《电力电子技术》实验指导书-自动化卓越

1电力电子技术实验指导书适用专业：自动化卓越李建华编写江苏科技大学电子信息学院2017年9月2前言《电力电子技术》课程是电气工程及其自动化专业和自动化专业的一门学科基础课，测控技术与仪器专业的专业选修课。本课程的目的和任务是使学生了解电力电子技术的发展概况、技术动向和新的应用领域。熟悉各种电力电子器件的特性和选用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计的基本计算方法及基本实验技能；熟悉各种常用电力电子装置的应用范围及技术经济指标。同时为《电力传动自动控制系统》等课程打好基础。实验环节是这门课程的重要组成部份，通过实验可以加深对理论的理解，培养和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。根据教学大纲要求，本课程实验共开出三相全控桥式整流电路、交流单相调压、直流降压斩波电路三个实验，均为综合性实验。学生通过实验能掌握电力电子变流装置主电路、触发电路和驱动电路等的构成及调试方法及应用；熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能及使用方法；能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题；能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。3实验一：三相桥式全控整流电路的性能研究实验学时：2实验类型：（设计研究）实验要求：（必做）一、实验目的1、加深对三相桥式整流电路电阻性负载，电阻、电感性负载时工作情况的理解。2、对实验出现的问题进行分析并排除。二、实验内容1、三相桥式全控整流电路接电阻性负载。2、三相桥式全控整流电路接电阻、电感性负载。三、实验原理、方法和手段三相桥式全控整流电路实验原理框图如图1-1所示。控制电路直流电源单元提供+15V、-15V电源给正给定单元、三相脉冲移向电路单元（LY105）。正给定单元输出1作为LY105单元移向控制电压（Uct）。Ub1f接地，输出正桥触发脉冲。LY121-1主电源输出（A2、B2、C2）作为正组桥晶闸管主电路输入电源。控制电路直流电源+15V-15V0V+15V-15V0V输出1Uct+15V-15V0V正给定三相脉冲移向电路LY105正组桥晶闸管主电路Ub1f触发脉冲输出电阻负载或电阻、电感负载主电源主电源输出(A2、B2、C2)LY121-1图1-1三相桥式全控整流电路实验原理框图4四、实验组织运行根据本实验的特点、要求和具体条件，采用集中授课形式。五、实验条件序号型号说明1主电源LY121-1挂箱2正给定布置在正负给定单元3控制电路直流电源单元布置在LY121-2单元4三相脉冲移向电路LY105挂箱5正组桥晶闸管主电路布置在LY121-2单元上6电阻负载RP,450Ω900Ω/150W，交流电机实验挂箱和直流电机实验挂箱上各1个，2个调最大，并联使用。7电感负载L，300mH300mH，≦4A，布置在LY121-2单元上，100mH、200mH、300mH平波电感器。8交流测量仪表交流电机实验挂箱9直流测量仪表直流电机实验挂箱10双踪示波器11万用表以上单元、挂箱说明，详见附件二：电力电子技术实验用挂箱单元简介。六、实验步骤1、确认总电源关闭（主电源LY121-1单元上“交流三相输入控制总开关”关闭），按图1–1接好控制回路：连接控制电路直流电源（+15V、-15V、0V）到LY105单元和正给定单元，连接正给定输出1到LY105单元控制电压Uct。2、打开“交流三相输入控制总开关”，打开“控制电路电源开关”，Ub1f接0V（选择正桥触发脉冲输出，“正组”指示灯点亮），脉冲选择双脉冲，双脉冲指示灯点亮，观察触发脉冲及移相角是否正确，要求当Uct=0V时，用示波器观察Ua及1#脉冲，使α=120°(α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算)，如不对则调整偏置电压Up电位器。