電力電子實驗指導(dǎo)書

電力電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書

上海大學(xué)機自學(xué)院自動化系實驗室編寫2014.031實驗一直流斬波電路的性能研究一．實驗?zāi)康氖煜そ祲簲夭娐罚˙uckChopper）和升壓斬波電路(BoostChopper)的工作原理，掌握這兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二．實驗內(nèi)容1．SG3525芯片的調(diào)試。2．降壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。3．升壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。

三．實驗設(shè)備及儀器1．電力電子教學(xué)實驗臺主控制屏。2．NMCL-16組件。3．NMEL-03電阻箱(900Ω/0.41A)。4．萬用表。5．雙蹤示波器6．直流安培表。四．實驗方法1．SG3525的調(diào)試。原理框圖見圖ON+15S26?！?打S將扭子開關(guān)15S115.1V16半橋電源Vc基準欠壓鎖定5.1V電直流斬波”側(cè)，S向“6712C14+15vOFF直流斬波“3”將源開關(guān)打向“ON”，35R16振蕩器端用導(dǎo)線短接，端和“4”QR27A118T>1Q端輸用示波器觀察“1”32R3C29Q齒電出壓波形為鋸應(yīng)波，并記錄其波形的頻率和幅值。>15.1V10112B145.1V軟起動81049RR4+15v1S地RP50uA扳向扭子開關(guān)S，用導(dǎo)線分別連“OFF”12，用示“9”、“6”“5”接、12脈沖寬SG3525關(guān)閉2R5端波形，并波器觀察“5”圖2—6PWM波形發(fā)生記錄其波形、頻率、幅2度調(diào)節(jié)度，調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，記錄其最大占空比和最小占空比。Dmax=Dmin=1。2—72．實驗接線圖見圖端和“1”2”的）切斷NMCL-16主電源，分別將“主電源（1直C流斬波電““2”端和端相連，“主電源2”的“直流斬波電路”的“1”端分別和直流、“8”“PWM波形發(fā)生”的“7”路”的“2”端相連，將端串、“5”直流斬波電路”的“4”斬波電路VT的GS端相連，“1112的電阻并聯(lián)起來，900Ω/0.41A電阻箱(將兩組聯(lián)NMEL-03，和直流(a)主電源安培表（將量程切450Ω)順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約L1VT1換到2A擋）。314（2）檢查接線正確后，接通控制電路和主電路的電源(注S1意：先接通控制G1VD1的信號的波形，MOSFET比，每改變一次，電路電源后接通主電路電源)，改變脈沖占空分別觀察PWM52的波形，記錄i柵源電壓波形，輸出電壓、u波形，輸出電流。Ui和U信00號占空比D，ui、u的平均值PWM（3）改變負載R的值（注意：負載電流不能(b)降壓斬波電路00VDL2超過1A），81重復(fù)上述內(nèi)容2。（4）切斷主電路電源，斷開“主電路2”和“降壓斬波電路”的連接，斷開“PWM波形發(fā)生”6C2VT2與VT1的連接，分別將“直流斬和“7”相連，“直流斬波電路”的波電路”的“6”1”波形分別接至S“PWM“主電路2”的“2”端相連，將VT的G2227”和“8”端，直流斬波電路的“10”（兩組分別并聯(lián)，然后串聯(lián)在一起順時針旋NMEL-03G29和“主電路2”的“711S2端，分別串聯(lián)、“11”發(fā)生”的“電阻箱(c)升壓斬波電路2A轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約900圖直流斬波電路2-7Ω）和直流安培表（將量程切換到擋）。檢查接線正確后，接通主電路和控制電路的電源。改變脈沖占空比D，每改變一次，分別：觀察u波形，輸出電流i的波形，記錄00PWMUi和U。00（5）改變負載R的值（注意：負載電流不能超過PWM信號的波形，MOSFET的柵源電壓波形，輸出電壓、D，ui、u的平均值1A），重復(fù)上述內(nèi)容4。（6）實驗完成后，斷開主電路電源，信號占空比拆除所有導(dǎo)線。五．