电力电子装置实验

1电力电子装置与系统实验实验一认识实验装置、熟悉各种仪表一、实验目的1.学习电力电子装置与系统实验的基本要求与安全操作注意事项。2.以C3K不间断电源为例：⑴熟悉电力电子装置与系统的组成结构；⑵掌握UPS的基本组成结构以及测试仪表的使用方法。二、预习要点1．如何正确选择使用相关仪器仪表，特别是谐波功率表的使用方法；2.UPS及充电单元的组成及工作原理。三、实验设备及仪器序号名称型号数量备注1不间断电源C3K1台2谐波功率表MS22051台3负载箱6×25W白炽灯1台四、实验方法1．由指导教师讲解实验的基本要求、实验装置的组成及使用方法、注意事项；2.以C3K不间断电源为例，了解其基本组成单元及相关器件的作用；3.用MS2205谐波功率因数表测量相关参数（使用方法见“六、实验设备与相关测试仪表介绍”）。五、实验内容1.正确操作UPS，同时对照C3K不间断电源的实物，记录并说明主要相关器件的作用；2.用MS2205谐波功率因数表，测量电力电子技术实验室的电源供配电情况。当实验设备及空调开启时，记录实验室的供电电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、总谐波畸变率F、总谐波畸变率r以及相序等参数；3.简述C3K不间断电源充电电路的基本工作原理。2六、实验设备与相关测试仪表简介㈠山特C3K不间断电源C3K是一种单相输入\单相输出\双转换在线式的不间断电源设备，效率高，能为设备提供可靠、优质的交流电源。1.UPS分类与配置C3系列UPS按照机器中电池部分的不同配置，可分为标准型和长效型两大类，标准。标准型和长效型可按功率分为：1kVA、2kVA和3kVA。表1-1UPS具体分类与配置表UPS分类型号备注标准型1kVAC1K内置1A充电器，3节电池2kVAC2K内置1A充电器，6节电池3kVAC3K内置1A充电器，8节电池长效型1kVAC1KS内置1A充电器，8节电池2kVAC2KS内置7A充电器，电池外接3kVAC3KS内置8A充电器，电池外接“S”表示长效型2.基本电气性能基本性能见表1-2。表1-2UPS基本电气性能型号C1KC1KSC2KC2KSC3KC3KS额定容量1kVA/800W2kVA/1600W3kVA/2400W输入输入方式单相接地额定电压220VAC电压范围115VAC～300VAC频率50Hz功率因数0.98旁路电压80VAC×(1±5%)～285VAC×(1±5%)输出输出方式单相接地额定电压220VAC功率因数0.8电压精度±2%3输出频率市电模式1.输入频率在46Hz～54Hz时，输出和输入保持一致2.输入频率小于46Hz或大于54Hz时输出频率锁定为50Hz电池模式500.2Hz过载能力（市电，25℃）转换时间0ms（市电→电池）4ms（市电→旁路）负载峰值比3:1电池电池组电压36VDC72VDC96VDC电池容量×数量12VDC×312VDC×612VDC×8后备时间（25℃）满载≥5分钟(标准型)电池充电时间5小时充至90%（标准型）取决于外接电池组容量（长效型）3.外观结构⑴后背板C3K不间断电源的后背板组成如图1.1所示。图1.1C3K不间断电源的后背板排列示意图⑵操作显示面板C3K不间断电源的操作面板组成如图1.2所示。①开/关机按钮开/关机键的主要功能为：开机：当UPS处于市电模式或电池模式时，按开机按钮1秒以4上即可开机；关机：当UPS处于市电模式或电池模式时，按关机按钮1秒以上即可关机。图1.2C3K不间断电源的操作面板示意图②LED指示灯表1-3LED指示灯显示定义1#故障指示灯红色此灯亮表示UPS发生异常状况2#负载/电池容量指示灯橙色表示负载容量或电池容量：1.市电模式/旁路模式下仅表示负载容量，作为负载指示灯2.