电力电子技术.docx
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电力电子技术
电力电子技术
实
验
指
导
书
2012.3
实验一电力电子器件特性实验
一、实验目的
1、掌握各种电力电子器件的工作特性。
2、掌握各器件对触发信号的要求。
二、实验所需挂件及附件
1、RTDL电力电子实验台
2、RTDJ37可调电阻器
3、RTDL22新器件特性实验箱
4、万用表（自备）
三、实验线路及原理
图1新器件特性实验原理图
将电力电子器件和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由RTDL22上的给定为新器件提供触发信号，使器件触发导通。
图中的电阻R用RTDJ37可调电阻器，接成并联形式，直流电压和电流表可从RTDL电源控制屏上获得，电力电子器件在RTDL08、RTDL09A挂箱上，直流电源从RTDL电源控制屏的励磁电源取得。
四、实验内容
1、晶闸管（SCR）特性实验。
2、可关断晶闸管（GTO）特性实验。
3、功率场效应管（MOSFET）特性实验。
4、大功率晶体管（GTR）特性实验。
5、绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。
五、实验方法
1、按图1接线，将晶闸管（SCR）接入电路，在实验开始时，将给定电位器沿逆时针旋到底，负载电阻R调至最大阻值位置，关闭励磁电压。
按下“启动”按钮，打开RTDL22的开关，然后打开励磁开关，缓慢调节给定输出，同时监视电压表、电流表的读数，使电压表指示接近零（表示管子完全导通），记录给定电压Ug、回路电流Id以及器件的管压降Uv。
Ug
Ud
Uv
2、换成功率场应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。
Ug
Ud
Uv
3、换成大功率晶体管（GTR），重复上述步骤，并记录数据。
Ug
Ud
Uv
4、换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。
Ug
Ud
Uv
5、将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO）和触发信号的直流电源换成
的电源。
在实验开始时，将给定电位器沿逆时针旋到底，负载电阻R调至最大阻值位置，关闭励磁电压。
按下“启动”按钮，打开RTDL22的开关，打开励磁开关，缓慢调节给定输出，同时监视电压表、电流表的读数，使电压表指示接近零（表示管子完全导通）；然后，缓慢调小给定输出，同时监视电压表、电流表的读数，使电压表指示接近
（表示管子完全截止）；记录给定电压Ug、回路电流Id以及器件的管压降Uv。
Ug
Ud
Uv
六、实验报告
根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。
实验二单相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一、实验目的
1.加深理解单相桥式全控整流及单相有源逆变电路的工作原理；
2.研究单相桥式变流电路由整流切换到逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。
二、实验线路及原理
图2为本实验的实验原理图。
将RTDL03实验箱中整流电路作为逆变桥的直流电源，逆变变压器采用RTDL03实验箱，回路中接入平波电抗器L及限流电阻Rd。
触发电路采用RTDL09A组件实验箱上的锯齿波同步移相触发电路。
有关实现有源逆变的原理及实现条件可参见教材的有关内容。
图2单相桥式全控整流电路及单相有源逆变电路
三、实验内容
1.单相桥式全控整流电路带阻感性负载；
2.单相桥式有源逆变电路带阻感性负载。
四、实验设备
1.电力电子实验台；
2.RTDL03实验箱
3.RTDL08实验箱
4.RTDL09A实验箱
5.RTDJ10实验箱（RTDL11实验箱）；
6.示波器（自备）；
7.万用表（自备）。
五、实验方法
1、按图2接线，图中变压器的AX端为~220V，AmXm端为~110V，在进行有源逆变时，变压器为逆变变压器。