注意事項：（1）“主電路電源為15V，輸出電流為1A，當(dāng)改變負載電路時，注意R值不可過熔斷絲。（2）實驗過程當(dāng)中先加控制信號，后加“主電路電源2”。（3）做升壓實驗時，注意“PWM波形發(fā)生器”的“S1”一橋電源”極易燒毀“主電路電源2”內(nèi)部的熔斷絲。2”的實驗輸出電壓小，否則電流太大，有可能燒毀電源內(nèi)部的定要打在“直流斬波”，如果打在“半六．實驗報告31．分析PWM波形發(fā)生的2．記錄在某一占空比D下，降壓斬波電路中，MOSFET的柵源電壓波形，輸出電壓i的波形，并繪制降壓斬波電路的Ui/Uo-D曲線，與理論分析結(jié)果進行比較，并原理u波形，0輸出電流討論產(chǎn)生差異的原因。04實驗二單相交直交變頻電路的性能研究一．實驗?zāi)康氖煜蜗嘟恢苯蛔冾l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，對單相交直交變頻電路在電阻負載、電阻電感負載時的工作情況及其波形作全面分析，并研究工作頻率對電路工作波形的影響。二．實驗內(nèi)容1．測量SPWM波形產(chǎn)生過程中的各點波形。2．觀察變頻電路下的波形。輸出在不同的負載三．實驗設(shè)備及儀器1．電2．MCL-16組件。3．電阻感元件(MEL-03、700mH電感)。4．雙蹤示波器力電子及電氣傳動主控制屏。、電。5．萬用表。四．實驗原理VTVTGGEEL13VT2VT4CG4G22E25圖5—13單相交直交變頻電路單相交直交變頻電路的主電路如圖5—13所示。本實驗中主電路中間直流電壓u由交流電整流而得，而逆變部分別采用單相橋式PWM逆變電d路。逆變電路中功率器件采用600V8A的IGBT單管（含反向二極管，型號為ITH08C06），IGBT的驅(qū)動電路采用美國國際整流器公司生產(chǎn)的大規(guī)模MOSFET和IGBT專用驅(qū)動集成電路1R2110，控制電路如圖5—12所示，以單片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038為核心組成，生成兩路PWM信號，分別5用于控制VT、VT和VT、VT兩對IGBT。ICL8038僅需很小的外部元件就可以正常工作，用于3412發(fā)生正弦波、三角波、方波等，頻率范圍0.001到500kHz。五．實驗方法1．SPWM波形的觀察G1隔離及驅(qū)脈動E11G253沖E2延64正弦GEG正弦頻率調(diào)圖5—14SPWM波形發(fā)）觀察正弦波發(fā)生電路輸出的正弦信U波形（”端與“地”端），改變正弦波頻率節(jié)電位器，測試其頻率可調(diào)范圍）觀察三角形載U的波形（”端與“地”端），測出其頻率，并觀U的應(yīng)關(guān)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“地”端），并比“較3”端和“4”端的相位關(guān)系。（4）觀察對VT、VT進行控制的SPWM信號（“5”端與“地”端）和對VT、VT進行控4132制的SPWM信號(“6”端與“地”端)，仔細觀察“5”端信號和“6”端防號之間的互鎖延遲時間。2．驅(qū)動信號觀察在主電路不接通電源情況下，S3扭子開關(guān)打向“OFF”，分別將“SPWM波形發(fā)生”的G、E、11G、E、G、E、G和“單相交直交變頻電路”的對應(yīng)端相連。經(jīng)檢查接線正確后，S3扭子開關(guān)打42332向“ON”，對比VTI和VT2的驅(qū)動信號，VT3和VT4的驅(qū)動信號，仔細觀察同一相上、下兩管驅(qū)動信號的波形，幅值以及互鎖延遲時間。3．S3扭子開關(guān)打向“OFF”，分別將“主電源2”的輸出端“1”和“單相交直交變頻電路”的“1”端相連，“主電源2”的輸出端“2”和“單相交直交變頻電路”的“2”端相連，將“單相交直交變頻電路”的“4”、“5”端分別串聯(lián)MEL-03電阻箱（將一組900Ω/0.41A并聯(lián)，然后順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值S3扭子開關(guān)打向“ON”，合上主電源（調(diào)節(jié)負載電阻阻值負載6最大約450Ω）和直流安培表（將量程切換到2A擋）。將經(jīng)檢查無誤后，使輸出負載電壓波形達到最佳值，電阻阻值在90Ω~360Ω時波形最好）。4．