南昌电力电子技术实验指导书

电力电子实验指导目录第一章NMCL（II）电机电力电子及电气传动实验台介绍第二章半控型器件实验实验一锯齿波同步移相触发电路―――――――――――――――――――――7实验二单相桥式全控整流电路――――――――――――――――――――――10实验三单相桥式有源逆变电路――――――――――――――――――――――14实验四三相桥式全控整流电路――――――――――――――――――――――17实验五直流斩波电路――――――――――――――――――――――――――20实验六单相交流调压电路实验――――――――――――――――――――――24第三章现代电力电子技术实验实验一直流斩波电路（buck-boost）研究――――――――――――――――――27实验二单相正弦波逆变电源研究――――――――――――――――――――――31实验三直流斩波电路性能研究―――――――――――――――――――――――36实验四移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究――――――――――――――39实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究―――――――――――――――――442第一章NMCL（II）电机电力电子实验台介绍一、装置的特点：（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，结构紧凑，使用方便灵活，并且可随着功能的扩展增加组件，能在一套装置上完成《电机与拖动基础》《电力电子学》，《自动控制系统》等课程的主要实验。（2）装置布局合理，面板示意图明确，直观，可通过面板的示意查寻故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线，工具等，使实验更方便。（3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。（4）装置具有较完善的过流、过压、RC吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运行可靠性和抗干扰能力。（5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。二．技术参数（1）输入电源：380V10%50HZ1HZ（2）工作条件：环境温度：-5~400C相对湿度：〈75%海拔：〈1000m（3）装置容量：〈1KVA（4）电机容量：〈200W（5）外形尺寸：长1600mmX宽700mm（长1300mmX宽700mm）三．能开设的电力电子技术实验半控型器件31．正弦波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路2．锯齿波同步移相触发电路3．单相桥式半控整流电路4．单相桥式全控整流电路5．单相桥式有源逆变电路6．三相半波可控整流电路7．三相半波有源逆变电路8．三相桥式半控整流电路9．三相桥式全控整流电路10．三相桥式有源逆变电路11．直流斩波电路全控型器件特性部分1．功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量2．功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究3．绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究4．电力晶体管（GTR）驱动电路的研究5．电力晶体管（GTR）的特性研究全控型器件典型线路部分1．直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究2．单相交直交变频电路的性能研究3．半桥型开关稳压电源的性能研究4．电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究5．直流斩波电路（Buck-Boost变换器）的研究6．采用自关断器件的单相交流调压实验7．单相正弦波（SPWM）逆变电路实验8．全桥DC/DC变换电路实验9．整流电路的有源功率因数校正实验10．软开关实验本实验指导书根据大纲的要求和实际情况，编排了11个实验。学生完成了规定的4-6个实验后，其他实验可根据个人兴趣选做。四、组件配置：1)MEL-002电源控制屏，配有电源总开关、三相可调交流电压源、三相交流线电4压指示表。2)MEL－0010交直流仪表，配有数字交流电流表、电压表、功率与功率因数表、直流电压、电流表，均为数字表。3)NMCL－18直流电机仪表、电源，配有励磁电流、电压数字表，励磁电源，电枢电源（可调节）。4)NMCL－36锯齿波触发电路。配2路相差180度脉冲，每路可提供两个相同脉冲。5)NMEL－19同步电机励磁电源可调电流源，数字表显示。6)NMCL－331平波电抗器、阻容吸收器。7)NMEL－24变压器，单相、三相组式芯式变压器8)NMEL－13转矩转速测量与控制，配转速转矩数字显示及转矩加载调节功能。9)NMCL-33触发电路，Ⅰ组晶闸管，Ⅱ组晶闸管，一组三相二极管整流桥，电流反馈环节。10)NMEL－05B旋转指示灯及开关11)NMEL－09电机起动箱、电枢调节电阻、绕线式异步电机起动电阻（0、2Ω、5Ω、15Ω）12)NMEL－03三相可调电阻2×900Ω×313)NMEL－04三相可调电阻2×90Ω×314)NMCL-17软开关15)NMCL-331A速度变换器、给定、电流反馈N16)MCL-22现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验五、配用其它设备：1）电机导轨及测速发电机直流电机M01：PN=100W，UN=200V2）双踪示波器一台3）万用表一块5第二章半控型器件实验实验一锯齿波同步移相触发电路实验一．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．NMCL系列教学实验台主控制屏2．NMEL—0023．NMEL—364．双踪示波器5．万用表五．实验方法1．将NMEL-36面板上左上角的同步电压输入接MCL—002的U、V端。2．三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v，并打开MCL—36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6将NMEL—36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，其波形如图2-1所示。调节NMEL—36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？4．讨论分析其它实验现象。图2-1脉冲移相范围七．注意事项参见实验一的注意事项。360°180°30°U1ωtωtU571234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:7-Oct-2002SheetofFile:D:\USER\MCL\mcl05\mcl05.DdbDrawnBy:-15R110KC11uFVD11N4001VD21N4001V23DG6CR247KVST12CW51V13CG23R34.7KRP4.7KR4200C2474V33DG6CR510KR63.3KR73.3KR86.8KV43DG6CVD31N4001R96.2KC3104R1030KV53DG6CR116.2KVD41N4001C4104VD51N4001V63DG6CR1247C5474VD61N4001TPVD71N4001VD81N4001UbUc图1-14锯齿波触发电路图2-2：锯齿波同步电路原理图8实验二单相桥式全控整流电路实验一．实验目的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NMEL—36锯齿波触发电路的工作。二．实验线路及原理参见图2-3。三．实验内容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。3．单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。四．实验设备及仪器1．NMCL系列教学实验台主控制屏。2．NMCL—36锯齿波同步移相触发电路。3．NMCL—33组件4．NMEL—03三相可调电阻器。5．NMCL-31A组件5．双踪示波器6．万用表五．注意事项1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMEL－36挂箱，故MCL-33的内部脉冲需断开，以免造成误触发。2．电阻RP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。93．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．NMEL－36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．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。6．带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。六．实验方法1．将NMCL-36面板左上角的同步电压输入接MEL-002的U、V输出端。2．断开MEL-002和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压Uuv至220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。NMCL-31A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MEL-02和MCL-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。5．单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。把开关S合向左侧，接入直流电动机，短接平波电抗器，短接负载电阻Rd。（a）调节Uct，在=90°时，观察Ud=f（t），id=f（t）以及UVT=f（t）。注意，交流电压UUV须从0V起调，同时直流电动机必须先加励磁。（b）直流电动机回路中串入平波电抗器（L=700mH），重复（a）的观察。10七．实验报告1．绘出单相桥式晶闸管全控整流