電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)大綱

1、電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)大綱電氣信息學(xué)院專業(yè)中心實(shí)驗(yàn)室2015版我們需要什么樣的專業(yè)課實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)？進(jìn)入大三以后，我們會(huì)面對(duì)很多專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如何讓這些實(shí)驗(yàn)的報(bào)告體現(xiàn)出它應(yīng)該有的“專業(yè)”性？撇開(kāi)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不談，實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)該具有以下共同的特質(zhì)：1 報(bào)告具有盡可能豐富的實(shí)驗(yàn)信息。實(shí)驗(yàn)的工作條件什么能力的設(shè)備及儀表、實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的分工構(gòu)成協(xié)作和管理、實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果工作的目標(biāo)和期望等等，這些都是成就一個(gè)專業(yè)工程師必要和有益的鋪墊。2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理手段應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)性。面對(duì)大量的數(shù)據(jù)處理和分析，必須充分利用信息化手段，請(qǐng)從本次實(shí)驗(yàn)起摒棄手繪坐標(biāo)紙之類的落后方法，不要讓報(bào)告失去應(yīng)有的客觀性和專業(yè)性。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能

2、如同陳列的僵尸躺在報(bào)告上，應(yīng)該賦予它鮮活的血肉和生命力。l 測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)或波形圖等）應(yīng)附有明確的測(cè)試條件說(shuō)明，應(yīng)有足夠的量綱標(biāo)識(shí)；l 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)期的比對(duì)是必要的，誤差分析應(yīng)該是實(shí)實(shí)在在的，不要?jiǎng)?wù)虛；l 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了什么？請(qǐng)拿出你的評(píng)估和看法，如同一場(chǎng)電影看罷，總會(huì)有所評(píng)價(jià)一樣，提煉和升華是學(xué)習(xí)的高層次境界；l 對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣應(yīng)有所思考，可以試試提出優(yōu)化方案或展望；l 數(shù)據(jù)結(jié)果可以不準(zhǔn)確，方案可以不完美，但發(fā)自內(nèi)心原生態(tài)的思考是絕對(duì)不可或缺的和最最重要的，它是一份報(bào)告的價(jià)值所在，也為老師所樂(lè)見(jiàn)。4 一次實(shí)驗(yàn)是有限的，但對(duì)它的思考應(yīng)該是無(wú)限的。報(bào)告在具備基本要素的前提下，不要太拘泥

3、于固定的模板格式，不要太局限于實(shí)驗(yàn)本身的范疇，如果報(bào)告上出現(xiàn)了由此而衍生的許許多多，例如擴(kuò)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、擴(kuò)展方案的討論、擴(kuò)展的器件或設(shè)備描述、擴(kuò)展的應(yīng)用案例、擴(kuò)展的數(shù)據(jù)分析，對(duì)于教授者和學(xué)業(yè)者，就是莫大的幸事。如果你是這樣做的，就不用去重復(fù)做許多泛泛的實(shí)驗(yàn)，舉一反三即可。5 請(qǐng)強(qiáng)化報(bào)告的可讀性，表現(xiàn)出你的熱忱和投入。寫(xiě)作考慮到讀者的體驗(yàn)度了嗎？要盡可能提升條理性和可視性，不要提交一份只有自己才能讀懂的報(bào)告，當(dāng)你調(diào)用所有的資源和手段投入到這份報(bào)告之中時(shí)，或許能從中讀出你的熱情和心血，我就該向你致敬了。一句話概之，請(qǐng)讓我能從你的報(bào)告中感受到靈魂的跳躍實(shí)驗(yàn)一、單相半控橋整流電路實(shí)驗(yàn)一、 主要內(nèi)容1

4、. 實(shí)現(xiàn)控制觸發(fā)脈沖與晶閘管同步；2. 觀測(cè)單相半控橋在純阻性負(fù)載時(shí)的移相控制特點(diǎn)，測(cè)量最大移相范圍及輸入-輸出特性；3. 觀測(cè)單相半控橋在阻-感性負(fù)載時(shí)的輸出狀態(tài)，制造失控現(xiàn)象并討論解決方案。二、 方法和要領(lǐng)1. 實(shí)現(xiàn)同步：u 從三相交流電源進(jìn)端取線電壓Uuw（約230v）到降壓變壓器（MCL-35）,輸出單相電壓（約124v）作為整流輸入電壓u2；u 在（MCL-33）兩組基于三相全控整流橋的晶閘管陣列（共12只）中，選定兩只晶閘管，與整流二極管陣列（共6只）中的兩只二極管組成共陰極方式的半控整流橋，保證控制同步，并外接純阻性負(fù)載。思考：接通電源和控制信號(hào)后，如何判斷移相控制是否同步？2.

