電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教案

錦程散案

課程名稱：電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)

任課教師：____________張振飛________________

所屬院部：電氣與信息工程學(xué)院

教學(xué)班級：電氣1501J504班、自動化1501-1504

自動化卓越1501

教學(xué)時(shí)間：2017-2018學(xué)年第一學(xué)期

湖南工學(xué)院

課程基本信息

課程課程代碼

G0100434總計(jì)：學(xué)時(shí)

電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)

名稱

學(xué)分講課：學(xué)時(shí)

類別必修課（V）選修課（）理論課（）實(shí)驗(yàn)課（V）實(shí)驗(yàn)：12學(xué)時(shí)

上機(jī)：學(xué)時(shí)

任課

張振飛職稱高級實(shí)驗(yàn)師

課程設(shè)計(jì)：周

教師

授課專業(yè)班級：電氣1501-1504班（12課時(shí)）、自動化1501T504（8課時(shí)）、自動

對象化卓越1501（8課時(shí)）共9個(gè)班

1、課程性質(zhì)、地位:

課本課程為實(shí)驗(yàn)課，是自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程

實(shí)驗(yàn)。

2、課程目標(biāo)、

程

本課程目標(biāo)是提高學(xué)生在本課程領(lǐng)域的實(shí)踐動手能力，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生對

電力電子技術(shù)的認(rèn)知、分析和調(diào)試能力，并在此基礎(chǔ)上加深對理論課程的理

簡解。

3、主要內(nèi)容（自動化專業(yè)只做實(shí)驗(yàn)一、三、四、五）

介實(shí)驗(yàn)一、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性）

實(shí)驗(yàn)二、正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性）

（不實(shí)驗(yàn)三、三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)（綜合性）

超過

實(shí)驗(yàn)四、直流斬波電路的性能研究（驗(yàn)證性）

1000

字）實(shí)驗(yàn)五、三和橋式仝控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)（綜合性）

實(shí)驗(yàn)六、綜合測試

基本

教材

1.教材

和主《電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》湖南工學(xué)院電氣與信息工學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心編

要參2.參考資料

《型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》天煌教儀編寫

考資DJDK-1

料

實(shí)驗(yàn)SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實(shí)驗(yàn)

一、本次課主要內(nèi)容

1、晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)。

2、可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)（選做）。

3、功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)。

4、大功率晶體管（GTR）特性實(shí)驗(yàn)（選做）。

5、絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)。

二、教學(xué)目的與要求

1、掌握各種電力電子器件的工作特性測試方法。

2、掌握各器件對觸發(fā)信號的要求.

三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

1、重點(diǎn)是掌握各種電力電子器件的工作特性測試方法。

2、難點(diǎn)是各器件對觸發(fā)信號的要求。

四、教學(xué)方法和手段

課堂講授、提問、討論、演示、實(shí)際操作等。

五、作業(yè)與習(xí)題布置

撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號備注

號

該控制屏包含“三相電源輸

1DJK01電源控制屏

出”，“勵磁電源”等幾個(gè)模

塊。

DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件該掛件包含“二極管”以及

2

“開關(guān)

3DJK07新器件特性實(shí)驗(yàn)

4DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)

負(fù)載

5萬用表自備

三、實(shí)驗(yàn)線路及原理

將電力電子器件（包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五種）和負(fù)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(diào)節(jié)，直至器件觸發(fā)導(dǎo)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(diào)電阻負(fù)

載，將兩個(gè)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(diào)壓器，然后

調(diào)壓器輸出接DJK09上整流及濾波電路，從而得到一個(gè)輸出可以由調(diào)壓

器調(diào)節(jié)的直流電壓源。

實(shí)驗(yàn)線路的具體接線如下圖所示:

