电力电子技术实验大纲(XXXX-10-12)

实验一、单相半控桥整流电路实验一、主要内容1.实现控制触发脉冲与晶闸管同步；2.观测单相半控桥在纯阻性负载时ud，uVT波形，测量最大移相范围及输入-输出特性；3.单相半控桥在阻-感性负载时，测量最大移相范围，观察失控现象并讨论解决方案；二、方法和要领1.实现同步：从三相交流电源进端取线电压Uuw（约230v）到降压变压器（MCL-35）,输出单相电压（约124v）作为整流输入电压u2；在（MCL-33）两组基于三相全控整流桥的晶闸管阵列（共12只）中，选定两只晶闸管，与整流二极管阵列（共6只）中的两只二极管组成共阴极方式的半控整流桥，保证控制同步，并外接纯阻性负载。思考：接通电源和控制信号后，如何判断移相控制是否同步？2.半控桥纯阻性负载实验：连续改变控制角，测量并记录电路实际的最大移相范围，用数码相机记录α最小、最大和90o时的输出电压ud波形（注意：负载电阻不宜过小，确保当输出电压较大时，Id不超过0.6A）；思考：如何利用示波器测定移相控制角的大小？在最大移相范围内，调节不同的控制量，测量控制角、输入交流电压u2、控制信号uct和整流输出Ud的大小，要求不低于8组数据。3.半控桥阻-感性负载（串联L=200mH）实验：断开总电源，将负载电感串入负载回路；连续改变控制角α，记录α最小、最大和90o时的输出电压ud波形，观察其特点（Id不超过0.6A）；固定控制角α在较大值，调节负载电阻由最大逐步减小（分别达到电流断续、临界连续和连续0.5A值下测量。注意Id≤0.6A），并记录电流Id波形，观察负载阻抗角的变化对电流Id的滤波效果；思考：如何在负载回路获取负载电流的波形？调整控制角α或负载电阻，使Id≈0.6A，突然断掉两路晶闸管的脉冲信号（模拟将控制角α快速推到180o），制造失控现象，记录失控前后的ud波形，并思考如何判断哪一只晶闸管失控；三、实验报告要求1．实验基本内容（实验项目名称、已知条件及实验完成目标）2．实验条件描述（主要设备仪器的名称、型号、规格等；小组人员分工：主要操作人、辅助操作人、数据记录人和报告完成人）3．实验过程描述（含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等）；4．实验数据处理（含原始数据记录单、计算结果及工程特性曲线，）；5．实验综合评估（对实验方案、结果进行可信度分析，提出可能的优化改进方案）；6．思考：阐述选择实验面板晶闸管序号构成半控桥的依据。测绘电阻负载时ud=f(α)和ud=f(uct)的实验特性曲线（注：由数据处理软件自动生成），其中将实验ud=f(α)与理论推算ud=f(α)特性曲线比较（在同一坐标系内），若存在误差，分析成因。分析阻-感性负载时，为什么减小负载电阻输出电流的波形越趋平稳？基于有较大的感抗值，电路能否接纯感性负载工作，为什么？分析同样的阻感负载时，本电路与单相全控桥电路的输出电压ud特征差异，说明原因。若以ud=f(uct)的实验特性曲线作为控制电源的静态模型建模依据，该电源的近似放大系数Ks≈？我们需要什么样的专业课实验报告书？当进入大三以后，会面对很多专业课程的实验项目，如何让这些实验的报告体现出它应该有的“专业”性？撇开具体的实验内容不谈，实验报告应该具有以下共同的特质：1．报告具有尽可能丰富的实验信息。例如实验的工作条件描述、实验团队的分工构成描述、实验预期结果的描述等等，这些都在为成就一个专业工程师做着有益的铺垫。2．实验数据的处理手段应体现专业性。面对大量的数据计算和分析，必须充分利用信息化手段，请即刻摒弃手绘坐标纸之类的落后方法处理数据，不要让报告失去应有的客观性和专业性。3．实验结果不能如同陈列的僵尸躺在报告上，应该赋予它鲜活的血肉和生命力。测试结果（数据或波形图等）应附有明确的测试条件说明，应有足够的量纲标识；实验结果与理论预期的比对是必要的，误差分析应该是实实在在的，不要务虚；实验结果说明了什么？