将锯齿波触发电路的输出脉冲端分别接至RTDL08中相应晶闸管的门极和阴极，并将触发脉冲开关断。
2、相桥式全控整流电路
开关S合向左端。
调节锯齿波触发电路中的移相调节电位器RP2，使Uct=0，调节偏移电位器RP3使α=150º。
保持Ub不变（即RP3固定），逐渐增加Uct在α=0-90º的范围内，做单相桥式全控整流电路带阻感性负载实验，在α=0º、30º、60º、90º时，用示波器观察、记录整流电压Ud晶闸管两端电压UT的波形，并记录UUV、Ud的数值于下表1中。
表1UUV、Ud的数值
α
0º
30º
60º
90º
120º
150º
UUV
Ud（记录值）
Ud（计算值）
计算公式：
Ud=0.9*U2*cosα
3、单相桥式有源逆变电路
断开电源，将开关S拔向有源逆变直流电源端（三相不控整流桥）。
调节Uct=0时，β=30º即α=150º。
合上主电路电源，在β=30º、60º、90º时，用示波器观察并记录Ud、UT的波形，并在上表中记录UUV、Ud的数值。
当β＞90º时，晶闸管过渡到整流状态，此时输出电压极性改变。
六、实验报告
1.画出α=0º、30º、60º、90º、120º、150º的Ud和UT的波形；
2.画出电路的移相特性Ud=f（α）曲线。
七、注意事项
1.双踪示波器两个探头的地线端应接在电路的同电位点，以防通过两探头的地线造成被测量电路短路事故。
示波器探头地线与外壳相连，使用时应注意安全。
2.在本实验中，触发脉冲是从外部接入RTDL08面板上晶闸管的门极和阴极，此时，应将所用晶闸管对应的触发脉冲开关拨向“断开”位置。
3.当有触发脉冲，主电路也没有故障，而晶闸管不能触发导通，有可能是同步信号反相，只需颠倒RTDL09电源的极性即可。
4.结束实验时，应先将电压表与电路分离，将电流表用线短接掉，以防止仪表的损坏。
5.为了防止过流，完成从整流到逆变的过程，主电路应串入适当阻值的电阻。
实验三三相桥式全控整流电路实验
一、实验目的
1.加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理；
2.了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。
二、实验线路及原理
实验线路如图3所示。
主电路由三相全控变流电路组成；触发电路为RTDL08中的集成触发电路，由KC04、KC41、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
三相桥式整流及逆变电路的工作原理以及集成触发电路的原理可参考有关教材内容。
图3三相桥式全控整流电路
三、实验内容
1.三相桥式全控整流电路带大电感负载；
2.观察整流变状态下，模拟电路故障现象时的各电压波形。
四、实验设备
1.电力电子实验台
2.RTDL03实验箱
3.RTDL08实验箱
4.RTDL11实验箱
5.RTDJ10实验箱
6.示波器（自备）；
7.万用表（自备）。
五、实验方法
1.RTDL08的调试
（1）观察电源控制屏上三相交流电源的电压表指示值，三相是否平衡。
（2）电源控制屏上交流电源输出切换到“直流调速”；
（3）将触发脉冲,打到窄脉冲,用示波器观察6个触发脉冲，应使其间隔相互间隔60º,三角波的斜率应调到一致。
（4）将给定器G的输出端“Ug”接至RTDL08面板上的“移相控制电压”Uct端，调节偏移电压电位器RP，使Uct=0时（可直接接地，以保证输入为零），α=150º。
（5）将RTDL08面板上的UIf（当三相桥式全控变流电路使用正桥VT1-VT6时）接地，将正组桥触发脉冲的6个开关拨到“接通”，用示波器观察晶闸管的门极与阴极的触发脉冲是否正常。
2.三相桥式全控整流电路
（1）按图3接线，其中全控桥的三相接RTDL03的变压器的110V绕组，变压器原边接电源三相，变压器为Y/Y12点接法，将开关“S”拨向左边的短接线端，给定器RTDL11上的“正给定”输出为零（逆时针旋到底）；合上主电路开关，调节给定电位器，加移相电压，使α角在30º~90º范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻Rd，使得负载电流Id保持在0.6A左右（注意Id不得超过0.65A）。