圖IT新器件特性實(shí)驗(yàn)原理圖

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)。

2、可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)。

3、功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)。

4、大功率晶體管（GTR）特性實(shí)驗(yàn)。

5、絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)。

五、預(yù)習(xí)要求

閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)電力電子器件的章節(jié)。

六、思考題

各種器件對觸發(fā)脈沖要求的異同點(diǎn)？

七、實(shí)驗(yàn)方法

1、按圖1-1接線，首先將晶閘管（SCR）接入主電路，在實(shí)驗(yàn)開始

時(shí)，將DJK06上的給定電位器RP1沿逆時(shí)針旋到底,S1撥到“正給定”

側(cè)，S2撥到“給定”側(cè)，單相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)到底，DJK09上的可調(diào)電

阻調(diào)到阻值為最大的位置；打開DJK06的電源開關(guān)，按下控制屏上的“啟

動”按鈕，然后緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器，同時(shí)監(jiān)視電壓表的讀數(shù)，當(dāng)直流電壓

升到40V時(shí)，停止調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器（在以后的其他實(shí)驗(yàn)中，均不用調(diào)節(jié)）；

調(diào)節(jié)給定電位器RPL逐步增加給定電壓，監(jiān)視電壓表、電流表的讀數(shù),

當(dāng)電壓表指示接近零（表示管子完全導(dǎo)通），停止調(diào)節(jié)，記錄給定電壓

L調(diào)節(jié)過程中回路電流L以及器件的管壓降5。

u>,

Id

Uv

2、按下控制屏的“停止”按鈕，將晶閘管換成可關(guān)斷晶閘管（GTO）,

重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。

Ug

Id

Uv

3、按下控制屏的“停止”按鈕，換成功率場效應(yīng)管（MOSFET）,重

復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。

Ug

Id

uv

4、按下控制屏的“停止”按鈕，換成大功率晶體管（GTR）,重復(fù)上

述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。

也

Id

Uv

5、按下控制屏的“停止”按鈕，換成絕緣雙極性晶體管（1GBT）,

重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。

Ug

Id

Uv

八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，繪出各器件的輸出特性。

九、注意事項(xiàng)

1、為保證功率器件在實(shí)驗(yàn)過程中避免功率擊穿，應(yīng)保證管子的功率

損耗（即功率器件的管壓降與器件流過的電流乘積）小于8嘰

2、為使GTR特性實(shí)驗(yàn)更典型，其電流控制在0.4A以下。

3、在本實(shí)驗(yàn)中，完成的是關(guān)于器件的伏安特性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，老師可

以根據(jù)自己的實(shí)際需要調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如可增加測量器件的導(dǎo)通時(shí)間等

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)后記:

實(shí)驗(yàn)二正弦波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

一、本次課主要內(nèi)容

1-.正弦波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試。

2、正弦波同步移相觸發(fā)電路中各點(diǎn)波形的觀察。

二、教學(xué)目的與要求

1、熟悉正弦波同步移相觸發(fā)電路的工作原理和各元件的作用。

2、掌握正弦波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。

三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

1、重點(diǎn)是正弦波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。

2、難點(diǎn)是正弦波同步移相觸發(fā)電路的工作原理和各元件的作用。

四、教學(xué)方法和手段

課堂講授、提問、討論、演示、實(shí)際操作等。

五、作業(yè)與習(xí)題布置

撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、熟悉正弦波同步移相觸發(fā)電路的工作原理和各元件的作用。

2、掌握正弦波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號備注

號

該控制屏包含“三相電

1DJK01電源控制屏

源輸出”等幾個(gè)模塊。

該掛件包含“正弦波同

2DJK03-1晶閘管觸發(fā)電路

步移相觸發(fā)電路”等模

塊。

3雙蹤示波器自備

三、實(shí)驗(yàn)線路及原理

正弦波同步移相觸發(fā)電路的原理在1—3節(jié)已作介紹。電路分脈沖形

成、同步移相、脈沖放大等幾個(gè)環(huán)節(jié)，具體工作原理可參見電力電子技

術(shù)教材的有關(guān)內(nèi)容。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、正弦波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試。

