电力电子实验

电力电子综合实验报告(2014--2015年度第1学期)名称：电力电子综合实验院系：电气与电子工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期：年月日-年月日课程综合实验报告第2页实验1：直流斩波电路一、实验目的1．熟悉斩波电路buckchopper、boostchopper、buck-boost的工作原理，掌握斩波电路的工作状态及波形情况。2．掌握斩波电路的连接，斩波电路的波形观察及电压测试方法。二、实验设备及仪器1．电力电子教学试验台主控制屏2．MCL-22组件3．双踪示波器4．万用表三、实验内容和要求1．BuckChopper图1-1(1)连接电路。按照面板上的电路图接成buckchopper斩波器。将PWM波形发生器产生的触发信号接入VT1的G端，注意须将VT1的E端和PWM波形发生器的“地”相连接。(2)观察电压波形。同时观察输出电压Uo的波形和输入电压E的波形；改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化；记录占空比为0.5时，输出电压Uo的波形和输入电压E的波形（应用两个示波器探头同时测量）并应用万用表测量E和Uo的值（记录数据）。自定2个不同的占空比，观察波形变化并验证输出和输入的数量关系。(3)观察负载电流波形。用示波器观察并记录流过负载的电流波形（电阻R两端波形）。2．BoostChopper图1-2课程综合实验报告第3页(1)连接电路。按照面板上的电路图接成boostchopper斩波器。将PWM波形发生器产生的触发信号接入VT1的G端，注意须将VT1的E端和PWM波形发生器的“地”相连接。(2)观察电压波形。同时观察输出电压Uo的波形和输入电压E的波形；改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化；记录占空比为0.5时，输出电压Uo的波形和输入电压E的波形（应用两个示波器探头同时测量）并应用万用表测量E和Uo的值（记录数据）。自定2个不同的占空比，观察波形变化并验证输出和输入的数量关系。3．buck-boostchopper图1-3照图接成buck-boostchopper电路，实验内容自行设计。四、实验结果记录与分析1.BuckChopper（V）E（V）计算值（V）0.57.2014.727.360.628.9114.729.130.45.3914.725.89表1-1输出电压波形：图1-4=0.5图1-5=0.62图1-6=0.4随着占空比的增加，输出电流波形变化如下，其平均值也逐渐增大。图1-7图1-8图1-9课程综合实验报告第4页当输出连续电流时，对应的输出电压波形：图1-10图1-11当输出断续电流波形时，对应的输出电压波形：图1-12图1-13波形分析：输出电流断续的原因在于负载中的L较小，且晶闸管导通时间较短，当晶闸管关断后，L上的储存的能量不足，R会消耗完L的储能，因此负载电流会衰减到零。而输出电压就等于电源的电动势。因此波形中出现了台阶。2.BoostChopper(V)E(V)()⁄(V)0.528.1514.6629.320.6336.8314.6639.620.0815.3014.7015.98表1-2图1-14=0.5图1-15=0.63图1-16=0.08课程综合实验报告第5页3.Buck-BoostChopper(V)E(V)()⁄(V)0.512.8514.7214.720.6323.0514.7025.030.080.87914.731.28表1-3图1-17=0.5图1-18=0.63图1-19=0.08课程综合实验报告第6页实验2：三相桥式全控整流电路及有源逆变工作状态一、实验目的1.熟悉三相桥式全控整流电路的接线、器件和保护情况。2.明确对触发脉冲的要求。3.掌握电力电子电路调试的方法。4.观察在电阻负载、电阻电感负载情况下输出电压和电流的波形。5.模拟故障情况，观察故障下的输出电压波形。6.观察整流电路在有缘逆变情况下输出电压和电流的波形。二、实验仪器1．MCL－III教学实验台主控制屏。2．MCL—33组件及MCL35组件。3．双踪示波器4．万用表5．电阻（灯箱）三、实验原理实验线路图见后面。主电路为三相全控整流电路，三相桥式整流的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。图2-1四、实验方法及步骤1．按图接好主回路。2．接好触发脉冲的控制回路。将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，将MCL-33面板上的Ublf接地。打开MCL-32的钥匙开关，检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）用示波器观察MCL-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。3．三相桥式全控整流电路课程综合实验报告第7页（1）电路带电阻负载（灯箱）的情况下：调节Uct（Ug），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，并用万用表记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。（2）电路带阻感负载的情况下：在负载中串入700mH的电感调节Uct（Ug），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，并用万用表记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。4．电路模拟故障现象观察。在=60O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。5.整流电路的有源逆变工作状态观察直接使用NMCL-22上由六个二极管组成的电路或者用MCL-33的六个二极管对U、V、W三相整流构成直流电动势，二极管桥和晶闸管桥之间串联接入灯箱。接通电源，调节触发角的值。观察全桥输出电压Ud波形。