用示波器观察并记录α=30º，60º，90º时整流电压ud和晶闸管两端电压UT的波形，并记录相应的Ud、Uct数值于下表2中。
表2Ud、Uct值
α
30º
60º
90º
120º
Uct
Ud（记录值）
Ud（计算值）
计算公式：
Ud=2.34*UUV*cosα
（2）模拟故障现象
当α=60º时，将示波器所观察的晶闸管的触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，或将“UIf”端的接地线断开，模拟晶闸管失去触发的故障，观察并记录这时的Ud、UT的变化情况。
六、实验报告
1.画出电路的移相特性Ud=f（α）；
2.画出触发电路的传输特性α=f（Uct）；
3.画出α=α=0º、30º、60º、90º时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形；
4.简单分析模拟故障现象。
七、注意事项
1.双踪示波器两个探头的地线端应接在电路的同电位点，以防通过两探头的地线造成被测量电路短路事故。
示波器探头地线与外壳相连，使用时应注意安全。
2.在本实验中，触发脉冲是从外部接入RTDL08面板上晶闸管的门极和阴极，此时，应将所用晶闸管对应的触发脉冲开关拨向“断开”位置。
3.当有触发脉冲，主电路也没有故障，而晶闸管不能触发导通，有可能是同步信号反相，只需颠倒RTDL09电源的极性即可。
4.结束实验时，应先将电压表与电路分离，将电流表用线短接掉，以防止仪表的损坏。
5.为了防止过流，完成从整流到逆变的过程，主电路应串入适当阻值的电阻。
实验四直流斩波电路实验
一、实验目的
1.掌握单开关DC-DC变换器的工作原理、特点与电路拓扑结构。
2.熟悉单开关DC-DC变换器连续与不连续工作模式的工作波形。
3.掌握DC-DC变换器的调试方法。
二、实验原理线路及原理
图4降压直流斩波电路原理图
图5升压直流斩波电路原理图
图4、图5是升、降压直流斩波电路原理图，其工作原理请参看教材有关内容。
三、实验内容
1、连接实验线路，构成一个DC-DC变换器。
2、调节占空比，测出电感电流IL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。
3、测出连续与不连续工作状态时的VGE、VCE、IC、VL、IL、VD、ID等波形。
4、测出直流电压增益M=Vo/Vs与占空比D的函数关系。
四、实验设备
1、RTDL23实验箱
2、万用表（自备）
3、示波器（自备）
4、RTDL09可调电阻箱
五、实验方法
1.检查PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常观察信号发生输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。
2.按示意图接成降压变换实验线路。
电感电流IL处于连续与不连续临界状态时用示波器观测各处波形并与理论值比较，验证各公式。
3.按示意图接成升压变换实验线路。
电感电流IL处于连续与不连续临界状态时用示波器观测各处波形并与理论值比较，验证各公式。
六、实验报告
1.列出各种电路IL连续与不连续临界状态时的占空比D,并与理论值相比较。
2.画出各种电路连续与断续时的VGE、VCE、IC、VL、IL、VD、ID等波形，并与理论上的正确波形相比较。
3.按所测的D，Vo值计算出M值，列出表格，并画出各种电路曲线。
并在图上注明连续工作与断续工作区间。
4.对变换器的优缺点作一评述。
实验五单相桥式整流电路仿真
一、实验目的
（1）熟悉MATLAB/SIMULINK建立仿真模型。
（2）加深理解单相桥式整流电路的工作原理。
二、实验条件
1计算机
2MATLAB软件
三、实验原理
图6单相桥式全控整流电路图
单相桥式全控整流电路如图1所示，电路由交流电源u1，整流变压器T、晶闸管VT1~VT4、负载电阻R及触发电路组成。
在变压器二次电压u2的正半周期触发晶闸管VT1和VT4，在的负半周期触发晶闸管VT2和VT3，在负载上可以得到方向不变的直流电，改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小.