2、正弦波同步移相觸發(fā)電路中各點(diǎn)波形的觀察。

五、預(yù)習(xí)要求

1、閱讀本教材「3節(jié)及電力電子技術(shù)教材中有關(guān)正弦波同步移相觸

發(fā)電路的內(nèi)容，弄清正弦波同步移相觸發(fā)電路的工作原理。

2、掌握脈沖初始相位的調(diào)整方法。

六、思考題

1、正弦波同步移相觸發(fā)電路由哪些主要環(huán)節(jié)組成？

2、正弦波同步移相觸發(fā)電路的移相范圍能否達(dá)到180。？

七、實(shí)驗(yàn)方法

1、將DJK01電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè)，使輸

出線電壓為200V（不能打到“交流調(diào)速”側(cè)工作，因?yàn)镈JK03T的正常工

作電源電壓為220V±10%,而“交流調(diào)速”惻輸出的線電壓為240V。如果

輸入電壓超出其標(biāo)準(zhǔn)工作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至?xí)?dǎo)致掛

件的損壞。在“DZSZ7型電機(jī)及自動控制實(shí)驗(yàn)裝置”上使用時(shí)、通過操

作控制屏左側(cè)的自藕調(diào)壓器，將輸出的線電壓調(diào)到220V左右，然后才能

將電源接入掛件），用兩根導(dǎo)線將200V交流電壓接到DJK03的“外接220V”

端，按下“啟動”按鈕，打開DJK03T電源開關(guān)，這時(shí)掛件中所有的觸發(fā)

電路都開始工作，用雙蹤示波器觀察正弦波觸發(fā)電路各觀察點(diǎn)的電壓波

形，并與圖2-1中各點(diǎn)波形相比較。

圖2-1正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點(diǎn)電壓波形（a=0°）

2、確定脈沖的初始相位

當(dāng)U『o時(shí)（將RP1電位器順時(shí)針旋到底），調(diào)節(jié)Ub（調(diào)RP2）,使U1波形

與圖2-2中的5波形相同，這時(shí)正好有脈沖輸出，此時(shí)的a接近于180。。

3、保持RP2電位器不變，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)RP1（即逐漸增大Us）,用示波

器觀察同步電壓信號及輸出脈沖“5”點(diǎn)的波形，注意必增加時(shí)脈沖的移

動情況，并估計(jì)移相范圍。

4、調(diào)節(jié)Lt（調(diào)RP1）,使,觀察并記錄面板上觀察點(diǎn)“1”?

“5”及輸出脈沖“Gl”、“K1”的電壓波形及其幅值。調(diào)節(jié)RP3,觀測

“5”點(diǎn)脈沖寬度的變化。

八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、畫出a二60。時(shí)，觀察點(diǎn)“1”?“5”及輸出脈沖電壓的波形。

2、指出UJ曾加時(shí)，a應(yīng)如何變化?移相范圍大約等于多少度?指出

同步電壓的哪一段為脈沖移相范圍。

3、分析RP3對輸出脈沖寬度的影響。

a)a<180°b)a接近于180°

圖2-2初始脈沖相位的確定

九、注意事項(xiàng)

1、參見本教材實(shí)驗(yàn)一的注意事項(xiàng)。

2、由于脈沖“G”、"K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓

波形時(shí)，需將輸出端“G”和分別接到晶閘管的門極和陰極（或者

也可用約100Q左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門

極與陰極的阻值），否則，無法觀察到正確的脈沖波形。

實(shí)驗(yàn)后記:

實(shí)驗(yàn)三、三相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

一、本次課主要內(nèi)容

1、三相交流調(diào)壓器觸發(fā)電路的調(diào)試。

2、三相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載測試。

3、三相交流調(diào)壓電路帶電阻電感性負(fù)載測試（選做）。

二、教學(xué)目的與要求

1、了解三相交流調(diào)壓觸發(fā)電路的工作原理。

2、加深理解三相交流調(diào)壓電路的工作原理。

3、了解三相交流調(diào)壓電路帶不同負(fù)載時(shí)的工作特性。

三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

1、重點(diǎn)是三相交流調(diào)壓器觸發(fā)電路的調(diào)試和三相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載

