電力電子實物部分實驗指導1311電力電子實驗

1、 電力電子技術實驗講義（H541）目 錄實驗一 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗 .1實驗二 全橋DC/DC變換電路實驗 .7實驗三 單相交直交變頻電路（純電阻） .9實驗四 直流斬波電路(設計性)的性能研究.11 實驗一 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一實驗目的1熟悉三相橋式全控整流電路工作原理，輸出電壓、電流波形，輸入輸出關系等。2. 了解 KJ 系列集成觸發(fā)器的調(diào)整方法和各點的波形3熟悉三相全控整流電路有源逆變狀態(tài)的工作原理和工作狀態(tài)。二實驗內(nèi)容1三相橋式全控整流電路。2觀察整流狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時的波形。3三相橋式有源逆變電路。三實驗線路及原理三相全控整流電路實驗線路如圖

2、1-1 及圖 1-2 所示。主電路由三相全控整流電路及負載組成。觸發(fā)電路為集成觸發(fā)電路，由 KJ004、KJ04l、KJ042 等集成芯片組成，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。集成觸發(fā)電路的原理可參考電力電子技術教材的有關內(nèi)容，教材中此部分原理圖見圖1-3。三相全控整流電路有源逆變狀態(tài)的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，實驗線路如圖 1-1 所示，工作原理可參見電力電子技術教材。圖 1-1 三相全控整流電路主電路原理圖圖 1-2 三相全控整流電路控制電路原理圖四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏2NMCL33 組件3MEL03A 組件1 4NMCL31 組件5N

3、MCL35 組件6雙蹤示波器（自備）7萬用表（自備）圖 1-3 三相全控整流電路集成觸發(fā)電路原理圖（教材中提供的原理圖）圖 1-4 三相全控整流電路有源逆變狀態(tài)的原理圖2 五注意事項1雙蹤示波器有兩個探頭，可以同時測量兩個信號，但這兩個探頭的地線都與示波器的外殼相連接，所以兩個探頭的地線不能同時接在某一電路的不同兩點上，否則將使這兩點通過示波器發(fā)生電氣短路。為此，在實驗中可將其中一根探頭的地線取下或外包以絕緣，只使用其中一根地線。當需要同時觀察兩個信號時，必須在電路上找到這兩個被測信號的公共點，將探頭的地線接上，兩個探頭各接至信號處，即能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不致發(fā)生意外。示波器的兩

4、根地線與外殼相連，使用時必須注意兩根地線需要等電位，避免造成短路事故。2為保護整流元件不受損壞，需注意實驗步驟：（1）在主電路不接通電源時，調(diào)試觸發(fā)電路，使之正常工作。（2）在控制電壓U =0 時，接通主電路電源，然后逐漸加大U ，使整流電路投入工作。ctct（3）正確選擇負載電阻或電感，須注意防止過流。在不能確定的情況下，盡可能選擇較大的電阻或電感，然后根據(jù)電流值來調(diào)整。（4）晶閘管具有一定的維持電流I ，只有流過晶閘管的電流大于I ，晶閘管才可靠導通。實驗HH中，若負載電流太小，可能出現(xiàn)晶閘管時通時斷，所以實驗中，應保持負載電流不小于 100mA。3整流電路與三相電源連接時，一定要注意相序

5、，相序接錯容易燒毀晶閘管4整流電路供電給電阻負載時，負載電阻不宜過小，應使I 不超過 0.8A（注意也不能超過負d載電阻允許的最大值），同時負載電阻不宜過大，保證I 超過 0.1A，避免晶閘管時斷時續(xù)。供電d給反電勢負載時，注意電流不能超過電機的額定電流（I =1A）。d5在電動機起動前必須預先做好以下幾點：（1）先加上電動機的勵磁電流，然后才可使整流裝置工作。（2）起動前，必須置控制電壓 U 于零位，整流裝置的輸出電壓 U 最小，合上主電路后，才ctd可逐漸加大控制電壓。六實驗方法1未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察NMCL-33 的雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，相互

