电力电子实验指导书.docx
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电力电子实验指导书
电力电子技术
实
验
指
导
书
北京化工大学信息科学与技术学院
电工电子教学实习中心
二零零四年六月
实验1三相桥式全控整流电路的性能研究（设计性）1
实验2直流斩波电路的性能研究（设计性）5
实验3单相交流调压电路的性能研究（设计性）7
实验4单相交直交变频电路的性能研究（设计性）9
实验1三相桥式全控整流电路的性能研究（设计性）
1.实验目的
熟悉三相桥式全控整流电路的接线，器件和保护情况。
明确对触发脉冲的要求。
观察在电阻负载、电阻电感负载和反电动势负载情况下电路的输出电压和电流的波形。
2.实验内容
1）熟悉实验装置的电路结构和器件，检查连接主电路和触发电路的接插线，检查快
速熔断器是否良好。
电路见实验图1,其中实验图1a为主电路，图中所接负载为电感电阻负载，实验中也可以接电阻负载。
实验图1b所示为触发电路，该触发电路由3片集成触发
电路芯片KJ004和1片集成双脉冲发生器芯片KJ041组成。
触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各晶闸管相连接。
2）熟悉采用KJ004和KJ041构成的触发电路。
3）测量主电路电源相序和同步电源相序，根据实验装置中触发电路同步电压输入端阻容滤波参数计算其移相角，并分析主电路电压和同步电压配合的合理性。
4）测量触发脉冲的宽度和幅值，校核用本电路双脉冲触发全控桥的正确性，观察锯
齿波的斜率是否一致，各晶闸管的触发脉冲间隔是否都是60，若不是则设法调好。
5）接电阻负载时（100〜200Q/2A变阻器），调节偏值电压uP使得当Uc。
=0时，
:
=120，输出Ud=0，然后调节线电压U2L，使得〉=30时Ud=110V,以后就不再改变U2L。
调节％。
观察〉从120o~0o变化时输出电压的波形及晶闸管两端的电压波形，记录触
发角〉分别从0、30、60、90、120时uco与Ud的数值。
a）
（送至各晶闸管的脉冲变压器的一次侧）
b）
实验图1三相桥式全控整流主电路和触发电路
a）主电路b）触发电路
6）接电阻电感负载时，在・丄3R的情况下，调节up使％。
=0时Ud：
、0,以后up固定不变，通过调节变阻器的阻值（有条件的也可改变电感值）改变负载阻抗角:
，对于不同的:
，观察不同的:
时ud、id、和uT的波形，注意电流临界连续时，:
-和」的配合情况。
记录触发角：
•分别为0、30、60和90时uc。
与Ud的数值。
7）负载端接平波电抗器和直流他励电动机的电枢，合闸时必须注意使uc。
=0、
:
:
90和Ud0，随后逐步调节Uco，观察Ud、id、Ul和电枢端Ud的波形，适量加载，并分别观察接上电抗器与短接电抗器时id的波形，注意电流断续时的现象。
3.实验报告
1）估算实验电路参数并选择测试仪表。
2）分析触发器输出的双脉冲波形。
3）分别绘制出电阻负载、电感电阻负载时Ud/U2L曲线。
4）不同负载时，不同：
•与'时电流连续与断续的情况与分析。
5）讨论与分析实验结果，特别注意对实验过程中出现的异常情况进行分析。
1.实验目的
熟悉降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。
2.实验内容
1）熟悉实验装置的电路结构和主要元器件，检查实验装置输入和输出的线路连接是
否正确，检查输入熔丝是否完好，以及控制电路和主电路的电源开关是否在“关”的位置。
电路原理图见实验图2。
斩波电路的直流输入电压ui由交流电经整流得到，如实验图2a
实验2降压斩波和升压斩波主电路及控制电路
23
234
a）直流供电电源b）降压斩波主电路5c）升压主电路d）控制和驱动
所示。
实验图2b和c分别为降压斩波主电路和升压斩波主电路。
实验图2b为控制和驱动电路的原理图，控制电路以专用PWM控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波，其占空比受uco控制。
2）接通控制电路电源，用示波器分别观察锯齿波和PWM［言号的波形（实验装置应给
出测量端，位置在图中已标出），记录其波形、频率和幅值。
调节Ur的大小，观察PWMW
号的变化情况。
3）斩波电路的输入直流电压ui由低压单相交流电源经单相桥式二极管整流及电感电
容滤波后得到。
接通交流电源，观察5波形，记录其平均值。
4）斩波电路的主电路包括降压电路和升压斩波电路两种，分别如实验图2b、c所示，
电路中使用的器件为电力MOSFET注意观察其型号、外形等。
5）切断各处电压，将直流电源ui与降压斩波主电路连接，断开升压斩波主电路。
检
查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。
改变ur值，每改变一次ur,分别观测PWM
信号的波形、电力MOSFETV的栅源电压波形、输出电压uo的波形、输出电流io的波形，记录PWMH号占空比〉、u「Uo的平均值Ui和U。
。
6）改变负载R的值，重复上述内容5。
7）切断各处电源，将直流电源Ui与升压斩波主电路连接，断开降压斩波主电路。
检
查接线正确后，接通主电路和控制电路电源。
改变Ur值，每改变一次Ur，分别观测PWM
信号的波形、电力MOSFETV勺栅源电压波形、输出电压U_.的波形、输出电流i_.的波形，记录PWMI号占空比〉、Ui、Uo的平均值Ui和Uo。
8）改变负载R的值，重复上述内容7。
3.实验报告
1）分析图d中产生PWMI号的原理。
2）分析图d中的简易驱动电路的工作原理。
3）绘制降压斩波电路的Ui/Uo曲线。
与理论分析结果进行比较，并讨论产生差
异的原因。
4）绘制升压斩波电路的Ui/U。
