輸出經(jīng)高頻調制后的雙窄脈沖鏈。集成觸發(fā)電路的原理可參考1-3節(jié)中的有關內容，三相橋式整流及逆變電路的工作原理可參見電力電子技術教材的有關內容。 圖4 三相橋式全控整流電路實驗原理圖在三相橋式有源逆變電路中，電阻、電感與整流的一致，而三相不控整流及心式變壓器均

11、在DJK10掛件上，其中心式變壓器用作升壓變壓器，逆變輸出的電壓接心式變壓器的中壓端Am、Bm、Cm,返回電網(wǎng)的電壓從高壓端A、B、C輸出，變壓器接成Y/Y接法。圖中的R均使用D42三相可調電阻，將兩個900接成并聯(lián)形式；電感Ld在DJK02面板上，選用700mH，直流電壓、電流表由DJK02獲得。圖5 三相橋式有源逆變電路實驗原理圖四、實驗內容(1)三相橋式全控整流電路。(2)三相橋式有源逆變電路。(3)在整流或有源逆變狀態(tài)下，當觸發(fā)電路出現(xiàn)故障(人為模擬)時觀測主電路的各電壓波形。五、實驗方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調試 打開DJK01總電源開關，操作“電源控制屏”

12、上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1“三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關，撥動 “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK06上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到接地位置（即Uct=0），調節(jié)DJK02-1上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器

13、觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使=150(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0是從自然換流點開始計算，前面實驗中的單相晶閘管電路的0移相角表示從同步信號過零點開始計算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30)。適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發(fā)脈沖輸出”和“觸發(fā)脈沖輸入”相連，使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連

14、，并將DJK02“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2)三相橋式全控整流電路 按圖3-13接線，將DJK06上的 “給定”輸出調到零(逆時針旋到底)，使電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，調節(jié)給定電位器，增加移相電壓，使角在30150范圍內調節(jié)，同時，根據(jù)需要不斷調整負載電阻R,使得負載電流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超過0.65A)。用示波器觀察并記錄=30、60及90時的整流電壓Ud和晶閘管兩端電壓Uvt的波形，并記錄相應的Ud數(shù)值于下表中。306090U2Ud(記錄值)Ud/U2Ud(計算值)計算公式:Ud=2.

15、34U2cos (060O) Ud=2.34U21+cos(a+) (60o120o)(3)三相橋式有源逆變電路按圖3-14接線，將DJK06上的 “給定”輸出調到零(逆時針旋到底)，將電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，調節(jié)給定電位器，增加移相電壓，使角在3090范圍內調節(jié)，同時，根據(jù)需要不斷調整負載電阻R,使得電流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超過0.65A)。用示波器觀察并記錄=30、60、90時的電壓Ud和晶閘管兩端電壓UVT的波形，并記錄相應的Ud數(shù)值于下表中。306090U2Ud(記錄值)Ud/U2Ud(計算值)計算公式:Ud=2.34U2cos(180O-)(4)故障現(xiàn)

16、象的模擬當=60時，將觸發(fā)脈沖鈕子開關撥向“斷開”位置，模擬晶閘管失去觸發(fā)脈沖時的故障，觀察并記錄這時的Ud、UVT波形的變化情況。六、實驗波形=30Ud波形 =60Ud波形 =90Ud波形 =30UVT的波形 =60UVT的波形=60UVT的波形=90UVT的波形 七、實驗總結實驗四 直流斬波電路的性能研究時 間： 5.5 實驗項目類型： 驗證性 同 組 姓 名 ： 一、實驗目的(1)熟悉直流斬波電路的工作原理。(2)熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點。(3)了解PWM控制與驅動電路的原理及其常用的集成芯片。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相

17、電源輸出”等幾個模塊。2DJK09 單相調壓與可調負載3DJK20 直流斬波電路4D42三相可調電阻5慢掃描示波器自備6萬用表自備三、實驗線路及原理1、主電路 、降壓斬波電路(Buck Chopper)降壓斬波電路(Buck Chopper)的原理圖及工作波形如圖4-1所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。由圖4-1b中V的柵極電壓波形UGE可知，當V處于通態(tài)時，電源Ui向負載供電，UD=Ui。當V處于斷態(tài)時，負載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個周期T結束，再驅動V導通，重復上一周期的過程。負載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時

18、間，T為開關周期，為導通占空比，簡稱占空比或導通比(=ton/T)。由此可知，輸出到負載的電壓平均值UO最大為Ui，若減小占空比，則UO隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。(a)電路圖(b)波形圖圖4-1降壓斬波電路的原理圖及波形、升壓斬波電路(Boost Chopper)升壓斬波電路(Boost Chopper)的原理圖及工作波形如圖4-2所示。電路也使用一個全控型器件V。由圖4-2b中V的柵極電壓波形UGE可知，當V處于通態(tài)時，電源Ui向電感L1充電，充電電流基本恒定為I1,同時電容C1上的電壓向負載供電，因C1值很大，基本保持輸出電壓UO為恒值。設V處于通態(tài)的時

19、間為ton，此階段電感L1上積蓄的能量為UiI1ton。當V處于斷態(tài)時Ui和L1共同向電容C1充電，并向負載提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L1釋放的能量為(UO-Ui) I1ton。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內電感L1積蓄的能量與釋放的能量相等，即：UiI1ton=(UO-Ui) I1toff上式中的T/toff1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。(a) 電路圖(b)波形圖圖4-2 升壓斬波電路的原理圖及波形2、控制與驅動電路控制電路以SG3525為核心構成，SG3525為美國Silicon General公司生產的專用PWM控制集成電路，其內部電路

20、結構及各引腳功能如圖4-7所示，它采用恒頻脈寬調制控制方案，內部包含有精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。調節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相差、占空比可調的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關電源、斬波器的控制。詳細的工作原理與性能指標可參閱相關的資料。圖4-7 SG3525芯片的內部結構與所需的外部組件四、實驗內容（1）控制與驅動電路的測試（2）六種直流斬波器的測試五、實驗方法1、控制與驅動電路的測試(1)啟動實驗裝置電源，開啟DJK20控制電路電源開關。(2)調節(jié)PWM脈寬調節(jié)電位器改變Ur，用雙蹤示波器分別觀測SG3525的第11腳與第14腳的波形，觀測輸出PWM信號的變化情況，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%) (3)用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測11腳和14腳的輸出波