电力电子实验2.docx

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电力电子实验2

实验安全及注意事项

本实验箱需双通道示波器配合来完成实验，双踪示波器两个测试通道的地线内部是连通的，并且与示波器的外壳相连接，所以两个通道不能同时观察同一电路中的两个不同电位的波形，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。

因此，在实验过程中应将其中一个通道探头的地线取下或不使用，只能使用其中一个通道探头的地线。

需要同时观察两个信号时，应需在电路中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，而不会导致事故意外。

为更好的完成实验，在电路中设置了很多观察点，实验时应严格按照实验操作步骤，否则将无法完成实验，甚至烧坏设备。

在实验过程中应始终遵守先接线并检查电路后再通电的原则，实验过程中不得带电更改接线。

实验发生意外时，应立即切断外部电源，防止造成设备大面积损坏或触电事故。

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本学期实验：

1.实验三单相桥式全控整流电路实验

2.实验七直流斩波电路实验

实验一锯齿波同步移相触发电路及单相半波可控实验

一．实验目的

1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。

2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。

二．实验内容

1．锯齿波同步触发电路的调试。

2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。

三．实验线路及原理

锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。

四．实验设备及仪器

1．EPE-III实验箱

2．双踪示波器（自备）

3．万用表（自备）

五．实验方法

1．将插板JMCL-36-05插入实验箱上的插板区，用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。

同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。

观察“3”~“5”孔波形及输出电压UG1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，了解各波形的幅值与宽度。

2．调节脉冲移相范围

将实验箱上的“Ug”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“1”孔）及U6的波形，调节偏移电压Ub（即调RP1），使=180O。

调节实验箱上的给定电位器RP，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，=180O，Uct=Umax时，=30O，以满足移相范围=30O~180O的要求。

调节Uct，使=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形，并标出其幅值与宽度。

用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察UG1K1和UG3K3的波形，调节电位器RP2，使UG1K1和UG3K3间隔1800。

3．单相半波可控整流电路带电阻性负载

按照图1-1接线，调节电位器RP1，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

U2,ud

30°

60°

90°

120°

4．单相桥式半控整流电路供电给电机负载

将主电路两端接至灯泡两端的线断开，接至直流电机两端。

（a）调节Ug，使α=90°，测取输出电压Ud=f（t），整流电路输出电流id=f（t）波形，并分析两者的关系。

（b）调节Ug，使α分别等于60°、90°时，测取Ud，id，iVD波形。

六．实验报告

1．整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。

2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？

3．如果要求Uct=0时，=90O，应如何调整？

4．画出电阻性负载，α=90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。

七．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。

实验二单相桥式半控整流电路实验

一．实验目的

1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。

2．单相桥式半控整流电路在灯泡负载和电机负载时的两种工作状态。

二．实验内容

1．单相桥式半控整流电路供电给灯泡负载。

2．单相桥式半控整流电路供电给电机负载。

三．实验设备及仪器

1．EPE-II实验箱

2．双踪示波器（自备）

3．万用表（自备）

四．实验方法

1．在实验箱没有接通电源时，将插板JMCL-36-05插入实验箱的插板区，按图2-1将所有线连接上，并检查线连接是否正确，并且将触发电路的G1、K1及G3、K3接至主电路可控硅的G1、K1及G3、K3。

将锯齿波触发电路中RP1旋钮顺时针调节到底；给定部分的RP逆时针调到底，开关拨至正给定，然后接通电源。

2．单相桥式半控整流电路供电给灯泡负载

调节给定电位器RP，使α=90°，测取此时整流电路的输出电压（灯泡负载两端）Ud=f（t），输出电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形，并测定交流输入电压U2、整流输出电压Ud，验证

