《电力电子技术》实训指导书.docx
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《电力电子技术》实训指导书
《电力电子技术》
实
训
报
告
册
学号：
姓名：
班级：
新能源工程系
二〇一六年九月
实训一示波器的使用
一、实训目的
1.了解示波器的基本结构和工作原理，学会正确使用示波器。
2.掌握用示波器观察各种电信号波形、测量电压和频率的方法。
二、实训内容
1．示波器的波形调试。
2．用示波器观察各种电信号波形、测量电压和频率。
三．实训线路及原理
示波器是利用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转，显示电压信号随时间变化波形的一种电子观测仪器。
在各行各业与各个研究领域都有着广泛的应用。
其基本结构与工作原理如下
1.示波器的基本结构与显示波形的基本原理
本次实验使用的是台湾固纬公司生产的通用双踪示波器。
基本结构大致可分为示波管（CRT）、扫描同步系统、放大与衰减系统、电源系统四个部分。
“示波管（CRT）”是示波器的核心部件如图1所示的。
可细分为电子枪，偏转系统和荧光屏三部分。
1）电子枪
电子枪包括灯丝F，阴极K，控制栅极G，第一阳极A1，第二阳极A2等。
阴极被灯丝加热后，可沿轴向发射电子。
并在荧光屏上显现一个清晰的小圆点。
2）偏转系统
偏转系统由两对互相垂直的金属偏转板x和y组成，分别控制电子束在水平方向和竖直方向的偏转。
从电子枪射出的电子束若不受横向电场的作用，将沿轴线前进并在荧光屏的中心呈现静止的光点。
若受到横向电场的作用，电子束的运动方向就会偏离轴线，屏上光点的位置就会移动。
x偏转板之间的横向电场用来控制光点在水平方向的位移，y偏转板用来控制光点在竖直方向的位移。
如果两对偏转板都加上电场，则光点在二者的共同控制下，将在荧光屏平面二维方向上发生位移。
3）荧光屏
荧光屏的作用是将电子束轰击点的轨迹显示出来以供观测。
4）显示波形的原理
图4
图3
图2
在竖直偏转板上加一交变正弦电压，可看到一条竖直的亮线，如图3所示。
在水平偏转板上加“锯齿波电压”扫描电压，使荧光屏上的亮点沿水平方向拉开。
电子的运动是两相互相垂直运动的合成。
当锯齿波电压与正弦电压的变化周期相等时，在荧光屏上将显示出一个稳定的正弦电压波形图如图4所示。
当波形信号的频率等于锯齿波频率的整数倍时，荧光屏上将呈现整数个完整而稳定的被测信号的波形，当两者不成整数倍时，对于被测信号来说，每次扫描的起点都不会相同，结果造成波形在水平方向上不断的移动。
为了消除这一现象，必须使被测信号的起点与扫描电压的起点保持“同步”，这一功能由机内“触发同步”电路来完成。
2.利用利萨如图测正弦电压的频率基本原理
通过观察荧光屏上利萨如图形进行频率对比的方法称之为利萨如图形法。
此法于1855年由利萨如所证明。
将被测正弦信号
加到y偏转板，将参考正弦信号
加到x偏转板，当两者的频率之比
是整数时，在荧光屏上将出现利萨如图。
图5给出了几种不同频率比的利萨如图形。
判断两个电压信号频率比的条件是屏上出现了利萨如图形稳定不动，方法是对稳定不动的图形分别做水平直线和竖直
直线与图形相切，设水平线上的切点数最多为NX，竖直线上的切点数最多为NY，则
图5的第一个图形，
，
，x轴上的信号频率
与y轴上的信号频率
之比为2:
1，若
已知，则
可求。
四．实训设备及仪器
1．JQS－DLZ
2．二踪示波器（自备）
五．注意事项
双踪示波器（自备）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，在实训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。
六．实训方法
开机前完成以下准备工作：
扫描微调、电压灵敏度微调置校准档（顺时针打死）、扫描方式（置自动）、触发源选项（置CH1或CH2）、耦合方式（置AC）；按压电源按钮预热3分钟。
（2）初始化示波器面板获得“点”：
辉度、聚焦、三个位置旋钮置于居中位置，扫描灵敏度置于正交模式。
（五居中一归零）；
（3）顺时针旋转扫描灵敏度选扭置0.2ms档获取扫描线；
（4）利用CH1观察机内方波校准信号并作为待测电信号1，记录其相关参数填于黑板给出的数据记录表格第一行；结合扫描灵敏度参数和屏幕室信号周期长短求算信号频率、结合垂直灵敏度参数和信号幅值求算信号峰值电压。
（5）分别利用CH1与CH2两个通道观察左右两个音频信号发生器提供的正弦交流信号，并作为待测电信号2与待测电信号3，记录其相关参数于黑板给出的数据记录表格第二行与第三行。
（建议两者频率比为1:
1；2:
1；1:
2）
（6）按压下触发交替旋钮，显示模式置双踪模式同时观测两个通道输入的电信号波形。
扫描灵敏度旋钮置正交模式，观测不同频率比的利萨如图形。
（7）申请课堂考核，归整仪器结束实验。
七．实训内容
表1电信号电压、频率的测量
待测
信号
水平灵敏度T/DIV
时间
分度nx
信号
频率
HZ
垂直灵敏度V/DIV
电压
分度ny
信号
电压
V
信号
波形
电信号1
电信号2
电信号3
八．思考
1．本实训中能否用双踪示波器同时观察两个波形？
为什么？
实训二单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实训
一．实训目的
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．实训内容
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．实训线路及原理
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4-1所示的实训线路。
四．实训设备及仪器
1．JQS－DLZ
2．NMCL—31组件
3．NMCL－33B
4．NMCL—05E组件
5．MEL—03A三相可调电阻器或自配滑线变阻器
6．二踪示波器（自备）
7．万用表（自备）
五．注意事项
1．双踪示波器（自备）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，在实训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，需注意实训步骤：