5、 半控橋純阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)（負(fù)載保持最大電阻值）：u 最大移相范圍測(cè)試：調(diào)整控制量uct，測(cè)量并記錄Ud、a的有效邊界值，用數(shù)碼相機(jī)記錄最小、最大和90o時(shí)的輸出電壓ud波形（注意：負(fù)載電阻不宜過(guò)小，確保當(dāng)輸出電壓較大時(shí)， Id 不超過(guò)0.6A）；思考：如何利用示波器測(cè)定移相控制角的大小？u 輸入-輸出特性測(cè)試：在最大移相范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)不同的控制量uct，分別測(cè)量控制角 a、輸入交流電壓u2、控制信號(hào)uct和整流輸出Ud的大小，要求有效數(shù)據(jù)不低于8組。思考：如何規(guī)劃有價(jià)值的數(shù)據(jù)采樣分布規(guī)律？在報(bào)告中加以說(shuō)明。3. 半控橋阻-感性負(fù)載（負(fù)載加入L=200mH）實(shí)驗(yàn)：u 觀測(cè)并記錄最小、最大和90o時(shí)的

6、輸出電壓ud波形，觀察其特點(diǎn)（Id 0.6A）；u 固定a=90o，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻由最大逐步減?。ㄊ馆敵鲭娏鞣謩e處于斷續(xù)、臨界連續(xù)和連續(xù)0.5A三種情況， Id 0.6A）。對(duì)應(yīng)三個(gè)不同負(fù)載阻抗角條件，記錄電流id波形，測(cè)量變壓器原邊功率因數(shù)cos1、有功功率P1和負(fù)載電阻RL，并核算對(duì)應(yīng)的L、tg和輸出電流紋波系數(shù)。思考：如何在負(fù)載回路獲取負(fù)載電流的波形？u 保持控制角<90o，調(diào)整負(fù)載電阻使輸出電流達(dá)到較大值Id0.6A（為什么？），突然斷掉兩路晶閘管的脈沖信號(hào)（模擬封鎖脈沖），制造失控。記錄失控前后的ud波形，提出測(cè)試方法判斷哪一只晶閘管失控。三、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容（實(shí)驗(yàn)

7、項(xiàng)目名稱、已知條件及實(shí)驗(yàn)完成目標(biāo)）。2 實(shí)驗(yàn)條件描述（主要設(shè)備儀器的名稱、型號(hào)、規(guī)格等；小組人員分工：主要操作人、輔助操作人、數(shù)據(jù)記錄人和報(bào)告完成人等）。3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述（含每個(gè)步驟的實(shí)驗(yàn)方法、電路原理圖、使用儀器名稱型號(hào)、使用量程等）。4 實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理（含電路波形、原始數(shù)據(jù)記錄單、計(jì)算處理及工程特性曲線等）。5 實(shí)驗(yàn)綜合評(píng)估（分析實(shí)驗(yàn)與理論數(shù)據(jù)的偏差，評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果的可信度，提出可能的優(yōu)化改進(jìn)方案等）。6 實(shí)驗(yàn)虛擬仿真（軟件自選），完成對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下電路各典型波形的測(cè)試和觀察。7 實(shí)驗(yàn)研討必修問(wèn)題：u 同步控制：闡述選擇實(shí)驗(yàn)面板晶閘管序號(hào)構(gòu)成半控橋的依據(jù)。u 理論和實(shí)際：測(cè)繪電阻負(fù)

