电力电子实验报告.docx

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电力电子实验报告

一、原理概述:

本电路利用单结晶体管的负阻特性和RC的充放电特性，组成频率可调的自激振荡电路。

RC充放电在电容Ci两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。

电容Ci的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RPi可改变Ci的充电的时间，控制第一个尖脉冲

的出现时刻，实现脉冲的移相控制。

单结晶闸管触发电路各点的电压波形（a=6（T

三、思考题：

（1）由f=-=-^—f知Cl越大，f越小，反之，C1越小，f越大。

TRC]

（2）不能，因为脉冲产生是在电容放电那一瞬间，而电容充电需要一定的时间，即脉冲产生有一定的滞后性，因此移相范围达不到180。

一、原理概述:

本电路由同步移相，脉冲放大等环节组成。

通过调节RPi及RP2均可改变V】三极管的翻转时刻，从而控制触发角的位置。

（2）Uct增加时，控制角Q减小，移相范围大约为0°〜90°,同步电压从过零点到正半周90°—段为脉冲移相范围。

（3）当逆时钊旋转RP3时，输出脉冲变窄；当顺时针调节RP3时，输出脉冲变宽。

三、思考题：

（1）正弦波同步移相触发电路由脉冲形成、脉冲放大、同步移相等儿个环节组成。

（2）不能，因为触发脉冲的形成是在V】三极管的翻转时刻，而Vi的翻转不能在0°〜180°范围内任一时刻发生。

一、原理概述

本电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成。

同步检测是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度，利用恒流源中电位器RPi的调节来改变锯齿波的斜率。

通过控制偏移电压及移相控制电压的大小来控制脉冲出现的时刻，再经过脉冲形成放大环节对形成脉冲进行放大。

二、实验报告

（1）

锯齿波同步移相触发电路各点电压波形（a=6Q。

）

（2）当U«=0时，调节偏移电压Ub大小，使a=90°-

三、思考题

（1）锯齿波同步移相触发电路增加了同步检测环节，保证了触发脉冲的完全同步。

移相范围大，输出两组互差180°的脉冲，可为单相桥式电路提供触发信号。

（2）锯齿波同步移相触发电路的移相范围与RPi阻值有关。

（3）因为锯齿波的形成过程大于半个周期，而脉冲形成在锯齿波形成周期内，而正弦波同步移相范围在半个周期内。

一、原理概述：

本电路通过设置集成块Tca785各引脚参数值从而产生两路互差180°的触发脉冲，其中电位器RPi主要调节锯齿波的斜率，电位器RP?

则调节输入的移相控制电压，从而控制触发脉冲出现的时刻。

二、实验报告

（1）

单相集成锯齿波触发电路的各点电压波形（a=60°）

（2）VDi、VD2形成一个双向限幅电路，对同步信号进行双向限幅形成“1”点波形,通过对C4充放电形成锯齿波，通过调节电位器RPi调节锯齿波的斜率。

三、思考题

（1）Tca785触发电路触发脉冲由芯片Tca785产生，集成度高，控制简单。

（2）Tca785触发电路的移相范围的脉冲宽度与电容C5的值有关。

第三章实验五单相半波可控整流电路实验

一、原理概述

本电路主要通过控制DJK03-1上触发脉冲出现时刻即触发角a大小来控制输出电压S的大小。

晶闸管VTi由反桥中任一晶闸管提供，其门极G和阴极K分别与DJK03-1上一晶闸管G、K相连。

二、实验报告

（1）当a=90°时，Ud、Uvr波形如图所示。

（3）由波形可以看出当晶闸管导通时输入电压全部加在输出电压Ud两端，当晶闸管截止时，输入电压全部加在晶闸管两端；带感性负载时，由于电流不能突变，输出电压出现负压，此时电压由变压器提供。

三、思考题

（1）由/—知Ci越大，（越小，反之，Ci越小，/越大。

TRC、

（2）单相半波可控整流电路接感性负载时会出现负压，为消除负压，可在电路负载两端并联一二极管，称为续流二极管，从而使电感中储存的能量通过续流二极管放掉。

第三章实验六单相桥式半控整流电路

一、原理概述

本电路由2个全控型器件和2个不控型器件组成桥式半控整流电路，通过控制触发角a的大小來控制输出电压的大小。

VT】、VT3两组触发脉冲分别由锯齿波同步触发电路I、II提供，两路脉冲相位互差180°。

二、实验报告

阻感性负载和阻性负载波形相同在此略

（3）在负载侧并联一个续流二极管，使负载电流通过续流二极管续流，而不再经过门、D或T3、D?