五、数据记录与分析（1）电阻负载和阻感负载下波形与数据记录RL130.061.677.261.63.3562.6R130.061.577.161.613.1264表2-1输出电压波形图（左图为，右图为𝑉𝑇1）电阻负载=图2-2图2-3电阻负载=图2-4图2-5课程综合实验报告第8页电阻负载=图2-6图2-7阻感负载时，输出电压波形和晶闸管VT1两端的电压波形：电阻负载=图2-8图2-9电阻负载=图2-10图2-11电阻负载=图2-12图2-13课程综合实验报告第9页输入与输出电压数量关系的验证：UdU2计算值UdU2计算值UdU2计算值RL130.061.6124.877.261.672.13.3562.60R130.061.5124.677.161.672.113.126420.1验证公式：电阻负载：≤=2.4𝑐𝑜𝑠2=2.4[+cos(+𝜋3)]阻感负载：≤=2.4𝑐𝑜𝑠由上表可知，在=，=时，带电阻负载或阻感负载的输出电压测量值与计算值误差很小，可以认为与公式相符；而=时，误差较大。分析原因可能是：触发角不是严格的=，带电阻负载时，实际，而带阻感负载时，实际；带阻感负载时，=为临界触发角，外部干扰或电路内部干扰使晶闸管自行关断，导致偏小。（2）故障分析=时，断开𝑉𝑇1触发脉冲，则𝑉𝑇1相当于开路，其他晶闸管导通不受影响。由于𝑉𝑇1不能导通，使得原来𝑉𝑇1导通的时间段内，输出电压为0。𝑉𝑇1正常时波形如图2-14，为六脉动波形，故障时波形如图2-15：图2-14图2-15（3）有源逆变状态的输出电压波形采用二极管对220V三相电压整流，输出的直流电压大于晶闸管电路对110V电压的整流输出电压。调节触发角，至触发角大于90时，此时灯泡异常明亮，因为两个此时，三相全控整流电路工作在逆变状态下，能量均是从直流侧流向交流侧。图2-16课程综合实验报告第10页实验3：H桥DC/DC换流器一、实验目的1．掌握开环直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2．熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。3．熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。二、实验内容1．PWM控制器SG3525性能测试。2．控制单元测试。3．H型PWM变换器性能测试。三、实验系统的组成和工作原理在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。PWM变换器主电路系采用H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（SiliconGeneral）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。四、实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．NMCL-22实验箱。3．直流电动机M03及测速发电机4．双踪示波器、万用表。五、实验方法采用NMCL—22挂箱1．控制电路的测试——逻辑延时时间的测试将UPW的“2”端与DLD(逻辑延迟环节)的“1”相连接。用示波器同时观察DLD的“2”端和“3”端。记录延迟时间𝑡。2．DC/DC带电阻负载1）将H桥的U、V、W分别与电源的U、V、W相连。H桥的1、3相连。2）将电阻负载以串联的方式（灯箱）接入“6”端和“7”端。3）调整RP2电位器，将占空比调整为50%。合上主电源，观察并记录负载两端的电压波形，同时观察灯泡的亮度。4）调整RP2，使占空比为0.25，用万用表记录H桥输出的电压值（参考方向为6-7），同时观察灯泡的亮度有何变化。课程综合实验报告第11页5)调整RP2，使占空比为0.75，用万用表记录H桥输出的电压值（参考方向为6-7）同时观察灯泡的亮度有何变化。6)实验完毕，断开主电源。3．DC/DC带电阻-电感（灯箱与700mH电感串联）负载1）拆掉电阻负载2）将电阻-电感负载以串联的方式（灯箱）接入“6”端和“7”端3）调整RP2电位器，将占空比调整为50%。合上主电源，观察并记录H桥的“6”端和“7”端输出电压的波形。4）调整RP2，使占空比为0.25，记录H桥输出的电压波形和电压值（参考方向为6-7），同时观察灯泡两端的亮度变化。5)调整RP2，使占空比为0.75，记录H桥输出的电压波形和电压值（参考方向为6-7），同时观察灯泡两端的亮度变化。6）实验完毕，断开主电源。六、实验记录与分析1．控制电路的测试——逻辑延时时间的测试图3-1延迟时间𝑡=900ns2．DC/DC带电阻负载（V）现象0.50.18灯泡亮度相同0.25169.80.75197.5表3-1电阻负载时不同占空比的输出电压和现象输出电压波形图：图3-2=0.5图3-3=0.25图3-4=0.75课程综合实验报告第12页现象分析：不同占空比时，输出的电压波形变化，但是电压的有效值相同，所以灯泡的亮度基本不变。3．DC/DC带电阻-电感（灯箱与700mH电感串联）负载（V）现象0.50.250.75表3-2阻感负载时不同占空比的输出电压和现象图3-5=0.5图3-6=0.25图3-7=0.75课程综合实验报告第13页实验4：H桥DC/AC换流器一、实验目的1．掌握单相正弦波（SPWM）逆变电路的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。2．熟悉正弦波发生电路、PWM专用集成电路SG3525的工作原理与使用方法。二、实验仪器1.MCL－III教学实验台主控制屏2.NMCL-22实验3.双踪示波器4.万用表三、脉宽调制信号产生原理脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生。SG3525芯片不仅能产生频率灵活可变的方波，而且可输出正弦PWM（SPWM）信号，以提高后接变压器的工作频率。为了使SG3525产生一个SPWM信号，可在芯片的9脚处加入一个幅度可变的正弦波（图b），与5脚处的锯齿波（图a）信号进行比较，从而获得SPWM控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度M（调制度定义为正弦波调制波峰Urm与锯齿波载波峰值Utm之比，即M=Urm/Utm）