6、間隔 60o的幅度相同的雙脈沖。（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖 60 ，則相序正確，否則，應調(diào)整輸0入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為 1V2V 的脈沖。注：將面板上的U （當三相橋式全控變流電路使用 Iblf組橋晶閘管VT1VT6 時）接地，將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關均撥到“接通”。（4）將NMCL31 的給定器輸出U 接至NMCL-33g面板的U 端，調(diào)節(jié)偏移電壓U ，在U =0 時，使=150o。(注NMCL-31ctbctNMCL-33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

7、，前面實驗中的單相晶閘管電路 的 0圖三相電路控制回路1-7b圖 1-5 三相電路控制電路接線3 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)。2三相橋式全控整流電路供電給電阻負載時的工作研究按圖 1-5、1-6 接線，分別短接平波電抗器和直流電動機 M03 的電樞繞組。合上主電源，調(diào)節(jié)負載電阻，使R 大于 200，注意電阻不能過大，應保持i 不小于 100mA，Dd否則可控硅由于存在維持電流，容易時斷時續(xù)。（1）調(diào)節(jié)U ，觀察在 30、60、90、120等不同移相范圍內(nèi)，整流電路的輸出電壓U =fct，d（ ）=f（t）以及晶閘管端電壓U =f（t）的波形，并加

8、以記錄。t ，輸出電流idVT（ ）（2）讀取本整流電路的特性U /U =f 。讀取時，根據(jù)需要不斷調(diào)整負載電阻R，使得負d2載電流I 保持在 0.6A左右(注意I 不得超過 0.65A)。dddd/2U (計算值)d計算公式:U =2.34U cos(060O)d2U =2.34U 1+cos(a+ ) (60 120 )ood23圖 1-6 三相全控整流電路接線圖4 3三相橋式全控整流電路在供電給反電勢負載時的工作研究分別拆除平波電抗器和直流電動機 M03 電樞繞組的短接線。（1）置電感量較大時（L=700mH），調(diào)節(jié)U ，觀察在不同移相角時整流電路供電給反電勢，ct（ ）（ ）負載的輸出

9、電壓U =f t ，輸出電流i =f t 波形，并給出=60、90時的相應波形。注意，電dd機空載時，由于電流比較小，有可能電流時斷時續(xù)。（2）在相同電感量下，求取本整流電路在=60與=90時供電給反電勢負載時的負載特性n=f（ ）I。從電機空載開始，測取 57 個點，注意電流最大不能超過 1A。d=60dn（r/min）=90dn（r/min）4觀察平波電抗器的作用（1）在大電感量與=120條件下，求取反電勢負載特性曲線，注意要讀取從電流連續(xù)到電流（ ）， （ ）斷續(xù)臨界點的數(shù)據(jù)，并記錄此時的U =f ti =f t 。dd（2）減小電感量，重復（1）的實驗內(nèi)容5電路模擬故障現(xiàn)象觀察。在整流

10、狀態(tài)時，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導通，觀察并記錄此時的u 波形。d6三相橋式有源逆變電路按圖 1-7，接線斷開電源開關后，斷開AD點的連接，分別連接AB兩點和CD兩點。調(diào)節(jié)U ，ct使仍為 150O左右。合上主電源，調(diào)節(jié)U ，觀察=90O、120O、150O時，電路中u 、u 的波形，并記錄相應的Ud、ctdVTU 數(shù)值。2七實驗報告1畫出電路的移相特性 Ud=f()曲線。2作出整流電路的輸入輸出特性U /U =f （ ）。d23畫出三相橋式全控整流電路時，角為 30 、60 、90 時的u 、u 波形。OOOdVT4簡單分析模擬故障現(xiàn)象。5畫出三相橋式