这样可使晶闸管恢复阻断能力。

三、思考题

（1）电路在正常运行情况下，突然把触发脉冲切断或者a角增大到180°,就会产生“失控”。

（2）加续流二极管前后，晶闸管两端电压波形不变。

第三章实验七单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、原理概述

三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。

二、实验报告

（1）

a=30°

nn、

iH>

u峠

V'-wt

aii

Q、u]r\

"wt

、，

%「

>wt

、

a•P

匕个

h、

弭1

1■■

111ll>

%、

>wt

a=60°

a=90°

a=120°

a=150°

阻性负载

（3）本实验产生逆变颠覆的原因是触发脉冲丢失；逆变颠覆会使电路中出现很大的短路电流，可能会烧坏晶闸管。

三、思考题

实现有源逆变的条件有两个

（1）外部条件：

外部有一个直流电势，方向与晶闸管导通方向一致，值稍大于变流器侧输出的平均电压。

（2）内部条件：

逆变电路的主电路为全控结构，a>90°,处于逆变区。

本电路直流电势由整流输出电压提供，使用心式变压器进行升压，使直流电势值稍大于变流器侧输出的平均电压。

一、原理概述

本电路釆用三只晶闸管接成共阴极形式，由A、B、C三相电压高低及触发脉冲到來时刻来控制三个晶闸管的导通和关断，任一时刻只有一个晶闸管导通。

一个周期内三个晶闸管轮流导通一次。

二、实验报告

a=90°时

阻性阻感性

阻性负载时，a=90°时脉冲到来，A、B、C三相轮流导通60°,波形如图所示。

由于阻性负载电压与电流成正比，因此电流波形与电压波形一样只是幅度成一定的比例。

接阻感性负载时，由于电感的存在，使VT】、VT3、VT5在换相后继续导通一段时间，形成连续的电流。

三、思考题：

（1）若DJK02-1上同步信号a、b、c三者相位满足a超前bl20°,b超前cl20°,c超前al20°,则说明三相触发脉冲的相序正确。

主电路输出的三相相序不能任意改变，因为若输入DJK02-1三相同步信号相序变化，则单次脉冲通过KC41进行补脉冲时，脉冲控制角会发生变化。

（2）若己知晶闸管额定流It，测电路的最大输出电流I2=It。

一、直流电压由励磁电源提供，经逆变电路产生的交流信号接心式变压器的中压端，返回电网的电压从高压端输出。

二、实验报告

（1）

a=30°

a=60°\p\p\

a=90°

a=15li—i>

（2）整流状态下，Ud为正，逆变状态下5为负。

a=90°为整流与逆变的临界点。

三、思考题

（1）如图所示

（2）当3=60°时输出电压为负值，当P=90°时，输出电压为零。

一、原理概述

本电路由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此具有可控与不可控两者的特性。

改变共阴极组晶闸管的控制角Q,可获得0〜2.345的直流可调电压。

二、实验报告

n八''

、,

可以看出阻性负载a=60°是整流电压波形连续与断续的临界点。

感性负载时，电压波形同阻性负载，电流波形为连续波形。

三、思考题

（1）因为电动机负载相当于大电感负载，使输出更平稳。

（2）电阻性负载时可以，电动机负载不可以，因为电感中流过电流不能突变，容易出现过流。

第三章实验十一三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、原理概述

本电路由6个全控型器件组成，通过控制触发角a的大小，从而控制输出电压大小。

相对于其它整流电路，三相桥式整流输出电压范围更大，电压利用率更高。

二、实验报告

（4）由于晶闸管突然失去脉冲，使电源瞬时电压与E顺极性串联，出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，造成逆变失败。