測試。

2、難點(diǎn)是三相交流調(diào)壓觸發(fā)電路的工作原理的理解。

四、教學(xué)方法和手段

課堂講授、提問、討論、演示、實(shí)際操作等,

五、作業(yè)與習(xí)題布置

撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解三相交流調(diào)壓觸發(fā)電路的工作原理。

2、加深理解三相交流調(diào)壓電路的工作原理。

3、了解三相交流調(diào)壓電路帶不同負(fù)載時(shí)的工作特性。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號備注

號

該控制屏包含“三相電源輸

1DJK01電源控制屏

出”，“勵磁電源”等幾個(gè)模

塊。

2DJK02晶閘管主電路

該掛件包含“觸發(fā)電

3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路”，“正橋功放”，“反

路橋功放”等幾個(gè)模塊。

該掛件包含“給定”以及“開

4DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件

關(guān)”等模塊。

5D42三相可調(diào)電阻

6雙蹤示波器自備

7萬用表自備

三、實(shí)驗(yàn)線路及原理

交流調(diào)壓器應(yīng)采用寬脈沖或雙窄脈沖進(jìn)行觸發(fā)。實(shí)驗(yàn)裝置中使用雙窄脈沖。實(shí)驗(yàn)

線路如圖3-1所示。

圖中晶閘管均在DJK02上，用其正橋，將D42三相可調(diào)電阻接成三相負(fù)載，其所用

的交流表均在DJK01控制屏的面板上。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、三相交流調(diào)壓器觸發(fā)電路的調(diào)試。

2、三相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載。

3、三相交流調(diào)壓電路帶電阻電感性負(fù)載（選做）。

圖3-1三相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)線路圖

五、預(yù)習(xí)要求

1、閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)交流調(diào)壓的內(nèi)容，掌握三相交流調(diào)

壓的工作原理。

2、如何使三相可控整流的觸發(fā)電路用于三相交流調(diào)壓電路。

六、實(shí)驗(yàn)方法

1、DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試

①打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓

指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。

②將DJK01"電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”

側(cè)。

③用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和

DJK02T“三相同步信號輸入“端相連，打開DJK02T電源開關(guān)，撥動

“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。

④觀察A、13、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)

電位器（在各觀測孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。

⑤將DJK06上的“給定”輸出國直接與DJK02T上的移相控制電壓Uct

相接，將給定開關(guān)，撥到接地位置（即UcLO）,調(diào)節(jié)DJK02T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a=180。。

⑥適當(dāng)增加給定U,的正電壓輸出，觀測DJK02-1上“脈沖觀察孔”的

波形，此時(shí)應(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。

⑦將DJK02T面板上的U】f端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02T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，并將DJK02

“正橋觸發(fā)脈沖”的六個(gè)開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1?VT6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(diào)玉器帶電阻性負(fù)載

使用正橋晶閘管VT1?VT6,按圖3-23連成三相交流調(diào)壓主電路，其

觸發(fā)脈沖己通過內(nèi)部連線接好，只要將正橋脈沖的6個(gè)開關(guān)撥至“接通”，

“Ulf”端接地即可。接上三相平衡電阻負(fù)或，接通電源，用示波器觀察

并記錄。=30°、60°、90°、120°、150,時(shí)的輸出電壓波形，并記錄

相應(yīng)的輸出電壓有效值，填入下表：

a30°60°90°120°150°

U

3、三相交流調(diào)壓器接電阻電感性負(fù)載(選做)

要完成該實(shí)驗(yàn)，需加上三個(gè)電抗器。切斷電源輸出，將三相電抗器

接入。接通電源，調(diào)節(jié)三相負(fù)載的阻抗角1調(diào)節(jié)電阻阻值即可)，使＜1)