分别测取α=60°，α=30°时的Ud、id、Uvt波形。

3．单相桥式半控整流电路供电给电机负载

将主电路两端接至灯泡两端的线断开，接至直流电机两端。

（a）调节Ug，使α=90°，测取输出电压Ud=f（t），整流电路输出电流id=f（t）波形，并分析两者的关系。

（b）调节Ug，使α分别等于60°、90°时，测取Ud，id，iVD波形。

五．实验报告

1．绘出单相桥式半控整流电路供电给灯泡负载和电机负载情况下，当α=90°时的Ud、id、UVT、iVD等波形图并加以分析。

2．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（α）及Ud/U2=f（α）曲线。

实验三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灯泡负载、电机负载时的工作状态。

二．实验内容

1．单相桥式全控整流电路供电给灯泡负载。

2．单相桥式全控整流电路供电给电机负载。

三．实验设备及仪器

1．EPE-II实验箱

2．双踪示波器（自备）

3．万用表（自备）

四．实验方法

1．在实验箱没有接通电源时，将插板JMCL-36-05插入实验箱的插板区，按图3-1将所有线连接上，并检查线连接是否正确，并且将触发电路的G1、K1；G2、K2；G3、K3及G4、K4接至主电路可控硅的G1、K1；G2、K2；G3、K3及G4、K4。

将锯齿波触发电路中RP1旋钮顺时针调节到底；给定部分的RP逆时针调到底，开关拨至正给定，然后接通电源。

2．单相桥式全控整流电路供电给灯泡负载。

调节Ug，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。

3．单相桥式全控整流电路供电给电机负载。

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：

双踪示波器两个通道分别测量弱电信号和强电信号Ud时，应将其中一个通道探头的地线取下或不使用，只能使用其中一个通道探头的地线。

五．实验报告

1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给灯泡负载情况下，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机负载情况下，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（）。

实验四三相桥式半控整流电路实验

一．实验目的

1．了解三相桥式半控整流电路的工作原理。

2．研究三相桥式半控整流电路在纯电阻负载、阻感负载时的工作状态。

二．实验内容

1．三相桥式半控整流供电给电阻负载。

2．三相桥式半控整流供电给阻感负载。

3．观察平波电抗器的作用。

三．实验设备及仪器

1．EPE-II实验箱

2．双踪示波器（自备）

3．万用表（自备）

四．注意事项

1．供电给电阻负载时，注意负载电阻允许的电流，电流不能超过负载电阻允许的最大值.

2．主电路的相序不可接错，否则容易烧毁晶闸管。

3．示波器的两根地线与外壳相连，使用时必须注意两根地线需要等电位，避免造成短路事故。

五．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）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。

（2）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。

2．三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作研究

调节负载电阻，注意电阻不能过大，应保持id不小于100mA，否则可控硅由于存在维持电流，容易时断时续。

（1）调节Uct，，观察在30°、60°、90°、120°等不同移相范围内，整流电路的输出电压Ud=f（t），输出电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）的波形，并加以记录。

（2）读取本整流电路的特性Ud/U2=f（α）。

3．三相半控桥式整流电路供电给阻感负载时的工作研究

（1）在大电感量与α=120°条件下，求取反电势负载特性曲线，注意要读取从电流连续到电流断续临界点的数据，并记录此时的Ud=f（t），id=f（t）。

（2）减小电感量，重复

（1）的实验内容

六．实验报告

1．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

2．绘出实验的整流电路在供电给反电势负载时的Ud=f（t），id=f（t）波形曲线。

3．绘出实验的整流电路供电给电阻负载时的Ud=f（t），id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）的波形。

4．绘出整流电路在α=60°与α=90°时供电给反电势负载时的负载特性曲线n=f（Id）。

5．分析本整流电路在反电势负载工作时，整流电流从断续到连续的临界值与哪些因素有关。

实验五三相桥式全控整理电路

一．实验目的

1．了解三相桥式全控控整流电路的工作原理。

2．研究三相桥式全控控整流电路在纯电阻负载、阻感负载时的工作状态。

二．实验内容

1．三相桥式全控整流供电给电阻负载。

2．三相桥式全控整流供电阻感负载。

3．观察平波电抗器的作用。

三．实验设备及仪器

1．EPE-II实验箱

2．双踪示波器（自备）

3．万用表（自备）

四．注意事项

1．供电给电阻负载时，注意负载电阻允许的电流，电流不能超过负载电阻允许的最大值.