三、思考题

（1）触发电路的同步信号从主电路引入。

若主电路三相电源的相序变化，单次脉冲通过KC41进行脉冲补偿时，脉冲控制角会发生变化，因此主电路三相电源的相序不可任意设定。

（2）当Q在［0°,90°］之间时电路工作在整流状态，当a>90°时电路工作在逆变状态。

这是因为a在［0°,90°］之间时，整流输出能量大于逆变输出反馈回电网的能量,以整流为主，当a>90。

时，逆变输出能量大于整流输出能量以逆变为主。

一、原理概述

通过改变反并联晶闸管或双向晶闸管的控制角a,从而改变交流输出电压的大小。

因为触发脉冲为窄脉冲时，会造成晶闸管工作不对称，所以交流调压电路通常采用宽脉冲或脉冲列触发。

二、实验报告

（2）由电流波形可知：

当a>0时，0<180。

；电流断续；当a=（p时，0=180°,电流处于临界连续状态；当时，0仍维持180°导通，电路不起调压作用。

时线性变化，a<（p时，缺相，非线性变化。

三、思考题

（1）交流调压电路带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则a<0时会发生一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量，会烧毁熔断器或晶闸管。

可采用宽脉冲或脉冲列触发。

（2）交流调压电路有移相控制和斩波控制方式，在工业加热、灯光控制，电动机调压调速等场合应用。

第三章实验十三单相交流调压电路实验

（2）

一、原理概述

本电路利用RC充放电电路和双向触发二极管DB3的特点，在每半个周波内，通过对双向可控硅的通断进行移相触发控制，从而方便的调节输出电压的大小。

二、实验报告

可控硅导通前，输入信号全部加在可控硅两端，可控硅导通后，输入电压一部分加在负载两端，另一部分加在可控硅两端，输出电压波形为加触发脉冲后Ui波形，可控硅两端电压波形为加触发脉冲前Ui波形。

三、思考题

（1）双向晶闸管与两个单向晶闸管反并联相比是比较经济的，而且控制电路比较简单。

在控制方式上，双向晶闸管可以通过控制一个脉冲的出现时刻來控制，而两上晶闸管反并联则需要两个触发脉冲來触发两个晶闸管。

一、原理概述

交流调功电路釆用通断控制方式，通过改变接通周波数和断开周波数的比值來调节负载所消耗的平均功率。

二、实验报告

由波形图可知BCR的触发信号Ug接通两个周波断开1个周波，当BCR导通时，输入电压加在灯泡两端，当BCR截止时，输入电压加在BCR两端，二者波形呈互补关系。

（2）特点：

交流调功电路时间常数很大，没有必要对交流电源的各个周期进行频繁的控制，因此控制比较方便，常用于电炉的温度控制。

三、思考题

（1）交流调功电路的主电路和交流调压电路和的形式基本相同，但控制方式不同。

交流调压是在交流电源的半个周期内作移相控制，交流调功是以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，采用通断控制方式。

（2）交流调压电路采用相位控制，在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在这压器二次侧只要用二极管整流就可以了。

这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。

而交流调功电路控制比较简单。

一、原理概述

通过控制触发角a的大小，从而去控制交流调压电路输出电压的大小。

交流调压电路带感性负载时，当控制角Q减小到等于负载功率因数角©时，晶闸管就全导通，进一步减小a时，若触发脉冲为窄脉冲，就会造成晶闸管工作不对称，所以交流调压电路通常都釆用宽脉冲或脉冲列触发。

二、实验报告

第三章实验十六直流斩波电路原理实验

一、原理概述

本实验釆用脉宽可调的晶闸管斩波器，其中VTi为主晶闸管，VT?

为辅助晶闸管，通过控制VT2脉冲出现的时刻來调节输出电压的脉宽，从而可达到调节输出直流电压的目的。

二、实验报告

当VTi载止时,

输入电压加在VTi两端，即VTi、Ud波形互补，它们分别是输入电压的一部分。

三、思考题

1、直流斩波器主要有脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型三种调制方式。

本实验中的斩波器为脉冲宽度调制。

2、本实验中电容C主要用來保持输出电压恒定。

第三章实验十七SCR、GTO、MOSFETvGTR、IGBT特性实验

一、电路介绍

本实验主要研究五种新器件的V/A特性，其中SCR为半控型器件，其余四种器件为全控型器件。

它们的特性主要在管子导通过程中研究。

二、实验报告

Id（A）A

第三章

实验十八GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动与保护电路实验

第四章实验一单相正弦波脉宽调制逆变电路实验

一、原理概述：

通过对逆变器开关器件的通、断控制，使逆变器输出一系列幅值相等而宽度不同的脉冲，用它来代替正弦波。

本实验采用两片ICL8038集成函数信号发生器为核心器件，其中一片8038产生正弦调制波，另一片用以产生三角载波，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波，即SPWM波。

