电力电子技术实践B0922.docx
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电力电子技术实践B0922
2011-2012年第一学期B09221、222班
电力电子技术实践
一、实践内容
实践一：
单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验
实践二：
单相桥式全控整流电路实验
实践三：
三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
实践四：
直流斩波电路（设计性）的性能研究
实践五：
采用自关断器件的单相交流调压电路研究
实践六：
单相交直交变频电路（选做）
实践七：
单相交流调压实验（选做）
二、具体要求
1.提前预习实验内容，了解实验内容、电路结构及注意事项等；
2.按要求完成实践内容，并上交实践报告（实践一、实践二、实践三、实践四、实践五）；
3.严格按照时间安排到电力电子技术实验室进行实践。
三、成绩评定
专业实践成绩分优、良、中、及格、不及格5档，主要根据实践验收情况、实践报告及平时实践表现综合评定。
四、实践地点
教二三楼电力电子与调速实验室
实践一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验
一．实验目的
1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。
2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。
4．了解续流二极管的作用。
二．实验内容
1．单结晶体管触发电路的调试。
2．单结晶体管触发电路各点波形的观察。
3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。
4．单相半波整流电路带电阻—电感性负载时，续流二极管作用的观察。
三．实验线路及原理
将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管VT1的门阴极，即可构成如图1-1所示的实验线路。
四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMCL—05A组件
4．NMEL—03组件
5．双踪示波器
6．万用表
五．注意事项
1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。
为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。
当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。
2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：
（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。
（2）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。
（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。
在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。
（4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。
实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。
（5）本实验中，因用NMCL—05A组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开NMCL—33的内部触发脉冲。
六．实验方法
1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察
将NMCL—05A面板左上角的同步电压输入接MEL—002T的U、V输出端，按照实验接线图正确接线，但由单结晶体管触发电路连至晶闸管VT1的脉冲UGK不接（将NMCL—05A面板中G、K接线端悬空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，大小通过三相调压器调节。
本实验中，调节Uuv=220V，这时候NMCL—05A内部的同步变压器原边接有220V，原边输出分别为60V（单结晶触发电路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。
合上NMCL—05A面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、“6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。
调节移相可调电位器RP，观察输出脉冲的移相范围能否在30°～180°范围内移。
注：
由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”）和脉冲输出“K”端相连。
但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。
采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路，同样需要注意，谨慎操作。
2．单相半波可控整流电路带电阻性负载
断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至NMCL—33的VT1晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。
负载Rd接可调电阻（可把NMEL—03的900Ω电阻盘并联，即最大电阻为450Ω，电流达0.8A），并调至阻值最大。
合上主电源，调节主控制屏输出电压至Uuv=220V，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察=30°、60°、90°、120°时负载电压Ud，晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形UVt。
并测定Ud及电源电压U2，验证
α
U2,ud
30°
60°
90°
120°
Ud
U2
3．单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载，无续流二极管
串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变Rd数值）情况下，观察并记录=30O、60O、90O、120O时的Ud、id及Uvt的波形。
注意调节Rd时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。
4．单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。
接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。
七．实验内容
1．画出触发电路在α=90°时的各点波形。
2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。
3．分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t）的波形（α=90°）。
4．画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）曲线，并与
进行比较。
5．分析续流二极管的作用。
八．思考
1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？
为什么？
2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？
3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？
实践二单相桥式全控整流电路实验
一．实验目的
1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。
2．研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻—电感性负载及反电势负载时的工作。
3．熟悉NMCL—05A组件。
二．实验线路及原理
参见图1-3。
三．实验内容
1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。
四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMCL—05A组件
4．NMEL—03组件
5．NMEL—24A组件
6．NMCL—31A组件
7．双踪示波器
8．万用表