3、给定电压增加，Uct↑，则脉冲前移，观察α的调节范围。4、三相桥式全控整流电路接电阻性负载实验：（1）按图1–2接好主回路，负载电阻RP=450Ω（2个900Ω/150W可调电阻调到最大，并联，防止过流），确认三相触发电路和LY105单元触发脉冲输出之间的25芯电缆连接紧固。（2）打开“直流调速系统主电源”开关，启动主回路，记录α=30°、60°、90°时的负载Ud值及波形，并与理论值比较。参考表格如表1-1所示：5图1–2三相桥式全控整流电路接电阻性负载表1-1三相桥式全控整流电路接电阻性负载实验数据表格RP测量值：ΩL值：0mHα30°60°90°U2记录值Ud测量值Ud计算值注：U2为三相桥式全控整流电路输入电压，Ud为负载电压。5、三相桥式全控整流电路接电阻、电感性负载实验：（1）确认总电源关闭（主电源LY121-1单元上“交流三相输入控制总开关”关闭），按图1–3接好主回路，负载电阻RP=450Ω，串联300mH电感L。图1–3三相桥式全控整流电路接电阻电感性负载（2）打开“交流三相输入控制总开关”，打开“控制电路电源开关”。（3）打开“直流调速系统主电源”开关，启动主回路，记录α=30°、60°、90°时的负载Ud值及波形，并与理论值比较。参考表格如表1-2所示：6表1-2三相桥式全控整流电路接电阻、电感性负载实验数据表格RP测量值：ΩL值：300mHα30°60°90°U2记录值Ud测量值Ud计算值七、实验报告1、实验报告包括实验目的、实验内容、实验原理、实验条件、实验步骤等。2、以表格的形式分别记录不同类型负载、不同α角时的Ud理论值和实测值。3、记录不同类型负载、不同α角时的Ud波形。4、实验数据、波形分析。5、分析实验过程中出现的问题，给出故障处理的方法。八、注意事项1、为了防止过流，启动时和实验过程中将负载电阻RP调至最大阻值位置(450Ω)。2、在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成短路，在观测高压时应衰减10倍。3、若需用示波器同时观察电路中某两处的波形时，必须注意示波器两个通道之间的共地问题，万一造成短路，有可能严重损坏实验装置和示波器。7实验二：单相交流调压电路的性能研究实验学时：2实验类型：（设计研究）实验要求：（必做）一、实验目的1、加深理解单相交流调压电路的工作原理。2、加深理解交流调压阻感负载时对移相范围要求。3、了解移相触发电路的原理及应用。4、对实验出现的问题进行分析并排除。二、实验内容1、移相触发电路的调试。2、单相交流调压电路接灯箱负载。3、单相交流调压电路接电阻负载。4、单相交流调压电路接电阻、电感负载。三、实验原理、方法和手段单相交流调压电路实验原理框图如图2-1所示。控制电路直流电源单元提供+24V、+15V、-15V电源、同步电压USTD给单相交流调压电路单元（LY115）。主电源输出（A2、N）作为单相交流调压主电路输入电源。控制电路直流电源+15V-15V0V+15V-15V0V单相交流调压触发电路LY115电阻负载或电阻、电感负载主电源主电源输出A2LY121-124V+24V同步电压USTD同步电压USTD单相交流调压主电路主电源输出NG1K1G2K2图2-1单相交流调压电路实验原理框图8四、实验组织运行根据本实验的特点、要求和具体条件，采用集中授课形式。五、实验条件序号型号说明1主电源LY121-1挂箱2控制电路直流电源单元布置在LY121-2单元3单相交流调压触发电路LY115挂箱4单相交流调压主电路LY115挂箱5灯箱负载LY113-1挂箱6电阻负载RP,450Ω900Ω/150W，交流电机实验挂箱和直流电机实验挂箱上各1个，2个调最大，并联使用。7电感负载L，300mH300mH，≦4A，布置在LY121-2单元上，100mH、200mH、300mH平波电感器。8交流测量仪表交流电机实验挂箱9直流测量仪表直流电机实验挂箱10双踪示波器11万用表以上单元、挂箱说明，详见附件二：电力电子技术实验用挂箱单元简介。