11、有源逆變電路時，角為 150 、120 、90 時的u 、u 波形。OOOdVT八思考1如何確定三相觸發(fā)脈沖的相序？它們間分別應有多大的相位差？2能否用雙蹤示波器同時觀察觸發(fā)電路與整流電路的波形？3為什么說可控整流電路供電給電動機負載與供電給電阻性負載在工作上有很大差別？4本實驗電路在電阻性負載工作時能否突加一階躍控制電壓？在電動機負載工作時呢？為什么？5 NMCL-35ABVWCD圖1-7a 三相橋式全控整流及有源逆變電路主回路圖 1-7 三相全控整流電路有源逆變狀態(tài)主電路接線圖6 實驗二 全橋 DC/DC 變換電路實驗一實驗目的1掌握可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的組成、原理及各主要單元部件的

12、工作原理。2熟悉直流 PWM 專用集成電路 SG3525 的組成、功能與工作原理。3熟悉 H 型 PWM 變換器的各種控制方式的原理與特點。二實驗內(nèi)容1PWM 控制器 SG3525 性能測試。2H 型 PWM 變換器 DC/DC 主電路性能測試。三實驗系統(tǒng)的組成和工作原理全橋 DC/DC 變換脈寬調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖 21 所示。圖中可逆 PWM 變換器主電路系采用 MOSFET 所構成的 H 型結構形式，UPW 為脈寬調(diào)制器，DLD 為邏輯延時環(huán)節(jié)，GD 為 MOS 管的柵極驅動電路，F(xiàn)A 為瞬時動作的過流保護。全橋 DC/DC 變換脈寬調(diào)制器控制器 UPW 采用美國硅通用公司（Silic

13、on General ）的第二代產(chǎn)品 SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強的單片集成PWM 控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設計及調(diào)試，故獲得廣泛使用。四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏2NMCL31 組件3NMCL22 組件4MEL03A 組件5雙蹤示波器(自備)五實驗方法1UPW 模塊的 SG3525 性能測試（1）用示波器觀察 UPW 模塊的“1”端的電壓波形，記錄波形的周期、幅度。（2）用示波器觀察“2”端的電壓波形，調(diào)節(jié)RP 電位器，使方波的占空比為 50%。2（3）用導線將給定模塊“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調(diào)節(jié)正負給定，

14、記錄“2”端輸出波形的最大占空比和最小占空比。2控制電路的測試（1）邏輯延時時間的測試在上述實驗的基礎上，分別將正、負給定均調(diào)到零，用示波器觀察 “DLD”的“1”和“2”端的輸出波形，并記錄延時時間 t =d（2）同一橋臂上下管子驅動信號列區(qū)時間測試分別將“隔離驅動”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器分別測量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4. 的列區(qū)時間：GSttdVT1.VT2=dVT3.VT4=7 3DC/DC 波形觀察按圖 21 接線。（1）波形的測試a將正、負給定均調(diào)到零，交流電壓開關合向 AC200V，合上主控制屏電源開關。b調(diào)節(jié)正給定，觀察電阻負載上的波

15、形。c調(diào)節(jié)給定值的大小，觀察占空比的大小的變化。六實驗報告根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，列出 SG3525 的各項性能參數(shù)、邏輯延時時間、同一橋臂驅動信號死區(qū)時間、起動限流繼電器吸合時的直流電壓值等。七思考題1為了防止上、下橋臂的直通，有人把上、下橋臂驅動信號死區(qū)時間調(diào)得很大，這樣做行不行，為什么？您認為死區(qū)時間長短由哪些參數(shù)決定？2與采用晶閘管的移相控制直流調(diào)速系統(tǒng)相對比，試歸納采用自關斷器件的脈寬調(diào)速系統(tǒng)的特點。圖 2-1 全橋 DC/DC 變換電路8 實驗三 單相交直交變頻電路（純電阻）一實驗目的熟悉單相交直交變頻電路的組成，重點熟悉其中的單相橋式 PWM 逆變電路中元器件的作用，工作原理，對單相交直交