2．主电路的相序不可接错，否则容易烧毁晶闸管。

3．示波器的两根地线与外壳相连，使用时必须注意两根地线需要等电位，避免造成短路事故。

五．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）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。

（2）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。

2．三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作研究

调节负载电阻，注意电阻不能过大，应保持id不小于100mA，否则可控硅由于存在维持电流，容易时断时续。

（2）读取本整流电路的特性Ud/U2=f（α）。

3．三相半控桥式整流电路供电给阻感负载时的工作研究

（1）在大电感量与α=120°条件下，求取反电势负载特性曲线，注意要读取从电流连续到电流断续临界点的数据，并记录此时的Ud=f（t），id=f（t）。

（2）减小电感量，重复

（1）的实验内容

六．实验报告

1．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

2．绘出实验的整流电路在供电给反电势负载时的Ud=f（t），id=f（t）波形曲线。

3．绘出实验的整流电路供电给电阻负载时的Ud=f（t），id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）的波形。

4．绘出整流电路在α=60°与α=90°时供电给反电势负载时的负载特性曲线n=f（Id）。

5．分析本整流电路在反电势负载工作时，整流电流从断续到连续的临界值与哪些因素有关。

实验六基于SG3525的PWM脉宽调制研究

一．实验目的

1．了解SG3525芯片的内部结构及外围电路。

2．熟悉SG3525芯片的工作原理。

二．实验内容

1．SG3525芯片的工作频率测试。

2．测试SG3525芯片发生PWM波形的占空比变化范围。

三．实验设备及仪表

1．EPE-II实验箱

2．双踪示波器（自备）

3．万用表（自备）

四．芯片简介

1．SG3525A系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制性能和使用较少的外部零件。

在芯片上的5.1V基准电压调定在±1％，误差放大器有一个输入共模电压范围。

它包括基准电压，这样就不需要外接的分压电阻器了。

一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统时钟同步。

在CT和放电脚之间用单个电阻器连接即可对死区时间进行大范围的编程。

在这些器件内部还有软起动电路，它只需要一个外部的定时电容器。

一只断路脚同时控制软起动电路和输出级。

只要用脉冲关断，通过PWM（脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。

当VCC低于标称值时欠电压锁定禁止输出和改变软起动电容器。

输出级是推挽式的可以提供超过200mA的源和漏电流。

SG3525A系列的NOR（或非）逻辑在断开状态时输出为低。

·工作范围为8.0V到35V

·5.1V±1.0％调定的基准电压

·100Hz到400KHz振荡器频率

·分立的振荡器同步脚

2．SG3525A内部结构和工作特性

（1）基准电压调整器

基准电压调整器是输出为5.1V，50mA，有短路电流保护的电压调整器。

它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。

若输入电压低于6V时，可把15、16脚短接，这时5V电压调整器不起作用。

（2）振荡器

3525A的振荡器，除CT、RT端外，增加了放电7、同步端3。

RT阻值决定了内部恒流值对CT充电，CT的放电则由5、7端之间外接的电阻值RD决定。

把充电和放电回路分开，有利于通过RD来调节死区的时间，因此是重大改进。

这时3525A的振荡频率可表为：

（3.1）

在3525A中增加了同步端3专为外同步用，为多个3525A的联用提供了方便。

同步脉冲的频率应比振荡频率fS要低一些。

（3）误差放大器

误差放大器是差动输入的放大器。

它的增益标称值为80dB，其大小由反馈或输出负载决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。

该放大器共模输入电压范围在1.8~3.4V，需要将基准电压分压送至误差放大器1脚（正电压输出）或2脚（负电阻输出）。

3524的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端，3525A改为增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。

这样避免了彼此相互影响。

有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。

（4）闭锁控制端10

利用外部电路控制10脚电位，当10脚有高电平时，可关闭误差放大器的输出，因此，可作为软起动和过电压保护等。

（5）有软起动电路

比较器的反相端即软起动控制端8，端8可外接软起动电容。

该电容由内部Vref的50μA恒流源充电。

达到2.5V所经的时间为

。

点空比由小到大（50％）变化。

（6）增加PWM锁存器使关闭作用更可靠

比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM锁存器。

锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。

这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。

另外，由于PWM锁存器对比较器来的置位信号锁存，将误差放大器上的噪音、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除了。

只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于可靠性提高。

（7）增设欠压锁定电路

电路主要作用是当IC块输入电压小于8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约2mA）。

（8）输出级

由两个中功率NPN管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出100mA。

组间是相互隔离的。

电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状态中。

为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更快。

11端（或14端）的拉电流和灌电流，达100mA。

在状态转换中，由于存在开闭滞后，使流出和吸收间出现重迭导通。

在重迭处有一个电流尖脉冲，其持续时间约100ns。

使用时VC接一个0.1μf电容可以滤去尖峰。

另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到50mA以上时，管饱和压降较高（约1V）。

3．IC芯片的工作

直流电源VS从15号脚引入分两路：

一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的＋5.1V基准电压，＋5.1V再送到内部（或外部）电路的其它元件作为电源。