六、实验步骤1、确认总电源关闭（主电源LY121-1单元上“交流三相输入控制总开关”关闭），按图2–1接好控制回路：连接控制电路直流电源（+24V、+15V、-15V、0V）到LY115单元，连接“控制电路直流电源”单元中的～7V同步电压USTD到LY115单元同步电压（USTD）。2、打开“交流三相输入控制总开关”，打开“控制电路电源开关”，用示波器观察LY115单元上的有关波形，了解脉冲形成的原理，调节“偏移控制”电位器可调节输出脉冲的相位，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到180°，记录观察到的各点电压波形。3、单相交流调压电路接灯箱负载实验：按图2–2接好主回路，打开“直流调速系统主电源”开关，启动主回路，调节α在0°～180°范围内变化，观察灯泡亮度变化情况。9图2–2单相交流调压电路接灯箱负载4、单相交流调压电路接电阻负载实验：（1）确认总电源关闭（主电源LY121-1单元上“交流三相输入控制总开关”关闭），按图2–3接好主回路，负载电阻RP=450Ω（2个900Ω/150W可调电阻调到最大，并联，防止过流）。图2–3单相交流调压电路接电阻性负载（2）打开“交流三相输入控制总开关”，打开“控制电路电源开关”。（3）打开“直流调速系统主电源”开关，启动主回路，记录α=30°、60°、90°、120°时的负载电压波形和Ud值。参考表格如表2-1所示：表2-1单相交流调压电路接电阻负载实验数据表格RP测量值：ΩL值：0mHα30°60°90°120°Ui记录值Uo测量值Uo计算值注：Ui为单相交流调压电路输入电压，Uo为负载电压。105、单相交流调压电路接电阻、电感负载实验：（1）确认总电源关闭（主电源LY121-1单元上“交流三相输入控制总开关”关闭），按图2–4接好主回路，负载电阻RP=450Ω，用万用表测量负载电阻RP和电感L的总电阻R并记录，串联300mH电感。图2–4单相交流调压电路接电阻、电感负载（2）打开“交流三相输入控制总开关”，打开“控制电路电源开关”。（3）打开“直流调速系统主电源”开关，启动主回路，记录α=30°、60°、90°、120°时的负载电压波形和Ud值。参考表格如表2-2所示：表2-2单相交流调压电路接电阻负载实验数据表格R测量值：ΩL值：300mHα30°60°90°120°Ui记录值Uo测量值Uo计算值注：R为负载电阻RP和电感L的总电阻，Ui为单相交流调压电路输入电压，Uo为负载电压。七、实验报告1、实验报告包括实验目的、实验内容、实验原理、实验条件、实验步骤等。2、以表格的形式分别记录不同类型负载、不同α角时的Uo理论值和实测值。3、记录不同类型负载、不同α角时的Uo波形。4、实验数据、波形分析。5、分析实验过程中出现的问题，给出故障处理的方法。11八、注意事项1、为了防止过流，启动时和实验过程中将负载电阻RP调至最大阻值位置(450Ω)。2、在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成短路，在观测高压时应衰减10倍。3、若需用示波器同时观察电路中某两处的波形时，必须注意示波器两个通道之间的共地问题，万一造成短路，有可能严重损坏实验装置和示波器。12实验三：直流斩波电路的性能研究实验学时：2实验类型：（设计研究）实验要求：（必做）一、实验目的1、熟悉直流降压斩波电路的工作原理。2、了解PWM控制与驱动电路的原理。3、熟悉直流降压斩波电路的组成及其工作特点。4、对实验出现的问题进行分析并排除。二、实验内容1、控制与驱动电路测试2、直流降压斩波电路测试三、实验原理、方法和手段直流降压斩波电路实验原理框图如图3-1所示。控制电路直流电源单元提供+24V（独立的1组）、+15V、-15V电源给直流斩波电路单元（LY118）。50V交流电压作为整流电路输入电源，整流电路输出Ui约为70V。控制电路采用控制芯片UC3525A为核心组成，实现的功能是产生PWM信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断,通过对占空比的调节（“Ur调节”电位器），从而控制输出电压大小。控制电路直流电源+15V-15V0V+15V-15V0VLY118电阻负载24V+50V交