电力电子技术 实验指导书电子版

电力电子技术1电力电子技术实验指导书机电工程学院汤青波梁建伟编著二0一0年六月电力电子技术2目录第一部分实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验………………………………………2实验二正弦波同步移相触发电路实验………………………………………………………………6实验三1锯齿波同步移相触发电路实验………………………………………………………………8实验四单相桥式半控整流电路实验…………………………………………………………………10实验五2单相桥式全控整流电路实验…………………………………………………………………13实验六4单相桥式有源逆变电路实验…………………………………………………………………16实验七3三相半波可控整流电路的研究………………………………………………………………19实验八三相桥式半控整流电路实验…………………………………………………………………21实验九三相桥式全控整流及有源逆变电路实验……………………………………………………24实验十6单相交流调压电路实验………………………………………………………………………26第二部分实验一电力晶体管（GTR）驱动研究…………………………………………………………………29实验二电力晶体管（GTR）特性研究…………………………………………………………………33实验三功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究…………………………………………37实验四绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究…………………………………………41实验五采用自关断器件的单相交流调压电路研究…………………………………………………45实验六5直流斩波电路的性能研究……………………………………………………………………48实验七单相交直交变频电路的性能研究……………………………………………………………51实验八半桥型开关稳压电源的性能研究……………………………………………………………54实验九整流电路的有源功率因数校正研究…………………………………………………………56实验十移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究…………………………………………………60实验十一直流斩波电路（设计性）的性能研究…………………………………………………………64实验十二单相交直交变频电路…………………………………………………………………………67电力电子技术3第一部分实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验一．实验目的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．实验内容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．实验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1-1所示的实验线路。四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．NMCL—33组件3．NMCL—05(A)组件4．NMEL—03组件5．二踪示波器6．万用表五．注意事项1．双踪示波器有两个探头，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，在实验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，需注意实验步骤：（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。电力电子技术4（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。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。（5）本实验中，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—33的内部触发脉冲。六．实验方法1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察将NMCL—05（或MCL—05A，以下均同）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”拨至“单结晶”。按照实验接线图正确接线，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—05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。NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。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—05内部的同步变压器原边接有220V，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。合上NMCL—05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—33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NMEL—03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2cos1245.0UUdαU2,ud30°60°90°120°UdU23．单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载，无续流二极管电力电子技术5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”的实验步骤。七．实验内容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．分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t）的波形（α=90°）。5~220V正弦波触发电路选择单结管锯齿波同步电压输入32RP4单结晶体管触发电路1RP6KGWVUARD平波电抗器，位于NMCL-331上负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)直流电流表，量程为5AI组晶闸管，位于NMCL-33续流二极管，位于NMCL-33主电源输出，位于NMCL-32图1-1单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路电力电子技术64．画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）曲线，并与2cos1245.0UUd进行比较。5．分析续流二极管的作用。八．思考1．本实验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．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？电力电子技术7实验二正弦波同步移相触发电路实验一．实验目的1．熟悉正弦波同步触发电路的工作原理及各元件的作用。2．掌握正弦波同步触发电路的调试步骤和方法。二．实验内容1．正弦波同步触发电路的调试。2．正弦波同步触发电路各点波形的观察。三．实验线路及原理电路分脉冲形成，同步移相，脉冲放大等环节，具体工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．NMCL—33组件3．NMCL—05组件4．NMEL—03组件5．二踪示波器6．万用表五．实验方法1．将NMCL—05面板上左上角的同步电压输入端接NMCL—32的U、V端，将“触发电路选择”拨至“正弦波”位置。2．合上主电路电源开关，并打开NMCL—05面板右下角的电源开关。用示波器观察各观察孔的电压波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度，示波器的地线接于“8”端。3．确定脉冲的初始相位。当Uct=0时，调节Ub（调RP）要求接近于180O。4．保持Ub不变，调节NMCL-31的给定电位器RP1，逐渐增大Uct，用示波器观察U1及输出脉冲UGK的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。5．调节Uct使=60O，观察并记录面板上观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。六．实验报告1．画出=60O时，观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。2．指出Uct增加时，应如何变化？移相范围大约等于多少度？指出同步电压的那一段为脉冲移相范围。电力电子技术8七．注意事项参照实验一的注意事项。电力电子技术9实验三锯齿波同步移相触发电路实验(2015.9.22)一．实验目的1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。二．实验内容1．锯齿波同步触发电路的调试。2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。三．实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．NMCL—33组件3．NMCL—05(A)组件或NMCL—36组件4．NMEL—03组件5．二踪示波器6．万用表五．实验方法1．将NMCL-05(A)面板上左上角的同步电压输入接NMCL—32的U、V端，“触发电路选择”拨向“锯齿波”。2．合上主电路电源开关，并打开MCL—05面板右下角的电源开关。用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。观察“3”~“5”孔波形及输出电压UG1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压U3与U5的对应关系。3．调节脉冲移相范围将NMCL—31的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP），使=180O。调节NMCL—31的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，=180O，Uct=Umax时，=30O，以满足移相范围=30O~180O的要求。4．调节Uct，使=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形，并标出其幅电力电子技术10值与宽度。用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察UG1K1和UG3K3的波形，调节电位器RP3，使UG1K1和UG3K3间隔1800。六．实验报告1．整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？3．如果要求Uct=0时，=90O，应如何调整