四、实验内容
1、建立仿真模型
（1）建立仿真模型的新文件。
在matlab菜单栏上点击File→New→Model，给文件命名。
（2）提取电路元器件模块。
在仿真模型窗口的菜单栏点击模型图标调出模型库浏览器，提取适合的模块至仿真平台。
（3）将电路元器件模块按单相桥式整流的原理图连接起来组成仿真电路。
在SIMULINK模型库中没有专门的单相桥式整流器触发模型，仿真使用两个脉冲发生器PulseGenerator分别产生VT1和VT4、VT2和VT3的触发脉冲。
整流器的负载选用了RLC串联电路，可以通过参数设置来改变电阻、电感和电容的组合。
连接完成的单相桥式整流电路模型，为了简化仿真过程，可省略了整流变压器。
模型中使用了两种测量仪器，示波器（Scope）和多路测量器（Multimeter）。
示波器可以观察它连接点上的波形，多路测量器（Multimeter）可以接收一些模块发送出来的参数信号并通过示波器观察。
2、设置模型参数
（1）交流电源电压为220V，频率为50Hz，初相位为00。
（2）晶闸管使用模型默认参数。
（3）负载RLC中，C的值为inf。
（4）模块PulseGenerator中，晶闸管的控制角以脉冲的延迟时间t来表示，t=αT/3600，T为交流电源周期。
脉冲宽度0.0005s。
五、实验要求
记录下列情况下晶闸管的触发脉冲波形、负载两端电压和电流波形以及晶闸管VT1的电压和电流波形并对波形进行分析；
当α分别为300、600和900时，
（1）α分别为300和600时R=2Ω；
（2）α分别为600和900时R=2Ω，L=0.01H。
实验六三相桥式全控整流电路仿真实验
一、实验目的
1.加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理；
2.能够分析不同触发角对三相桥式全控整流电路输出电压的影响；
3.能够分析故障情况下三相桥式全控整流电路的输出电压。
图7三相桥式全控整流电路
二、实验内容
1.在MATLAB中建立三相桥式整流电路的模型。
（1）主电路建模
选择三相交流电源模块，线压380V，50Hz，内阻0.001欧；UniversalBridge模块，选择桥臂数为3，器件为晶闸管；负载：
串联RLC支路模块。
（2）控制部分
Synchronized6-PluseGenerator模块，该模块的alpha_deg口输入触发角，其余三个输入线压。
2.利用MATLAB中的Simulink交互式仿真集成环境，观察不同触发角和不同负载情况下该整流电路的输出电压波形。
3.观察三相桥式整流电路故障情况下该整流电路的输出电压波形。
三、实验要求
1.记录当α分别为300、600和900时，下列负载情况下的输出电压、输出电流以及晶闸管VT1所承受的电压仿真波形并对波形进行分析；
（1）R=1Ω；
（2）R=1Ω，L=1mH。
2.由于高压强电流的情况，整流电路晶闸管很容易出现故障。
假设出现以下情况时记录输出电压波形，并对故障现象进行仿真分析。
当α=30°，负载为阻感性（R=1Ω，L=1mH）时，
（1）晶闸管VT1故障烧断；
（2）晶闸管VT1、VT3故障烧断。
实验七三相电压源型SPWM逆变器仿真
一、实验目的
1.加深理解三相电压源型SPWM逆变器的工作原理；
2.能够在MATLAB中构建仿真模型。
图8三相电压源型SPWM逆变器原理图
图3为三相电压源型SPWM逆变器原理图，其工作原理请参看教材有关内容。
二、实验内容
在MATLAB中建立三相电压源型SPWM逆变器的模型。
（1）主电路建模
选择直流电源250V；UniversalBridge模块，选择桥臂数为3，器件为IGBT；负载：
串联RLC支路模块：
。
（2）控制部分：
PWMGenerator模块，内产生调制信号方式，三角波频率600Hz。
（3）测量部分：
测量采用多路测量器Multimeter。
三、实验要求
1.观察并记录逆变器输出的各相电压波形、线电压波形；
2.观察并记录逆变器输出的三相电流波形；
3.观察并记录IGBT承受的电压和流过的波形。
实验八直流降压变流器的设计
一、实验目的
1.掌握单开关DC-DC变换器的工作原理、特点与电路拓扑结构。
2.熟悉单开关DC-DC变换器的参数计算和工作波形。
二、实验条件
1计算机
2MATLAB软件
三、实验原理
图9降压直流斩波电路原理图
图2是降压直流斩波电路原理图，其工作原理请参看教材有关内容。
四、实验内容
设直流降压斩波电路电源电压
，输出电压
，电阻负载为5
，
（1）根据降压直流斩波电路的原理图建立仿真模型；
（2）设置仿真参数：
脉冲周期0.2ms，脉冲宽度50%，算法ode15s。
五、实验要求
（1）设计电感和输出滤波电容值：
，
；
（2）观察并记录IGBT的驱动信号、电流；二极管的电流和电压波形；斩波电路输出电压波形。
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