工60°,用示波器觀察并記錄a=30。、60。、90。、120°時(shí)的波形，并

記錄輸出電壓小、電流L的波形及輸出電壓有效值U,記于下表：

a30°60°90°120°

U

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、整理并畫出實(shí)驗(yàn)中記錄的波形，作不同負(fù)載時(shí)的U=f(a)的曲線。

2、討論、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題。

實(shí)驗(yàn)后記:

實(shí)驗(yàn)四直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）

一、本次課主要內(nèi)容

1、控制與驅(qū)動電路的測試

2、六種直流斬波器的測試。

二、教學(xué)目的與要求

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(diǎn)。

3、了解及其常用的集成芯片。

三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

1、重點(diǎn)是控制與驅(qū)動電路的測試和六種直流斬波器的測試。

2、難點(diǎn)是直流斬波電路的工作原理和PWM控制與驅(qū)動電路的原理的理解。

四、教學(xué)方法和手段

課堂講授、提問、討論、演示、實(shí)際操作等。

五、作業(yè)與習(xí)題布置

撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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(diǎn)。

3、了解PWM控制與驅(qū)動電路的原理及其常用的集成芯片。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序號型號備注

該控制屏包含“三相電源輸出”，

1DJK01電源控制屏

“勵磁電源”等幾個(gè)模塊。

2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載

3D.JK20直流斬波電路

4D42三相可調(diào)電阻

5慢掃描示波器自備

6萬用表自備

三、實(shí)驗(yàn)線路及原理

1、主電路

①、降壓斬波電路(BuckChopper)

降壓斬波電路(BuckChopper)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-lb中V的柵極電壓波形UGE可知，

當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Uio當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極

管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期

的過程。負(fù)載電壓的平均值為：

式中(為V處于通態(tài)的時(shí)間，toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開關(guān)周期，。為

導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?Q=t°n")。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值

Uo最大為Ui,若減小占空比a,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

②、升壓斬波電路［BoostChopper)

升壓斬波電路(BoostChopper)的原理圖及工作波形如圖4-2所示。電路也使用一

個(gè)全控型器件V。由圖4-2b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電

源Ui向電感Li充電，充電電流基本恒定為h,同時(shí)電容Ci上的電壓向負(fù)載供電，因

G值很大，基本保持輸出電壓U。為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為小,此階段電感

L上積蓄的能量為UilMon。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)Ui和Li共同向電容Ci充電，并向負(fù)載

提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff,則在此期間電感Li釋放的能量為(Uo-U)Iitono

當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感Li積蓄的能量與釋放的能量相等，即：

UiIlton=(Uo_Ui)Iltoff

上式中的17l疥21,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

③、升降壓斬波電路(Boosl-BuckChopper)

升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖4-3所示。電路

的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)V向電感L供電使其貯

存能量，同時(shí)Ci維持輸出電壓Uo基本恒定并向負(fù)載供電。此后，V關(guān)斷，電感Li

中貯存的能量向負(fù)載釋放?？梢?，負(fù)載電壓為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。輸出

電壓為：

若改變導(dǎo)通比Q,則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<

a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)時(shí)為升壓。

(a)電路圖

(b)波形圖

圖牛3升降壓斬波電路的原理圖及波形

④、Cuk斬波電路

Cuk斬波電路的原理圖如圖4-4所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處

于通態(tài)時(shí)，Ui—Li—V回路和負(fù)載R—L2Y2—V回路分別流過電流。當(dāng)V處于斷

態(tài)時(shí)，Ui—Li—Ci—D回路和負(fù)載R—L2—D回路分別流過電流，輸出電壓的極性與

電源電壓極性相反。輸出電壓為：

若改變導(dǎo)通比a,則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)

a<1/2時(shí)為降壓,當(dāng)1/2<a<1時(shí)為升壓。

圖4-4Cuk斬波電路原理圖

⑤、Sepic斬波電路

Sepic斬波電路的原理圖如圖4-5所示。電路的基本工作原理是：可控開關(guān)V處

于通態(tài)時(shí)，Ui—Li—V回路和C2—V—L2回路同時(shí)導(dǎo)電，Li和L2貯能。當(dāng)V處于斷

態(tài)時(shí)，Ui—Li—C2—D—R回路及L2—D—R回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段Ui和Li既向R

供電，同時(shí)也向C2充電，C2貯存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移。輸出電壓為：

若改變導(dǎo)通比Q,則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<

a<1/2時(shí)為降壓,當(dāng)l/2〈a為時(shí)為升壓。

I?___CCCC

U.