振荡器5号脚需外接电容Cr,6号脚需外接电阻Rr。

选用不同的Cr、Rr，即可调节振荡器的频率。

振荡器的输出分为两路：

一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及二个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相端。

比较器的反相端连向误差放大器。

误差放大器实际上是个差分放大器，它有两个输入端：

1号脚为反相输入端；2号脚为同相输入端，这两个输入端可根据应用需要连接。

例如，一端可连到开关电源输出电压V0的取样电路上（取样信号电压约2.5V），另一端连到16号脚的分压电路上（应取得2.5V的电压），误差放大器输出9号脚与地之间可接上电阻与电容，以进行频率补偿。

误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，从而在比较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压的高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。

或非门另二输入端分别为触发器、振荡锯齿波。

最后，在晶体管A和B上分别出现脉冲宽度随V0变化而变化的脉冲波，但两者相位相差180°。

4．1525A的参数

极限参数

参数

符号

值

单位

电源电压

VCC

＋40

Vdc

集电极供电电压

＋40

Vdc

逻辑输入

－

－0.3～＋5.5

模拟输入

－

－0.3～VCC

输出电流源或吸人

±500

基准输出电流

Iref

振荡器充电电流

－

5.0

耗散功率（塑料和陶瓷封装）

1000

热阻结到大气（塑料和陶瓷封装）

RθJA

100

℃/W

热阻结到外壳（塑料和陶瓷封装）

RθJC

℃/W

工作结温

＋150

℃

存放温度范围陶瓷封装

塑料封装

Tstg

－65～＋150

－55～＋125

℃

引线温度（焊接10秒）

TSolder

＋300

℃

推荐的工作条件

特性

符号

最小

最大

单位

电源电压

VCC

＋8.0

+35

Vdc

集电极电压

+4.5

+35

Vdc

输出吸入／源电流

（待机态）

（峰值）

±100

±400

基准负载电流

Iref

振荡器频率范围

fOSC

0.1

400

kHz

振荡器定时电阻

2.0

150

kΩ

振荡器定时电容

0.001

0.2

μF

去磁电阻范围

500

工作环境温度范围

＋70

℃

电气特性（VCC=+20Vdc，TA=T10W到Thigh，除非另有规定）

特性

符号

最小

典型

最大

单位

振基准部分

基准输出电压（TJ=＋25℃）

Vref

5.00

5.10

5.20

Vdc

线路调整（＋8.0V≤VCC≤＋35V）

Regline

－

负载调整（0mA≤IL≤20mA）

Regload

－

温度稳定性

ΔVref/ΔT

－

总输出值，包括线性，负载和过温

ΔVref

4.95

－

5.25

Vdc

短路电流（Vref=0V，TJ=+25oC）

ISC

－

100

输出噪声电压（10Hz≤f≤10kHz，TJ=+25oC）

－

200

μVrms

长期稳定性（TJ=+125oC）

－

mV/khr

振荡器部分

初始精度（TJ=+25oC）

－

±2.0

±6.0

％

随电压的频率稳定性

（＋8.0V≤VCC≤+35V）

－

±1.0

±2.0

％

随温度的频率稳定性

－

±0.3

－

％

最小频率（RT＝150kΩ，CT=0.2μF）

fmin

－

最大频率（RT＝2.0kΩ，CT=1.0μF）

fmax

400

－

kHz

电流镜象（IRT＝2.0mA）

－

1.7

2.0

2.2

时钟幅度

－

3.0

3.5

－

时钟宽度（TJ＝＋25℃）

－

0.3

0.5

1.0

μs

同步门限

－

1.2

2.0

2.8

同步输入电流（同步电压＝＋3.5V）

－

1.0

2.5

误差放大器部分（VCM＝＋5.1V）

输入失调电压

VIO

－

2.0

输入偏置电流

IIB

－

1.0

μA

输入失调电流

IIO

－

1.0

μA

直流开环增益（RL≥10MΩ）

AVOL

－

低电平输出电压

VOL

－

0.2

0.5

高电平输出电压

VOH

3.8

5.6

－

共模抑制比（＋1.5V≤VCM≤＋5.2V）

CMRR

－

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