电池模式下仅表示电池容量，作为电池容量指示灯3#负载/电池容量指示灯绿色4#负载/电池容量指示灯绿色5#负载/电池容量指示灯绿色6#负载/电池容量指示灯绿色7#旁路指示灯橙色此灯亮表示负载电力直接由市电提供8#市电指示灯绿色此灯亮市电输入正常9#逆变指示灯绿色此灯亮表示市电或电池经逆变输出后为负载供电10#电池指示灯橙色此灯亮表示电池电能为负载供电包括故障指示灯、负载/电池容量指示灯、旁路指示灯、市电指示灯、逆变指示灯、电池指示灯。4.UPS运行模式C3K为在线式UPS，其运行模式可分为市电模式、电池模式和旁路模式。⑴市电模式市电模式下运行时，市电指示灯与逆变指示灯会亮，负载指示灯会根据所接的负载容量大小点亮。①市电指示灯闪烁，表示零、火线接反或者没有接大地，UPS仍工作于市电模3#：负载/电池容量指示灯2#：负载/电池容量指示灯1#：故障指示灯8#：市电指示灯5#：负载/电池容量指示灯6#：负载/电池容量指示灯4#：负载/电池容量指示灯7#：旁路指示灯9#：逆变指示灯10#：电池指示灯开机按钮关机按钮5式；若同时电池指示灯亮，表示市电的电压或频率已超出正常范围，UPS已经工作在电池模式下；②若负载容量超过100％，蜂鸣器半秒叫一次，它提醒您接了过多的负载，应该将非必要的负载逐一去除，直到UPS负载量小于100％；③若电池指示灯闪烁，则表示UPS未接电池或电池电压太低。⑵电池模式此时电池指示灯和逆变指示灯亮；若接入异常之市电，市电灯会同时闪烁。电池容量指示灯会根据电池容量的大小点亮，注意市电模式下的负载指示灯会作为在后备时间内的电池容量水平指示。①在电池模式运行时，蜂鸣器每隔4秒鸣叫一次，若此时持续按功能键2秒以上，UPS执行消音功能，蜂鸣器不再鸣叫报警，再持续按功能键2秒以上，报警恢复。②当电池容量减少时，发光的电池容量指示灯数目会减少，当电池电压下降至预警电位时（此时可保持大于2分钟的备用时间）蜂鸣器每一秒鸣叫一次，提示用户电池容量不足，应抓紧进行负载操作并逐一去除负载）。③可以通过UPS不接市电以检验后备功能。⑶旁路模式①当UPS发生过载、逆变异常等故障时，将自动切换到旁路供电模式保证负载不断电；②UPS工作在旁路模式下时，不具备后备功能。此时负载所使用的电源是直接通过电力系统经滤波供应的。5.UPS操作⑴开关机操作①开机操作开机操作分为：接市电UPS开机和未接市电UPS直流开机。接市电UPS开机接通市电，持续按开机键1秒以上，UPS进行开机。开机时UPS会进行自检。此时，面板上负载/电池容量指示灯会全亮，然后从左到右逐一熄灭，几秒钟后逆变指示灯亮，UPS已处于市电模式下运行。若市电异常，UPS将工作在电池模式下。6未接市电UPS直流开机无市电输入时，持续按开机键1秒以上，UPS进行开机。开机过程中UPS动作与接市电开机时相同，只是市电指示灯不亮，电池指示灯会亮。②关机操作关机操作分为：市电模式、电池模式。市电模式下UPS关机持续按关机键1秒以上，UPS进行关机。若用WinPower设置市电逆变关机UPS转旁路模式，旁路指示灯会亮，UPS工作在旁路模式下，UPS仍有输出，若要使UPS无输出，只要将市电断开即可，面板上负载/电池容量指示灯会全亮并逐一熄灭，UPS无输出电压。电池模式下的UPS关机持续按关机键1秒以上，UPS进行关机。关机时UPS会进行自检。此时，面板上负载/电池容量指示灯会全亮并逐一熄灭，最后面板无显示，UPS无输出电压。该UPS的其它详细信息请参考原厂提供的使用手册。6.UPS充电电路图1.3C3K充电电路原理图如图1.3所示，市电经P(L)、P(N)进入功率板做为充电器的输入电源，经由BR01、VM208、U206、TX1、U202、U203等构成隔离反激式变换器，转换为直流电压对电池充电。为确保电池寿命，充电器输出电压必须保持稳定，调整VR301可得到110V的充电电压Uch，同时TX1的副边还为功率因数校正电路提供驱动电源PFVCC＋、PFVCC0、PFVCC－；该反激式变换器由开关型PWM集成电路UC3845(U206)控制，CPU通过(加在TLP521上的)信号控制UC3845的工作。