圖4-5Sepic斬波電路原理圖

⑥、Zeta斬波電路

Zeta斬波電路的原理圖如圖4-6所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V

處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)開關(guān)V向電感Li貯能。當(dāng)V處于斷態(tài)后，L經(jīng)D與C2構(gòu)

成振蕩回路，其貯存的能量轉(zhuǎn)至C2,至振蕩回路電流過零，L上的能量全部轉(zhuǎn)移至

C2上之后，D關(guān)斷，C2經(jīng)L2向負(fù)載R供電。輸出電壓為：

3日

圖4?6Zeta斬波電路原理圖

若改變導(dǎo)通比a,則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<

a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)時(shí)為升壓。

2、控制與驅(qū)動電路

控制電路以SG3525為核心構(gòu)成，SG3525為美國SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專

用PWM控制集成電路，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖4-7所示，它采用恒頻

脈寬調(diào)制控制方案，內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、

分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相

等、相位相差、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關(guān)電源、斬波

器的控制。詳細(xì)的工作原理與性能指標(biāo)可參閱相關(guān)的資料?。

圖4-7SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所需的外部組件

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、控制與驅(qū)動電路的測試

2、六種直流斬波器的測試

五、思考題

1、直流斬波電路的工作原理是什么？有哪些結(jié)構(gòu)形式和主要元器件？

2、為什么在主電路工作時(shí)不能用示波器的雙蹤探頭同時(shí)對兩處波形進(jìn)行觀測？

六、實(shí)驗(yàn)方法

1、控制與驅(qū)動電路的測試

(1)啟動實(shí)驗(yàn)裝置電源，開啟DJK20控制電路電源開關(guān)。

(2)調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)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)1.41.61.82.02.22.42.5

11(A)占空比(%)

14(B)占空比(％)

PWM占空比(％)

(3)用示波器分別觀測A、B和PWM信號的波形，記錄其波形、頻率和幅值,

并填入下表。

觀測點(diǎn)A（ll腳）B（14腳）PWM

波形類型

幅值A(chǔ)(V)

頻率f（Hz）

(4)用雙蹤示波潛的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測11腳和14腳的輸出波形，調(diào)節(jié)PWM脈

寬調(diào)節(jié)電位器，觀測兩路輸出的PWM信號，測H兩路信號的相位差，并測出兩路

PWM信號之間最小的“死區(qū)”時(shí)間。

2、直流斬波器的測試(使用一個(gè)探頭觀測波形)

斬波電路的輸入直流電壓Ui由三相調(diào)壓器輸出的單相交流電經(jīng)DJK20掛箱上的

單相橋式整流及電容濾波后得到。接通交流電源，觀測Ui波形，記錄其平均值(注:

本裝置限定直流輸出最大值為50V,輸入交流電壓的大小由調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸出)。

按下列實(shí)驗(yàn)步驟依次對六種典型的直流斬波電路進(jìn)行測試。

(1)切斷電源，根據(jù)DJK20上的主電路圖，利用面板上的元器件連接好相應(yīng)的

斬波實(shí)驗(yàn)線路，并接上電阻負(fù)載，負(fù)載電流最大值限制在200mA以內(nèi)。將控制與驅(qū)