（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。
实训中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实训中，应保持负载电流不小于100mA。
（5）本实训中，因用NMCL—05组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开NMCL－33B（NMCL－33BC组件）的内部触发脉冲。
六．实训方法
1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察
将NMCL—05E，面板左上角的同步电压输入主控制屏的U、V输出端相连，“触发电路选择”拨至“单结晶”。
按照实训接线图正确接线，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—05E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，NMCL－05E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。
如果您选择的是NMCL-05E则无需选择触发电路，直接可以工作。
合上NMCL—05E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－33B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MEL—03A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”的实训步骤。
七．实训内容
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．分析续流二极管的作用。
八．思考
1．本实训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．本实训电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？
实训三单相桥式全控整流电路实训
一．实训目的
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—05E组件。
二．实训线路及原理
参见图1-3。
三．实训内容
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．实训设备及仪器
1．教学实训台主控制屏；
2．NMCL－33B组件；
3．NMCL—05E；
4．MEL—03A组件；
5．NMCL—35组件；
6．二踪示波器（自备）；
7．万用表（自备）。
五．注意事项
1．本实训中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05E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-05E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NMCL—35组式变压器，原边为220V，副边为110V。
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．实训方法
1．将NMCL—05E面板左上角的同步电压输入接NMCL—32的U、V输出端），“触发电路选择”拨向“锯齿波”。
2．断开NMCL-35和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。
NMCL-31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NMCL-35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。
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．实训报告
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．实训心得体会。
实训四三相半波可控整流电路的研究
一．实训目的
了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作。
二．实训线路及原理
三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。
不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。
实训线路见图1-5。
三．实训内容
1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。
四．实训设备及仪表
1．教学实训台主控制屏；
2．NMCL－33B组件；
3．MEL—03A组件；
4．二踪示波器（自备）；
5．万用表（自备）。
五．注意事项
1．整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。
2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。
3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。
六．实训方法
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）用示波器观察NMCL-33B的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，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。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作
合上主电源，接上电阻性负载：
（a）改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角α时，可控整流电路的输出电压Ud=f（t）与输出电流波形id=f（t），并记录相应的Ud、Id、Uct值。