五．注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL—05A挂箱，故NMCL-33的内部脉冲需断，以免造成误触发。
2．电阻RD的调节需注意。
若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。
3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。
4．NMCL—05A面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。
同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。
5．逆变变压器采用NMEL-24A单相变压器，原边为220V，副边为55V。
6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。
六．实验内容及方法
1．将NMCL—05A面板左上角的同步电压输入接MEL—002T的U、V输出端。
2．断开NMEL-24A和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压Uuv至220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
调节偏移电压电位器RP2，使=90°。
断开主电源，连接NMEL-25和NMCL-33。
3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波电抗器。
合上主电路电源，调节Uct，求取在不同角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）的波形，并记录相应时的Uct、Ud和交流输入电压U2值。
α
30°
60°
90°
U2
Uct
Ud
若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。
4．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。
断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压Uct时的输出电压Ud=f（t），负载电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形并记录相应Uct时的Ud、U2值。
注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负载电流不能超过0.8A，Uct从零起调。
改变电感值（L=100mH），观察=90°，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。
注意，增加Uct使前移时，若电流太大，可增加与L相串联的电阻加以限流。
七．实验报告
1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当=60°，90°时的Ud、UVT波形，并加以分析。
2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当=90°时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。
3．作出实验整流电路的输入—输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（）及Ud/U2=f（）。
4．实验心得体会。
实践三三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一．实验目的
1．熟悉NMCL-33组件。
2．熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。
二．实验内容
1．三相桥式全控整流电路。
2．三相桥式有源逆变电路。
3．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。
三．实验线路及原理
实验线路如图1-7所示。
主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。
触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMEL—03组件
4．NMCL—31A组件
5．NMEL-02组件
6．双踪示波器
7．万用表
五．实验方法
1．未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
注：
将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
（4）将NMCL-31A的给定器输出Ug接至NMCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=150o。
2．三相桥式全控整流电路
按图1-7接线，AB两点断开、CD两点断开，AD连接在一起，并将RD调至最大（450）。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V。
调节Uct，使在30o~90o范围内，用示波器观察记录=30O、60O、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
α
30°
60°
90°
U2
Ud
3．三相桥式有源逆变电路
断开电源开关后，断开AD点的连接，分别连接AB两点和CD两点。
调节Uct，使仍为150O左右。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V合上电源开关。
调节Uct，观察=90O、120O、150O时,电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。
α
90°
120°
150°
U2
Ud
4．电路模拟故障现象观察。
在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。
六．实验报告
1．画出电路的移相特性Ud=f（）曲线。
2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。
3．画出三相桥式全控整流电路时，角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形。
4．画出三相桥式有源逆变电路时，β角为150O、120O、90O时的ud、uVT波形。
5．简单分析模拟故障现象。
实践四直流斩波电路（设计性）的性能研究
一．实验目的
熟悉六种斩波电路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper）的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。
二．实验内容
1．SG3525芯片的调试。
2．斩波电路的连接。
3．斩波电路的波形观察及电压测试。
三．实验设备及仪器
1．电力电子教学试验台主控制屏
2．NMCL-22组件
3．双踪示波器
4．万用表
四．实验方法
按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。
1．SG3525性能测试
先按下开关S1
（1）锯齿波周期与幅值测量（分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况）。
测量“1”端。
（2）输出最大与最小占空比测量。
测量“2”端。
2．buckchopper
（1）连接电路。
将UPW（脉宽调制器）的输出端2端接到斩波电路中IGBT管VT的G端,分别将斩波电路的1与3，4与12，12与5，6与14，15与13，13与2相连，照面板上的电路图接成buckchopper斩波器。
（2）观察负载电压波形。
经检查电路无误后,按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节upw的电位器rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形
（3）观察负载电流波形。
用示波器观察并记录负载电阻R4两端波形
（4）改变脉冲信号周期。
在S2、S3、S4合上与断开多种情况下,重复步骤
（2）、（3）
（5）改变电阻、电感参数。
可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。
3．boostchopper
（1）照图接成boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper。
4．buck-boostchopper
（1）照图接成buck-boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper
5．cukchopper