当有市电时，TLP521（U202）截止，UC3845起振且正常工作，给蓄电池充电；当无市电时，TLP521导通，将定时7电容对地短路，UC3845停振，从而停止充电，同时功率因数校正电路也停止工作。㈡MS2205谐波功率表MS2205三相钳形谐波功率表，由电压、电流、功率三个通道和微型单片机系统组成，配置有相应的测量和数据处理软件，并具有以下功能和特点：⑴对于单、三相回路，可测试其功率、电压、电流、峰值、相位、频率、功率因数、相角等参数，三相测量能自动检测相序；⑵真有效值测量：可在电流波形严重畸变时准确测量；⑶最大能测量20次谐波及其畸变量；⑷可存储100组测量参数；⑸配有RS232C通讯记录接口和专用WINDOWS视窗图形软件。1.外形结构谐波功率表的外形及组成如图1.4所示。图1.4MS2205谐波功率表外形布局示意图图中：A、电流钳口B、HOLD键数据保持键C、功能转换旋钮旋钮开关用于选择各测量功能功能选择按键。D、按键开关用于操作测量功能。3PHASE1PHASE1PHASEHARMHARM12345678ABCDFEEH8E、测量输入端子定义见表1-4。F、LCD显示器4位数字显示，7段LCD用于显示测量操作功能、测量结果以及单位符号。G、扳机按下扳机，钳头张开，松开扳机，钳头自动合拢。H、RS232C接口表1-4输入端子功能定义输入端子功能V1第一相测量输入端使用黄色测试笔进行连接COM/V2第二相测量输入端使用绿色测试笔进行连接。公共端，所有测量功能的地输入端（接地），使用黑色测试笔进行连接。V3第三相测量输入端使用红色测试笔进行连接⑴旋钮开关操作功能转换旋钮可用于开启仪表及进入下表中任一测量功能。旋转开关说明见表1-5。表1-5旋转开关功能符号档位功能OFF关机档用于仪表关机KW（1phase）有功功率测量档测量有功功率等Ø（1phase）视在功率测量档测量视在功率等kW/Ø(3phase)三相视在功率测量档测量3相视在功率等A～交流电流测量档测量交流电流等V～交流电压测量档测量交流电压等注：仪表自动关机后，必须将选转开关打到OFF档5秒后方能进行正常操作。⑵按键开关操作通过按键操作，可实现下列功能：WATT：功率测量切换键在测量状态时，可以通过按WATT键，对有功功率、视在功率、功率因数、相角进行测量，并在LCD显示测量值。9MODE：测量模式切换键在KW、KW/Ø（3phase）测量状态时，可以通过按MODE键，对有功功率、无功功率切换显示；在A～、V～测量状态时，对总谐波畸变率F、r和谐波百分比之间切换显示。SET：设置键在测量状态时，可以通过按SET键，再按▲和▼键设置电流和电压量程，再按该键返回。在存储和删除时，用作确认键。U：电压测量键在测量状态时，可以通过按该键，对当前电路的电压进行测量，并在显示器上显示当前被测线路的电压测量值。READ：读存储数据键在待机状态时，可以通过按该键，显示存储的数据，再按该键返回。I：电流测量键在测量状态时，可以通过按I键，对当前电路的电流进行测量，并在显示器上显示当前钳头内被测线路的电流测量值。RS232在测量状态时，可以通过按RS232键，由仪表配备的专用接口线将当前测量结果传送给计算机实现记录、打印测量数据与数据趋势图的功能。在按下RS232键进行数据传送前，必须将附件RS232C接口线分别连接到仪表的RS232C接口座和计算机的串行口之间，才能进行通讯。CLEAR：清除键在读数据状态时，可以通过按CLEAR键再按SET键，将存贮在仪表内指定编号的测量数据清除。：背光源按键通过按键点亮或熄灭背光源。背光源点亮约20秒钟后自动熄灭。▲：向前搜索键在测量状态时，可以通过按▲键，进入最大值测量状态，显示器显示当前测量的最大值。在读存贮档时，可以通过按▲键，向前搜索存贮的数据，并将其显示在显示器上。每按键一次，搜索向前移一组数据。▼：向后搜索键在测量状态时，可以通过按▼键，进入最小值测量状态，显示器显示当前测量的最小值。在读存贮档时，可以通过按▼键