曲线。
与理论分析结果进行比较，并讨论产生差异的原因。
实验3单相交流调压电路的性能研究（设计性）
1.实验目的
熟悉单相交流调压电路的工作原理，分析在电阻负载和电阻电感负载时不同的输出电
压和电流的波形及相控特性。
明确交流调压电路在电阻电感负载时其控制角:
应限制在
的范围内。
2.实验内容
1）熟悉如实验图3所示的实验电路。
在稳定电源电压情况下估算负载参数4R和L。
2）熟悉由KJ004集成触发电路芯片构成的集成触发电路。
3）按实验电路要求接线，用示波器观察触发器输出脉冲移相的情况。
D
4）主电路接电阻负载（200Q>1A变阻器），用示波器观察不同a角时输出电压和晶
VT1
负载
VT2
V2
A
Title
Size
B
Date:
File:
实验图3单相交流调压实验电路
闸管两端的电压波形，并测出负载电压的有效值。
为使读数便利。
可取〉为0、30、60、
1234
90、120和150各特殊角进行观察和分析。
5）主电路改接电阻电感负载，在不同控制角:
-和不同阻抗角情况下用示波器观察
和记录负载电压和电流的波形。
R可在100~200门范围内调节、计算、确定阻抗角」=30和60，分别观察并画出当x和爲宀门情况下负载电压和电流的波形，指出电流临界连续的条件并加以分析。
6）特别注意观察上述：
•：
：
：
「情况下会出现较大的直流分量。
此时固定L,加大R直至
消除直流分量。
在可能情况下改用宽脉冲或脉冲列，观察:
-:
：
:
时，仍能获得对称连续的
负载正弦波形的电流。
3.实验报告
1）估算实验电路负载参数（R、L等）以及选择测量仪表规格和量程。
2）电阻负载时作出U曲线（U为负载R上的电压有效值）。
3）电阻电感负载时，作出在不同二匚和「值情况下典型的负载电压和电流波形曲线。
4）讨论和分析实验结果，特别是对异常现象的分析。
实验4单相交直交变频电路的性能研究（设计性）
1.实验目的
熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中各元器件
的作用、工作原理。
对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2.实验内容
1）单相交直交变频电路的主电路如实验图4a所示，与实验2的直流斩波电路相同，
本实验中主电路中间直流电压Ud也是由交流电整流而得到的，而逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路。
逆变电路中IGBT的驱动电路为第1章介绍的采用M57926L芯片的电路，实验图4b给出了Vi的驱动电路。
V的驱动电路与此相同，V2、V3的驱动电路只需将输入的PWM信号改为SPWM2卩可。
另外，需要注意驱动电源之间的隔离。
控制电路如实验图4d所示，
以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用与控制V、V4和VV3两对IGBT。
ICL8038的原理框图在实验图4c中给出，该芯片仅需很少的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001Hz到500kHz。
2）观察正弦波发生电路输出的观察正弦信号ur波形，测试其频率可调范围。
3）观察三角波载波％的波形，测出其频率，并观察Uc与Ur的对应关系。
4）观察对V1、V4进行控制的PWMi号（实验图4d中的SPWM1和对V2、V3进行控制
的PWMI号（实验图4d中的SPWM2并分别观测施加于V~V4的栅极与发射极间的驱动信号，判断驱动信号是否正常。
在主电路不接电源的情况下，对比M和V2的驱动信号，V3和
V4的驱动信号，仔细测观同一相上，下两管驱动信号之间的互锁延迟时间。
5）观察主电路的中间直流电压Ud的波形，并测量其平均值。
6）当负载为电阻时，观测负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
在信号ur的
频率可调范围内，改变Ur的频率值多组，记录相应的负载电压波形、幅值和频率。
7）当负载为电阻电感时，观测负载电压和负载电流的波形，记录他们的波形，幅值、频率。
在信号波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率值多组，记录相应的负载电压和负载电流的波形、幅值和频率。
&
V1
4700pF/630V
=—卜
\30Q/10W
V2
a）
V3
1mH
Vcc
SN
TRIAN
GND-1
VEE
b）
c）
Title
SizeNumber
Rev
SPWM1
SPWM1
KQ
10口F/25V
14
0.1
3
5
+5
7
+5|
6
Q
CLK
D
GND
Q
4013
2
4
1STOP
2KQ
LED
OC1>H
1N4148
OC2
1N4148
OC3
1N4148
OC4
1N4148
11KQ
d）
实验图4单相桥式PWM逆变电路主电路和控制电路
a）主电路b）驱动电路c）ICL8038原理框图d）控制电路
3.实验报告
1）绘制完整的实验电路原理图。
34
2）电阻负载时，列出数据和波形，并进行讨论分析。
3）电阻电感负载时，列出数据和波形，并进行讨论和分析。
4）分析说明实验中的PWM控制是采用单极性方式还是双极性方式。
5）说明实验中的分析PWM控制是采用同步调制还是异步调制。
6）为使输出波形尽可能地接近正弦波，可以采取什么措施？
Title
Size
B
Date:
File:
5
Number
7-Aug-2004
F:
\yu电子实验实验4.ddb
注：
在以上4个实验中任选3个
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