（1）照图接成cukchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper。
6．sepicchopper
（1）照图接成sepicchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper。
7．zetachopper
（1）照图接成zetachopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper。
实践五用自关断器件的单相交流调压电路研究
一．实验目的
1．掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2．熟悉PWM专用集成电路SG3525的组成、功能、工作原理与使用方法。
二．实验内容
1．PWM专用集成电路SG3525性能测试
2．控制电路相序与驱动波形测试
3．带与不带电感时负载与mos管两端电压波形测试
4．在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。
三．实验系统组成及工作原理
随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管移相控制的交流调压设备，已逐渐被采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流斩波调压所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：
（1）谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；
（2）功率因数高，经滤波后，功率因数接近于1。
（3）对其他用电设备的干扰小。
因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达调速、调温、调光等设备。
本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。
斩波调压的主回路由MOSFET及其反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。
当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时，则负载电阻RL上的电压波形如图2—4b所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输出端带有滤波环节时的负载端电压波形如图2—4c所示。
脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。
控制系统中由变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS管VT1导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。
四．实验设备和仪器
1．NMCL-22实验挂箱
2．万用表
3．双踪示波器
五．实验方法
1．SG3525性能测试
先按下开关S1。
（1）锯齿波周期与幅值测量（分开关S2、S3、S4合上与断开多种情况）。
测量“1”端。
（2）输出最大与最小占空比测量。
测量“2”端。
2控制电路相序与驱动波形测试
将“UPW”的2端与控制电路的4端相连。
将电位器RP左旋到底，按下开关S1、S6、S7，用双踪示波器观察并记录下列各点波形：
（1）控制电路的1、2与地端间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；
（2）控制电路的3、5与地端间波形；
（3）主电路的4与5及6与5端间波形；
3．不带电感时负载与mos管两端电压波形测试
将主电路的3与4短接，将upw的电位器Rp右旋到大致中间的位置，测试并记录负与mos管两端电压波形
4．带电感时负载与mos管两端电压波形测试
将主电路的3与4不短接，将upw的电位器rp右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与mos管两端电压波形
5．不同占空比D时的负载端电压测试
实验中，将电位器rp从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形
6．不同载波频率时的滤波效果比较
使电感接入电路，在s2、s3、s4合上与断开多种情况下，观察并记录负载两端波形。
7．不同占空比d时的负载端谐波大小的测试
分别观察并记录Rp左旋与右旋到底时的负载端波形，从而判断出占空比d大小对负载端谐波大小的影响。
8．输入电流的位移因数测试
（1）将主电路的3、4两端用导线短接，即不接入电感
（2）在不同占空比条件下，用双踪示波器同时观察并记录2与1端和2与6端间波形。
六．思考题
1．当主电路接纯电阻负载（即将电感短路）时，可见负载电压波形存在死区，其产生的原因是什么？
2．当主电路接电感性负载时，在电压的过零点会出现一尖峰脉冲，且其幅值随占空比的增大而增大。
试分析其产生的原因以及抑制的方法。
实践六单相交直交变频电路（调速）
一．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逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系
二．实验内容
1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形
2．观察变频电路驱动电机时的输出波形
3．观察电机工作情况
三．实验设备和仪器
1．电力电子及电气传动主控制屏
2．NMCL-22组件
3．NMEL-03组件
4．双踪示波器
5．万用表
四．实验方法
1．SPWM波形的观察
按下左下方的开关S5
（1）观察"SPWM波形发生"电路输出的正弦信号Ur波形（2端与地端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
（2）观察三角形载波Uc的波形（1端与地端），测出其频率,并观察Uc和Ur的对应关系。
（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM（3端与地端）。
2．逻辑延时时间的测试
将"SPWM波形发生"电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和2端波形,并记录延时时间Td.。
3．同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试
分别将“隔离驱动”的G和主回路的G'相连，用双踪示波器分别同时测量G1、E1和G2、E2，G3、E3和G4、E2的死区时间。
4．不同负载时波形的观察
按图2-14接线。
先断开主电源和开关S1。
将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，
（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
（2）当负载为电阻电感时（6、8端相联，9端和7端接一电阻），观察负载电压和负载电流的波形。
实践七单相交流调压电路实验
一．实验目的
1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。
2．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。
．实验内容
1．单相交流调压器带电阻性负载。
2．单相交流调压器带电阻—电感性负载。
三．实验线路及原理
本实验采用了锯齿波移相触发器。
该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。
晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成，见图1-8。
四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMEL—03组件
4．NMCL—31A组件
5．NMCL—05A组件
6．双踪示波器
7．万用表
五．注意事项
在电阻电感负载时，当时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量，损坏元件。
为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。
六．实验方法
1．单相交流调压器带电阻性负载
将NMCL-33上的两只晶闸管VT1，VT4反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲端G1、K1，G3、K3分别接至主电路相应VT1和VT4的门极和阴极。
接上电阻性负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2，使=150°。
三相调
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