请拿出你的看法，如同一场电影看罢，总会有所评价一样，提炼和升华是学习的终极；对现有实验方案的优劣应有所思考，可以试试提出优化方案或展望；数据结果可以不准确，方案可以不完美，但发自内心原生态的思考是绝对不可或缺的和最最重要的，它是一份报告的价值所在，也为老师所乐见。4．一次实验是有限的，但对它的思考应该是无限的。报告在具备基本要素的前提下，不要太拘泥于固定的模板格式，不要太局限于实验本身的范畴，如果报告上出现了由此而衍生的许许多多，例如扩展仿真实验、扩展的方案讨论、扩展的的器件或设备描述、扩展的应用案例、扩展的…，对于教授者和学业者，就是莫大的幸事。如果你是这样做的，就不用去重复做许多的实验，举一反三即可。5．请强化报告的可读性，表现出你的热忱和投入。写作考虑到读者的体验度了吗？要尽可能的提升条理性和可视性，不要提交一份只有自己才能读懂的报告，当你调用所有的资源和手段投入到这份报告之中时，或许能从中读出你的热情和心血，我们就该向你致敬了。一句话概之，实验报告不仅仅是记录，更应该有思考和扩展……实验二、三相全桥整流及有源逆变实验四、主要内容1.观测整流状态下阻性负载、阻-感性负载时ud，uVT波形；2.观测逆变状态下（阻-感性-反电动势负载）ud，uVT波形及逆变功率测量；五、方法和要领1.连接三相整流桥及逆变回路由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至三相降压变压器（MCL-35）,输出三相电源（线电压约110~130v）作为三相变流桥的交流输入；由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至由二极管组成的三相不可控全波整流桥，作为逆变时负载回路的电动势源（大小恒定的电压源）；由双刀双置开关构成整流和逆变选择回路（严禁主回路带电时切换此开关）；约定整流、逆变临界控制点为Uct=0，当Uct﹥0时，处于整流移相控制；Uct﹤0时处于逆变移相控制：2.整流工作阻性(450)负载测试：双置开关选择整流回路，负载电阻设定为最大（约450），加正给定电压。1)观测并记录整流状态下α≈0O，60O，90O时ud、uVT波形（注意限制Id≤0.6A）；2)α≈0O时封锁任1只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值；3)α≈0O时封锁任2只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值；（一次：共阴极组2只；一次：阴极阳极组各1只）阻-感（300+700mH)负载测试：双置开关选择整流回路，观测并记录α=30O，90O时ud、uVT波形（注意限制Id≤0.6A）；α=60O封锁分别1只和2只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值。3.逆变工作断掉主回路电源，将负载回路切换到逆变条件，注意逆变电动势源的直流极性。选负给定信号，保持负载为（450Ω+700mH），再合上电源，观测逆变状态下β=60O，90O时ud，uVT波形；在恒定负载情况下（电阻450Ω，电感700mH，直流反电动势E基本恒定），在最大逆变移相范围内，测定电网实际吸收直流功率Pk=f(Ud)的函数曲线（不低于8组数据点）。已知，三相全控桥输出等效电阻Rn=12。六、实验报告要求：1.实验项目名称2.实验基本内容（已知条件及实验要求）3.实验条件描述（主要设备仪器的名称、型号、规格等；小组人员分工：主要操作人、辅助操作人、数据记录人和报告完成人）4.实验过程描述（含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等）；5.实验数据处理（含原始数据清单、计算结果、特性曲线等）；6.误差分析（分析方案、方法、仪器、操作等带入的必然、偶然误差因素）；7.特别要求：分析比较整流工作时，阻性负载和阻感负载再缺相(丢失一路触发信号)故障下，Ud瞬时波形的差异性？整流状态下阻-感负载时，α=90O时ud的瞬时波形就一定有正负半波对称吗，为什么？说明逆变状态下，逆变电源的负载波形是电路上哪两端的波形？