SPWM波经反相器后，生成两路相位相差180°的土PWM波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180°并带一定死区范围的SPWMi和SPWM2,作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。

二、实验报告

（1）①正弦调制波口的频率范围为4.505HZ〜61.73HZ

2三角载波Uc的频率为111HZ

3改变U「的频率，三角载波Uc频率不变，即调制比可变，因此是异步调制。

（2）©f

7HZ

24HZ

29.3HZ

178V

177V

②Q14HZ

20HZ

30HZ

40HZ

50HZ

63HZ

A=178V

177V

三、思考题

（1）增加滤除谐波成分的滤波电路，

使波形更逼真，不受干扰。

（2）可以。

（3）开关死区时间太小，会导致管子來不及换相而造成电路中产生大电流，开关死区时间T太大，会造成调制波形不连续，波形失真。

第四章实验三半桥型开关稳压电源的性能研究

一、原理概述：

通过控制开关管的通断來控制输出电压的大小，当电网波动或负载变化时，改变占空比就可以调整输出电压，保持输出电压稳压。

两只MOSFET管和两只电容Ci、C2组成一个逆变桥，在两路PWM信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为26KHZ,占空比可调的矩形脉冲电压。

然后通过降压,整流、滤后获得可调的直流电源电压输出。

该电源开环时，负载特性较差，加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控制PWM输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。

二、实验报告

由观测可知SG3525中11（A）、14（B）管脚波形均为方波，且二者幅值相等，频率相同，幅值为16.8V,频率f为416.7HZ,占空比均为6.1%，脉宽t为2.4X10-3ms,两路之间的死区时间tdead=19.6uso

UxG（0,50V）

0wt

U（V）

1.3

1.5

1.7

2.0

2.3

2.6

占空比

20.5%

25.6%

35.9%

41%

UT2（V）

19.2

Uo（V）

7.45

7.48

7.51

0wt

Ux=200V时

u介

U（V）

1.2

1.4

1.6

1.8

2.4

2.6

占空比

41%

UT2（V）

50.5

52.6

67.58

73.1

U0（V）

31.7

31.6

31.5

Ur=2・2VU产200V调可变电阻负载R,开环。

R（Q）

188

151.6

126.7

110.3

50.7

占空比

25.8%

U0（V）

30.2

29.7

29.5

29.4

2&8

2&0

I（A）

0.16

0.20

0.25

0.26

0.35

0.56

Ur=2・2VUx=200V调可变电阻负载R,闭环。

R（Q）

188

151.6

126.7

110.3

72.9

50.7

占空比

4.3%

6.5%

11%

12.9%

U0（V）

24.16

24.14

24.12

24.11

24.06

24.03

23.9

I（A）

0.13

0.17

0.2

0.21

0.29

0.34

0.48

Ur=2・2VR不变Ui在200V左右调节，开环。

u’（v）

100

120

140

180

200

240

250

占空比

25%

25.8%

26%

27%

28%

29%

29.6%

Uo（V）

13.6

16.45

19.5

25.3

2&1

33.73

35.2

I（A）

0.28

0.34

0.4

0.51

0.55

0.66

0.69

Ur=2.2VR不变U】在200V左右调节，闭环。

u’（v）

100

120

140

180

200

240

250

占空比

47.3%

17.2%

12.9%

8.7%

8.8%

U0（V）

14.51

17.5

20.56

23.9

I（A）

0.29

0.36

0.42

0.49

0.47

（2）开环时，R减小即负载增大，输出电压U。

逐渐减小。

闭环时，R减小即负载增大,输岀电压U。

基本保持不变。

（3）开环时，输入电压增加，输出电压随之增加，闭环时，输入电压达到一定值时,输出电压保持不变。

三、思考题

（1）开关稳压电源的工作原理见第一部分原理概述。

交流电压从电网下来后，首先整流滤波成直流，再经PWM控制逆变成高频交流，由高频变压器隔离后，经高频整流滤波输出稳定直流，控制逆变器的占空比D就可以调整输出电压以保持稳定，主要元器件主要有开关管，滤波电容，变压器等。