8、載時(shí)ud = f ()和ud = f (uct)的實(shí)驗(yàn)特性曲線，將實(shí)驗(yàn)ud = f ()與理論推算ud = f ()特性曲線（在同一坐標(biāo)系內(nèi)）相比較，分析差異性成因。u 阻感負(fù)載：分析阻-感性負(fù)載時(shí)，輸出電流波形id與教材所示是否有差異，為什么？電路能否接純感性負(fù)載工作（如果有足夠大的電感量），為什么？u 功率： “阻感負(fù)載”第2小項(xiàng)目中，判斷并分析變壓器cos1的變化是否取決于負(fù)載tg的變化？u 數(shù)據(jù)提煉：若以u(píng)d = f (uct)的實(shí)驗(yàn)特性曲線作為該直流受控電源的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型建模依據(jù)直流電壓放大器，試提出建模方案，并核定該模型的近似放大系數(shù)Ks？實(shí)驗(yàn)二、三相全控橋整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)一、

9、主要內(nèi)容1. 觀測(cè)分析整流狀態(tài)下（阻性負(fù)載、阻-感性負(fù)載）ud，uVT波形；2. 觀測(cè)分析逆變狀態(tài)下（阻-感性-反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載）ud，uVT波形及逆變功率測(cè)量；二、 方法和要領(lǐng)1. 連接三相整流橋及逆變回路u 由三相隔離變壓器（MCL-32）二次繞組接至三相降壓變壓器（MCL-35）,輸出三相電源（線電壓約110130v）作為三相變流橋的交流輸入；u 由三相隔離變壓器（MCL-32）二次繞組接至由二極管組成的三相不可控全波整流橋，作為逆變時(shí)負(fù)載回路的電動(dòng)勢(shì)源（大小恒定的電壓源）；u 由雙刀雙置開(kāi)關(guān)構(gòu)成整流和逆變選擇回路（嚴(yán)禁主回路帶電時(shí)切換此開(kāi)關(guān)）；u 約定整流、逆變臨界控制點(diǎn)為Uct = 0，

10、當(dāng)Uct0時(shí)，處于整流移相控制；Uct0時(shí)處于逆變移相控制：2. 整流工作u 阻性負(fù)載測(cè)試：雙置開(kāi)關(guān)選擇整流回路，負(fù)載電阻設(shè)定為最大，加正給定電壓。1) 觀測(cè)并記錄整流狀態(tài)下0O，60O，90O時(shí)ud、uVT波形（注意限制Id0.8A）；2) 0O時(shí)封鎖任1只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄ud的波形及大小值；3) 0O時(shí)封鎖任2只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄ud的波形及大小值；（一次：共陰極組2只；一次：陰極陽(yáng)極組各1只）u 阻-感（300W+ 700mH )負(fù)載測(cè)試：雙置開(kāi)關(guān)選擇整流回路，觀測(cè)并記錄=30O，90O時(shí)ud、uVT波形（注意限制Id0.8A）；= 0O時(shí)任意封鎖1只和2只晶閘管的脈沖信號(hào)，記

11、錄ud的波形及大小值。3. 逆變工作斷掉主回路電源，將負(fù)載回路切換到逆變條件，注意逆變電動(dòng)勢(shì)源的直流極性。u 選負(fù)給定信號(hào)，負(fù)載為（最大電阻+700mH），合上電源，觀測(cè)逆變狀態(tài)下=60O，90O時(shí)ud，uVT波形；u 在恒定負(fù)載情況下（最大電阻+電感700mH，直流反電動(dòng)勢(shì)E基本恒定），在最大逆變移相范圍內(nèi)，測(cè)定電網(wǎng)實(shí)際吸收直流功率Pk = f (Ud)的函數(shù)曲線（不低于8組數(shù)據(jù)點(diǎn)）。已知，三相全控橋電源回路輸出端等效內(nèi)阻Rn=26W。思考：如何近似估算電網(wǎng)吸收的電功率？三、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱2. 實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容（已知條件及實(shí)驗(yàn)要求）3. 實(shí)驗(yàn)條件描述（主要設(shè)備儀器的名稱、型號(hào)

12、、規(guī)格等；小組人員分工：主要操作人、輔助操作人、數(shù)據(jù)記錄人和報(bào)告完成人）4. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述（含每個(gè)步驟的實(shí)驗(yàn)方法、電路原理圖、使用儀器名稱型號(hào)、使用量程等）；5. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（含原始數(shù)據(jù)清單、計(jì)算結(jié)果、特性曲線等）；6. 誤差分析（對(duì)實(shí)驗(yàn)方案、結(jié)果進(jìn)行可信度分析，提出可能的優(yōu)化改進(jìn)方案）；7. 實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)行如下討論：u 分析比較整流工作時(shí)，阻性負(fù)載和阻感負(fù)載再缺相(丟失一路觸發(fā)信號(hào))故障下，Ud瞬時(shí)波形的差異性？u 整流狀態(tài)下阻-感負(fù)載時(shí)，=90O時(shí)ud的瞬時(shí)波形一定有正負(fù)半波對(duì)稱嗎，為什么？u 說(shuō)明逆變狀態(tài)下，逆變電源的負(fù)載波形是電路上哪兩端的波形？為什么逆變輸出電壓Ud越高，負(fù)載電流Id