为什么逆变输出电压Ud越高，负载电流Id越小？对Pk=f(Ud)曲线结果作趋势分析。实验三半桥型开关稳压电源的性能研究一、主要内容1．熟悉PWM专用芯片SG3525的基本功能和应用特色，测试其典型功能端波形；2．测试和分析半桥型开关电源在开环和闭环两种模式下的输出性能二、主要实验内容和技术要领i.PWM控制芯片SG3525的测试1)连接：将开关S1打向“半桥电源”，屏蔽误差调节器反馈输入端。2)测试：用示波器分别观察锯齿波振荡器和A（或B）路PWM信号的波形，并记录波形的频率和幅值，调节“脉冲宽度调节”电位器，记录其占空比可调范围(最大、最小占空比)。3)连接：断开主电路和控制电路的电源，将光电藕输出信号端与半桥电路中的Power-MOSFET管正确相连。4)测试：接通控制电路电源开关“S2”，观察Power-MOSFET管VT1的栅极G和源极S间的电压波形，记录波形周期宽度T、幅值UGS及上升tr、下降时间tf。ii.构成开环电压系统向负载供电1)连接：断开主电路和控制电路的电源，将“主电源1”将直流电压输出至半桥电路的输入端，连接半桥输出负载R1+R2（负载电阻为33Ω）。2)测试：调节“脉冲宽度调节”电位器，记录不同占空比（不低于8组数据）时输出电源电压uo大小；iii.构成闭环电源系统，测试稳压性能1)连接：开放误差调节器反馈输入端，从“半桥型开关稳压电源”输出端“13”取电压反馈信号连至SG3525的反馈输入“2”端，并将“半桥型稳压电源”的“9”端和“PWM波形发生”的地端相连（共地）：2)测试：半桥输出回路“9”，“11”端连通（负载电阻为3Ω），调节PWM占空比使电源输出端电压u0为5V；然后断开“9”，“11”端连线，连接“9”，“12”端（负载电阻改变至33Ω），测量输出电压u0的值，计算负载强度变化十倍时的电压调整率（抗负载变化的电压稳定能力）：%100500UVU断开输出端“13”电压反馈信号，重新屏蔽误差调节器反馈输入端，回复到开环状态，重复上述3Ω和33Ω不同负载时“5V”输出电压的电压调整率。与闭环系统的结果进行比较。三、实验报告要求1．实验项目名称2．实验基本内容（已知条件及实验要求）3．实验条件描述（主要设备仪器的名称、型号、规格等；小组人员分工：主要操作人、辅助操作人、数据记录人和报告完成人）4．实验过程描述（含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等）；5．实验数据处理（含原始数据清单、计算结果及工程特性曲线，注：利用数据处理软件自动生成）；6．误差分析（分析方案、方法、仪器、操作等可能带入的必然、偶然误差因素）；7．特别要求：根据实验数据，生成开环时Uo=f(σ%)的函数曲线（负载为R1+R2，不少于8组数据点）为什么在2、3步要分别将“PWM波形发生”的“3”，“4”两点短接或断开？分析闭环后的稳压控制是如何实现的。在系统开环工作状态下，当PWM占空比σ%25%时，记录变压器原边电压波形和VT1的驱动信号波形，判断它们是否同步，并分析原因。（选作）99R图5—11PWM波形发生宽度调节脉冲R4RP5.1VR54软起动81021关闭SG352550uA5.1VS121地B12101411+15v5.1V振荡器直流斩波半桥电源R3C1C22R1S114R2735635.1V1615OFF欠压锁定QTQQ基准1A+15VS2VcON11865+15v72C24C11C11图5—15半桥型开关稳压电源VD2S2G26TVT213912R2VD1G1S13VT15L78R11099R图5—11PWM波形发生宽度调节脉冲R4RP5.1VR54软起动81021关闭SG352550uA5.1VS121地B12101411+15v5.1V振荡器直流斩波半桥电源R3C1C22R1S114R2735635.1V1615OFF欠压锁定QTQQ基准1A+15VS2VcON11865+15v72C24C11C11图5—15半桥型开关稳压电源VD2S2G26TVT213912R2VD1G1S13VT15L78R110