當(dāng)負載為電阻時，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(yīng)的負載電壓、波形、幅值和頻率。5．當(dāng)負載為電阻電感時，觀察負載電壓和負載電流的波形。六．注意事項1．“輸出端”不允許開路，同時最大電流不允許超過“1A”。2．注意電源要使用“主電源2”的“15V”電壓其他同“直流斬波”電路相同。七．實驗報告1．繪制完整的實驗電路原理圖。2．電阻負載時，列出數(shù)據(jù)和波形，并進行討論分析。3．電阻電感負載時，列出數(shù)據(jù)和波形，并進行討論及分析。4．分析說明實驗電路中的PWM控制是采用同步調(diào)制還是異步調(diào)制。5．為使輸出波形盡可能的接近正弦波，可以采取什么措施。6．分析正弦波與三角波之間不同的載波比情況下的負載波形，理解改變載波比對輸出功率管和輸出波形的影響。7實驗三鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗一．實驗?zāi)康?．加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2．掌握鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試方法。二．實驗內(nèi)容1．鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試。2．鋸齒波同步觸發(fā)電路各點波形觀察，分析。三．實驗線路及原理

鋸齒波同步移相觸發(fā)電路主要由脈沖形成和放大，鋸齒波形成，同步移相等環(huán)節(jié)組成，其工作原理可參見“電力電子技術(shù)”有關(guān)教材。四．實驗設(shè)備及儀器1．教學(xué)實驗臺主控制屏2．NMCL—33組件3．NMCL—05(A)組件或NMCL—36組件4．NMEL—03組件5．二蹤示波器6．萬用表五．實驗方法1．將NMCL-05(A)面板上左上角的同步電壓輸入接NMCL—32的U、V端，“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。2．合上主電路電電壓波形，示波器的地線接于“同時觀察“1”、“2”孔的波形，3”~“5”孔波形及輸出電壓U的波形，記G1K1下各波形3”孔電壓U與U的對應(yīng)關(guān)系。533．調(diào)節(jié)脈沖移相范圍將NMCL—31的“G”輸出電壓調(diào)至0V，即將控制電壓U調(diào)至零，用示波器觀察U電壓（即“2”。=180（即調(diào)RP），使U孔）及U的波形，調(diào)節(jié)偏移電壓b5O，=180時，=0要求，源開關(guān)，并打開MCL—05面板右下角的電源開關(guān)。用示波器觀察各觀察孔的7”端。了解鋸齒波寬度和“1”點波形的關(guān)系。觀察“調(diào)整電位器RP1，使“3”的鋸齒波剛出現(xiàn)平頂，的幅值與寬度，比較“2ctOU，的給定電位器—調(diào)節(jié)NMCL31RP1增加觀察脈沖的移動情況，U8ctctOOO的要求。~180，以滿足移相范圍=30=30U=U時，maxctO，觀察并記錄U~U及輸出脈沖電壓U，U=604．調(diào)節(jié)用導(dǎo)線連接“K1”和“K3”端，用雙蹤示波器觀察U和U的波形，調(diào)節(jié)電位器RP3，使UG1K1G3K3G1K10U間隔180和U，使的波形，并標出其幅51G2K2ctG1K1值與寬度。。G3K3六．實驗報告1．整理，描繪實驗中記錄的各點波形，并標出幅值與寬度。范圍的大小與哪些參數(shù)有關(guān)？2．總結(jié)鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調(diào)試方法，移相O，應(yīng)如何調(diào)整？=903．如果要求U=0時，4．討論分析其它實驗現(xiàn)象。ct七．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(dāng)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。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，晶閘管才中，若太小可能出現(xiàn)晶閘管時通時斷，所以實驗中，應(yīng)保持小于過流。在不能確定的情況下，盡可能選擇較大的電阻或電可靠導(dǎo)通。實驗HH100mA。，（5）如用此觸發(fā)電路控制晶閘管，注意須斷開NMCL—33的內(nèi)部觸發(fā)脈沖。9實驗四三相半波可控整流電路的研究一．實驗?zāi)康牧私馊喟氩煽卣麟娐返墓ぷ髟?，研究可控整流電路在電阻和電阻—電感性工作。二．實驗線路及原理三相半波可控整流電路用三只晶閘管，與單相電路比較，輸出電壓脈動小，輸出功率大，三相負載平衡。不足之處是晶閘管電流即變壓器的二次電流在一個周期內(nèi)只有1/3時間有電流流過，變壓器利用率低。實驗線路見圖1-5。三．實驗內(nèi)容