（2）依靠反馈，当外加电源电压或负载变化时，电路能自动控制PWM输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，从而达到稳压的效果。

（3）半桥型开关稳压电源的输出稳压值可调范围大，管子功耗小。

三端稳压块输出电压最大值为24V,有一定的局限性。

（4）全桥型和半桥型电路结构基本相同，但全桥型逆变桥由四个开关管构成，电压利用率较高。

且输出稳压值范围较大。

（5）示波器两探头会通过示波器外壳发生电气短路。

第四章实验四反激式电流控制开关稳压电源

一、原理概述

通过控制电路中电流值的大小来控制一些开关管的通断。

而在开关管导通期间，外界供电电源只向储能电感（变压器）供电，负载只靠滤波电容器供电；在开关管截止期间，储能电感（变压器）才向负载供电。

二、实验报告

（1）波形观察

②q*^LTL

Q_Q3C人人

（2）电流控制原理

交流输入经二极管整流后的直流电压Ude经变压器初级绕组加到功率三极管Qi之C极，同时经电阻R9,Rio加到Qi之b极使Q开通。

Ude电压加到变压器初级使磁通逐渐上升，初级电流也线性增大，变压器反馈绕组3-4上的感应电势的极性使Qi的b-e之间正向偏置增大，为了保证Qi中的电流不超过其元件最大值，我们用三极管Q?

來控制电流峰值。

当R7中的电流大到一定允许值Q2导通，强迫将Q之b极变为零电平使Q】关断，而Q2的通断受三极管Q4的通断;来控制，而Q4的通断由三极管Q3和4N35中的三极管的导通情况来决定。

Q3的通断由来自电流反馈采样电阻％上的电压来控制。

（3）分析负载变化时输出电压不变的原理。

当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变吗？

为什么？

答：

当负载变化5V输出电压变化时，输出电压的采样电阻分压后加到TL431的R端的电压增大或减小。

由TL431的作用原理可知其C端电压会自动相应的下降或上升，结果造成4N35的二极管中电流增大或减小，从而使4N35的三极管的等效内阻减小或增大,从而去控制Qi的关断时刻，从而去控制电流变化以达到调整输出电压大小的目的。

当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变，因为±12V和十5V共用同一条磁路,±12V可以通过十5V反馈回路來调整输出电压的变化情况。

（4）分析交流输入电压改变时，输出电压保持不变的原理？

答：

当输入交流电压变化时，Ude随之变化，Qi导通后变压器中的磁通上升速率随之变化，结果使Qi的开通关断周期随之调整，从而达到稳压的效果。

第四章实验五直流斩波电路的性能研究

一、原理概述：

通过控制开关管的快速通断，把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率来实现输出电压平均值的调节。

二、实验报告

（1）调节SG3525第2脚外接电位器的大小，即调节U「的小，即可调节比较器的负端基准电压值。

基准电压与5脚产生的锯齿波比较，即可产生一系列等幅不等宽的矩形波。

改变口的大小，即可调节矩形波（即PWM波）的占空比。

然后经RS触发器及T触发器进行分频，同时把PWM信号分成相位相差180。

的两路信号，再经光耦隔离进行隔离保护。

（2）

三、思考题

（1）直流斩波器的工作原理见第一部分原理概述，主要有升压式，降压式及升降压复合式，主要元器件有IGBT、电感、电解电容、续流二极管等。

（2）在主电路工作时若用示波器的双踪探头同时对两处波形进观测，会导致两观测点通过示波器外壳发生电气短路。

第四章实验六单相斩控式交流调压电路实验

一、原理概述

斩控式交流调压电路基本原理和直流斩波电路类似，也是通过对Q的调节来调节输出电压U。

，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。

二、实验报告

阻性负载时

5V）

1.4

1.6

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