16、變頻電路驅動電機時的工作情況及其波形作全面分析，并研究正弦波的頻率和幅值及三角波載波頻率與電機機械特性的關系。二實驗內(nèi)容1測量 SPWM 波形產(chǎn)生過程中的各點波形。2觀察變頻電路驅動電機時的輸出波形。3觀察電機工作情況。三實驗設備和儀器1電力電子及電氣傳動主控制屏2NMCL-22 組件3MEL-03A 組件4雙蹤示波器（自備）5萬用表（自備）四實驗方法1SPWM 波形的觀察（1） 觀察“SPWM 波形發(fā)生”電路輸出的正弦信號 Ur 波形 2 端與（UPW 脈寬調(diào)制器 4 腳）地端，改變正弦波頻率調(diào)節(jié)電位器，測試其頻率可調(diào)范圍。（2） 觀察三角形載波 Uc 的波形 1 端與（UPW 脈寬調(diào)制器

17、4 腳）地端，測出其頻率，并觀察Uc 和 Ur 的對應關系。（3） 觀察經(jīng)過三角波和正弦波比較后得到的 SPWM 波形 3 端與（UPW 脈寬調(diào)制器 4 腳）地端。2邏輯延時時間的測試將“SPWM 波形發(fā)生”電路的 3 端與DLD的 1 端相連，用雙蹤示波器同時觀察DLD的 1 和 2端波形，并記錄延時時間 Td.。3同一橋臂上下管子驅動信號死區(qū)時間測試用雙蹤示波器分別同時測量 G1、E1 和 G2 、E2， G3 、E3 和 G4 、E2 的死區(qū)時間。4不同負載時波形的觀察按圖 3-1 接線，先斷開控制屏主電源。將三相電源的 U、V、W 接主電路的相應處，將主電路的 1、3 端相連，（1）當

18、負載為電阻時（6、7 端接一電阻），觀察負載電壓的波形，記錄其波形、幅值、頻率。在正弦波 Ur 的頻率可調(diào)范圍內(nèi)，改變 Ur 的頻率多組，記錄相應的負載電壓、波形、幅值和頻率。（2）當負載為電阻電感時（6、8 端相聯(lián)，9 端和 7 端接一電阻），觀察負載電壓和負載電流的波形。5測試在不同的載波比的情況下，逆變波形的的變化。9 五思考題1了解電感 L 和電容 C 在逆變電路中的作用。2在變頻電路中，了解調(diào)制度和載波比的計算。圖 3-1 單相交直交變頻電路13G1G3UVWVT1VD1VD2VD3VD4VT357+E1E3LCG2G4VT2VT4924圖5-19圖 3-1 單相交直交變頻電路10

19、實驗四 直流斬波電路(設計性)的性能研究一實驗目的熟悉六種斬波電路（buck chopper 、boost chopper 、buck-boost chopper 、cuk chopper 、sepicchopper、 zeta chopper) 的工作原理，掌握這六種斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二實驗內(nèi)容1SG3525 芯片的調(diào)試。2斬波電路的連接。3斬波電路的波形觀察及電壓測試。三實驗設備及儀器1電力電子教學試驗臺主控制屏2NMCL-22 組件3雙蹤示波器4萬用表四實驗方法按照面板上各種斬波器的電路圖，取用相應的元件，搭成相應的斬波電路即可。1SG3525 性能測試先按下開關 S1（1）

20、鋸齒波周期與幅值測量(分開關 s2、s3、s4 合上與斷開多種情況）。測量“1”端。（2）輸出最大與最小占空比測量。測量“2”端。2buck chopper（1）連接電路。將 UPW(脈寬調(diào)制器)的輸出端 2 端接到斬波電路中 IGBT 管 VT 的 G 端，分別將斬波電路的 1與 3，4 與 12，12 與 5，6 與 14，15 與 13，13 與 2 相連，照面板上的電路圖接成 buck chopper 斬波器。（2）觀察負載電壓波形。經(jīng)檢查電路無誤后，按下開關 s1、s8，用示波器觀察 VD1 兩端 12、13 孔之間電壓，調(diào)節(jié) upw的電位器 rp，即改變觸發(fā)脈沖的占空比，觀察負載電壓的變化，并記錄電壓波形（3）觀察負載電流波形。用示波器觀察并記錄負載電阻 R4 兩端波形（4）改變脈沖信號周期。在