1．研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負載時的工作。2．研究三相半波可控整流電路供電給電阻—電感性負載時的工作。四．實驗設(shè)備及儀表1．教學(xué)實驗臺主控制屏2．NMCL—33組件3．NMEL—03組件4．二蹤示波器5．萬用表五．注意事項1．整流電路與三相電源連接時，一定要注意相序。2．整流電路的負載電阻不宜過小，應(yīng)使I不超過0.8A，同時負載電阻不宜過大，保證I超dd過0.1A，避免晶閘管時斷時續(xù)。3．正確使用示波器，避免示波器的兩根地線接在非等電位的端點上，造成短路事故。六．實驗方法1．按圖接線，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MCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖0，則相序正60“2”脈沖脈沖超前，（2）檢查相序，用示波器觀察“1”“2”單脈沖觀察孔，“1”確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V—2V的脈沖。2．研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負載時的工作10合上主電源，接上電阻性負載：（）與tα?xí)r，可控整流電路的輸出電壓U=fU（a）改變控制電壓，觀察在不同觸發(fā)移相角dct負載電阻，可選用主電源輸出，位直流電流表，量程為5A于NMCL-32組晶閘管，位于INMCL-33UVWN平波電抗器，位于NMCL-331R歐并聯(lián))NMEL-03(900DAGV上給定NMCL-33NMCL-31（），并記錄相應(yīng)的U、I、輸出電流波形b）記錄α=90°Udd（）。=fα）求取三相半波可控整流電（c2d（）=fId（）求取三相半波可控整流電路的負載特性Udd3．研究三相半波可控整流電路供電給電阻—電感性負載時的工作接入NMCL—331的電抗器L=700mH，，可把原負載電阻R調(diào)小，（若超過0.8A，可用導(dǎo)線把負載電U、IU=f值，記錄tα=90°i=ft（a）觀察不同移相角α?xí)r的輸出dddd（）、i=fUt值。（）（）的波形圖。=f=f三相半波可控整流電路圖1-5ctdddtt及i時的（路的輸入—輸出特性U/U監(jiān)視電流，不宜超過0.8AD操作方法同上。阻短路），（）、（），并記錄相應(yīng)的（），（）波形圖。=fi=ftt時的U=ftUvtdd（）。α—輸出特性U/U=f（b）求取整流電路的輸入2d七．實驗報告（），（）及U=f=f—電感性負載時的Utt=i．繪出本整流電路供電給電阻性負載，電阻1vtdd（）（在α=90°情況下）波形，并進行分析討論。ft（）（）。α/UU=fI，輸入—輸出特性U=f．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪出整流電路的負載特性22ddd八．思考1．如何確定三相觸發(fā)脈沖的相序？它們間分別應(yīng)有多大的相位差？2．根據(jù)所用晶閘管的定額，如何確定整流電路允許的輸出電流？11實驗五三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一．實驗?zāi)康?．熟悉NMCL-33組件。2．熟悉三相橋式全控整流及有源逆變電路的接線及工作原理。二．實驗內(nèi)容1．三相橋式全控整流電路2．三相橋式有源逆變電路3．觀察整流或逆變狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時的波形。三．實驗線路及原理實驗線路如圖1-7所示。