動電路的輸出“V-G”、“V-E”分別接至V的G和E端。

(2)檢查接線正確，尤其是電解電容的極性是否接反后，接通主電路和控制電路

的電源。

⑶用示波器觀測PWM信號的波形、UGE的電壓波形、UCE的電壓波形及輸出

電壓Uo和二極管兩端電壓UD的波形，注意各波形間的相位關(guān)系。

(4)調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變Ur,觀測在不同占空比(。)時(shí)，記錄Ui、

Uo和a的數(shù)值于下表中,從而畫出Uo=f(a)的關(guān)系曲線。

Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5

占空比a(%)

Ui(V)

Uo(V)

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、分析圖4-7中產(chǎn)生PWM信號的工作原理。

2、整理各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制各直流斬波電路的Ui/Uo.。曲線，并作比較與分析。

3、討論、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。

八、注意事項(xiàng)

1、在主電路通電后，不能用示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測主電路元器件之間的波

形，否則會造成短路。

2、用示波器兩探頭同時(shí)觀測兩處波形時(shí)，要注意共地問題，否則會造成短路，

在觀測高壓時(shí)應(yīng)衰減10倍，在做直流斬波器測試?實(shí)驗(yàn)時(shí)，最好使用一個(gè)探頭U

實(shí)驗(yàn)后記:

實(shí)驗(yàn)五三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

一、本次課主要內(nèi)容

1、三相橋式全控整流電路性能測試。

2、三相橋式有源逆變電路性能測試（選做）。

二、教學(xué)目的與要求

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(diào)整方法和各點(diǎn)的波形。

三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

1、重點(diǎn)是三相橋式全控整流電路性能測試和三相橋式有源逆變電路性能測試。

2、難點(diǎn)是理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理。

四、教學(xué)方法和手段

課堂講授、提問、討論、演示、實(shí)際操作等。

五、作業(yè)與習(xí)題布置

撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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(diào)整方法和各點(diǎn)的波形。

二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號備注

號

該控制屏包含“三相電源輸

1DJK01電源控制屏

出”，“勵磁電源”等幾個(gè)模

塊。

2DJK02晶閘管土電路

該掛件包含“觸發(fā)電

3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路”，“正橋功放”，“反橋

路功放”等幾個(gè)模塊。

該掛件包含“二極管”以及

4DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件

“開關(guān)”等幾個(gè)模塊。

該掛件包含“逆變變壓器”

5DJK10變壓器實(shí)驗(yàn)

以及“三相不控整流二

6D42三相可調(diào)電阻

7雙蹤示波器自備

8萬用表自備

三、實(shí)驗(yàn)線路及原理

實(shí)驗(yàn)線路如圖5T及圖5-2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DJK02T中的集成觸

發(fā)電路，由KC04、KC4KKC42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1-3節(jié)中的有關(guān)內(nèi)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(shù)教材的有關(guān)內(nèi)容。

圖中的R用D42三相可調(diào)電阻，將兩個(gè)900。接成并聯(lián)形式；電感Ld在

DJK02面板上，選用700mll,直流電壓、電流表由DJK02獲得。

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5-1三相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)原理圖

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、三相橋式全控整流電路性能測試。

2、三相橋式有源逆變電路性能測試。

五、預(yù)習(xí)要求

1、閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)三相橋式全控整流電路的有關(guān)內(nèi)

容。

2、閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)有源逆變電路的有關(guān)內(nèi)容，掌握實(shí)

現(xiàn)有源逆變的基本條件。

3、學(xué)習(xí)本教材1-3節(jié)中有關(guān)集成觸發(fā)電路的內(nèi)容，掌握該觸發(fā)電路

的工作原理。

圖5-2三相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)原理圖

六、思考題

1、如何解決主電路和觸發(fā)電路的同步問題?在本實(shí)驗(yàn)中，主電路三

相電源的相序可任意設(shè)定嗎？

2、在本實(shí)驗(yàn)的整流及逆變時(shí)，對a角有什么要求?為什么？

七、實(shí)驗(yàn)方法

1、DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試

①打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓

指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。

②將DJK01”電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”

側(cè)。

③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(guān),撥動

“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。

④觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)

電位器（在各觀測孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