13、越??？u 做出Pk = f (Ud)特性曲線，并對(duì)其變化趨勢(shì)作定性分析。實(shí)驗(yàn)三 半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究一、 主要內(nèi)容1 熟悉PWM專用芯片SG3525的基本功能和應(yīng)用特色，測(cè)試其典型功能端波形；2 測(cè)試和分析半橋型開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種模式下的輸出性能二、 主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)要領(lǐng)i. PWM控制芯片SG3525的特性測(cè)試1) 連接：選擇SG3525工作于“半橋電源”模式，短接誤差調(diào)節(jié)器PI參數(shù)反饋端（屏蔽PI調(diào)節(jié)）。2) 測(cè)試：接通SG3525工作電源。用示波器分別觀察鋸齒波振蕩器觀測(cè)點(diǎn)和A（或B）路PWM信號(hào)的波形，并記錄波形的頻率和峰值，調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，記錄其占空比可調(diào)

14、范圍(最大、最小占空比)。3) 連接：斷開(kāi)SG3525工作電源，將光電藕輸出信號(hào)端與半橋電路中的Power-MOSFET管正確相連。4) 測(cè)試：再次接通接通SG3525工作電源，觀察Power-MOSFET管VT1的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)UGS，記錄波形周期寬度T、幅值UGS及上升tr、下降時(shí)間tf。ii. 構(gòu)成開(kāi)環(huán)電壓系統(tǒng)向負(fù)載供電1) 連接：確認(rèn)主電路和控制電路的電源開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，將“主電源1”的輸出端鏈接至半橋電路的輸入端，連接半橋輸出負(fù)載R1+R2（負(fù)載電阻約為3+30）。2) 測(cè)試：分別接通主電路和控制電路的電源，調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，在不同占空比情況下，記錄占空比和輸出電源電壓uo

15、大?。ú坏陀?組數(shù)據(jù)）。iii. 構(gòu)成閉環(huán)電源系統(tǒng)，測(cè)試穩(wěn)壓性能1) 連接：開(kāi)放誤差調(diào)節(jié)器PI參數(shù)反饋端，從“半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源”輸出端“13”取電壓反饋信號(hào)連至SG3525的反饋輸入“2”端，并將“半橋型穩(wěn)壓電源”的“9”端和“PWM波形發(fā)生”的地端相連（共地）。2) 測(cè)試：連接半橋輸出端的3負(fù)載電阻（R1），調(diào)節(jié)PWM占空比使電源輸出端電壓u0為5V作為輸出標(biāo)準(zhǔn)值；然后將負(fù)載電阻改變至33（R1+R2），測(cè)量輸出電壓u0的值，計(jì)算負(fù)載阻抗變化約十倍時(shí)的負(fù)載調(diào)整率（抗負(fù)載變化的電壓穩(wěn)定能力）：斷開(kāi)輸出端“13”電壓反饋信號(hào)，重新屏蔽誤差調(diào)節(jié)器反饋輸入端，回復(fù)到開(kāi)環(huán)狀態(tài)，重復(fù)上述3和33不同負(fù)載時(shí)“5V”輸出電壓的負(fù)載調(diào)整率。與閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行比較。三、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 實(shí)驗(yàn)基本信息（項(xiàng)目名稱、已知條件及實(shí)驗(yàn)要求）。2 實(shí)驗(yàn)條件描述（主要設(shè)備儀器的名稱、型號(hào)、規(guī)格等；小組人員分工：主要操作人、輔助操作人、數(shù)據(jù)記錄人和報(bào)告完成人）。3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述（含每個(gè)步驟的實(shí)驗(yàn)方法、電路原理圖等）。4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（含原始數(shù)據(jù)清單、計(jì)算結(jié)果及工程特性曲線，注：利用數(shù)據(jù)處理軟件自