NMCL－33换为NMCL－33BNMEL－03换为MEL－03A
（b）记录α=90°时的Ud=f（t）及id=f（t）的波形图。
（c）求取三相半波可控整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。
（d）求取三相半波可控整流电路的负载特性Ud=f（Id）
3．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作
接入NMCL－33B1的电抗器L=700mH，，可把原负载电阻RD调小，监视电流，不宜超过0.8A（若超过0.8A，可用导线把负载电阻短路），操作方法同上。
（a）观察不同移相角α时的输出Ud=f（t）、id=f（t），并记录相应的Ud、Id值，记录α=90°时的Ud=f（t）、id=f（t），Uvt=f（t）波形图。
（b）求取整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。
七．实训报告
1．绘出本整流电路供电给电阻性负载，电阻—电感性负载时的Ud=f（t），id=f（t）及Uvt=f（t）（在α=90°情况下）波形，并进行分析讨论。
2．如何确定三相触发脉冲的相序？
它们间分别应有多大的相位差？
实训五三相桥式全控整流及有源逆变电路实训
一．实训目的
1．熟悉NMCL-33B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．实训内容
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．实训线路及原理
实训线路如图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．实训设备及仪器
1．教学实训台主控制屏；
2．NMCL－33B组件；
3．MEL—03A组件；
4．NMCL—35组件；
5．二踪示波器（自备）；
6．万用表（自备）。
五．实训方法
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-33B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-31的给定器输出Ug接至NMCL-33B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）。
NMCL－33换为NMCL－33BNMEL－03换这MEL－03A
合上主电源。
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。
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。
合上主电源。
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。
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．实训报告
1．画出电路的移相特性Ud=f（）曲线；
2．画出三相桥式全控整流电路时，角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形；
实训六单相交流调压电路实训
一．实训目的
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。
．实训内容
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．实训线路及原理
本实训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．实训设备及仪器
1．教学实训台主控制屏；
2．NMCL－33B组件；
3．MEL—03A组件；
4．NMCL-05E组件；
5．二踪示波器（自备）；
6．万用表（自备）。
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．实训方法
1．单相交流调压器带电阻性负载
将NMCL-33B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-31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°。
合上主电源，用示波器观察负载电压u=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，调节Uct，观察不同角时各波形的变化，并记录=60，90，120时的波形。
2．单相交流调压器接电阻—电感性负载
1）在做电阻—电感实训时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻和电感量。
NMCL－33换为NMCL－33BNMEL－03换为MEL－03A
可采用直流伏安法来测量内阻，电抗器的内阻为
RL=UL/I
电抗器的电感量可用交流伏安法测量，由于电流大时对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。
ZL=UL/I
电抗器的电感量为
这样即可求得负载阻抗角
在实训过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。
（2）断开电源，接入电感（L=700mH）。
调节Uct，使=450。
合上主电源，用二踪示波器同时观察负载电压u和负载电流i的波形。
调节电阻R的数值（由大至小），观察在不同角时波形的变化情况。
记录φ，=φ，φ三种情况下负载两端电压u和流过负载的电流i的波形。
也可使阻抗角φ为一定值，调节观察波形。
注：
调节电阻R时，需观察负载电流，不可大于0.8A。
六．实训报告
1．整理实训中记录下的各类波形。
2．分析电阻电感负载时，角与角相应关系的变化对调压器工作的影响。
3．分析实训中出现的问题。
实训七直流斩波电路（设计性）的性能研究
一．实训目的
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．实训内容
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．实训设备及仪器
1．电
升级会员 