主電路由三相全控變流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流橋組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。三相橋式整流及有源逆變電路的工作原理可參見“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。四．實驗設(shè)備及儀器1．教學(xué)實驗臺主控制屏2．NMCL—33組件3．NMEL—03組件4．NMCL—35組件5．二蹤示波器6．萬用表五．實驗方法1．未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。o的幅度相同的60NMCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔（1）用示波器觀察雙脈沖。0，則相序正脈沖60單脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”，（2）檢查相序，用示波器觀察“1”“2”確，否則，（3）用示波每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V—2V的脈沖。將面板上的U（當(dāng)三相橋式全控變流電路使用I組橋晶閘管VT1~VT6時）接地，將Iblf組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)均撥到“接通”。（4）將NMCL-31的給定器輸出U接至NMCL-33面板的U端，調(diào)節(jié)偏移電壓U，在U=0ctbgcto。應(yīng)調(diào)整輸入電源。器觀察

時，使=150122．三相橋式全控整流電路1-7接線，AB兩點斷開、CD兩點斷開，按圖AD連接在一起，并將=3090在合上主電源。調(diào)節(jié)三相橋式全控整流及有源逆變電路主回1-7aOOooOtt，晶閘管兩端電壓u流電R調(diào)至最大(450)。D時，整、U，主電源輸出，NMCL-3NMCL-3使30、~9060范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄）（（）的波形，并記錄ct壓u=f=fVTd數(shù)值。和交流輸入電壓相應(yīng)的．三相橋式有源逆變電路UUd3兩點ABAD點的連接，分別2G連接斷開電源開關(guān)后，斷開O左右。仍為150兩點。調(diào)節(jié)和CDU，使電=90、120給定ctOOO時、150,合上主電源。調(diào)節(jié)U，觀察數(shù)值。Udu、u的波形，并記錄相應(yīng)的、U路中在ct2dVT整流狀態(tài)時，斷開某一晶．電路模擬故障現(xiàn)象觀察。4則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)，波形。導(dǎo)通，觀察并記錄此時的ud六．實驗報告NMCL-31NMCL-33曲線；=fα—2．作1．畫出電路的移相特性Ud=f()）；（出整流電路的輸入輸出特性U/U三相電路控制回路圖1-7b2dOOO90、6030．3畫出三相橋式全控整流電路時，、u波形；時的u波形；、時的uu120角為．畫出三相橋式有源逆變電角為、VTdOOO路時，4β150、、90．簡單分析模擬故障現(xiàn)象；5VTd13實驗六單相交流調(diào)壓電路實驗一．實驗?zāi)康?．加深理解單相交流調(diào)壓電路的工作原理。2．加深理解交流調(diào)壓感性負載時對移相范圍要求。二．實驗內(nèi)容1．單相交流調(diào)壓器帶電阻性負載。2．單相交流調(diào)壓器帶電阻—電感性負載。三．實驗線路及原理本實驗采用了鋸齒波移相觸發(fā)器。該觸發(fā)器適用于雙向晶閘管或兩只反并聯(lián)晶閘管電路的交流相位控制，具有控制方式簡單的優(yōu)點。晶閘管交流調(diào)壓器的主電路由兩只反向晶閘管組成，見圖1-8。四．實驗設(shè)備及儀器1．教學(xué)實驗臺主控制屏2．NMCL—33組件3．NMEL—03組件4．NMCL-05(A)組件或NMCL—36組件5．二蹤示波器6．萬用表五．注意事項在電阻電感負載時，當(dāng)時，若脈沖寬度不夠會使負載電流出現(xiàn)直流分量，損壞元件。為此主電路可通過變壓器降壓供電，這樣即可看到電流波形不對稱現(xiàn)象，又不會損壞設(shè)備。六．實驗方法1．單相交流調(diào)壓器帶電阻性