电力电子技术实验指导书16K版图文.docx
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电力电子技术实验指导书16K版图文
第一章MCL-Ⅱ型教学实验台简介（2
§1-1概述（2
§1-2《电力电子技术》课程实验所用设备（4
第二章实验内容（15
§2-1实验一锯齿波同步移相触发电路的研究（15
§2-2实验二三相桥式全控整流电路的研究（18
§2-3实验三直流斩波电路的研究（21
§2-4实验四单相交流调压电路的研究（25
第一章MCL-Ⅱ型教学实验台简介
§1-1概述
MCL-Ⅱ型教学实验台是自动化系针对《电机及拖动基础》、《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》等课程实验购置的实验设备,其外观如图1所示。
图1MCL-Ⅱ型教学实验台
一.MCL-Ⅱ型教学实验台的特点:
1.采用组件式结构,可根据不同内容进行组合,故结构紧凑,使用方便灵活,并
且可随着功能的扩展只需增加组件即可,能在一套装置上完成《电力电子技术》,《电力拖动自动控制系统》等课程的主要实验。
2.装置布局合理,外形美观,面板示意图明确,直观,学生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晶闸管,并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。
二.MCL-Ⅱ型教学实验台的技术参数
1.输入电源:
~380V±10%;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1600mm×宽700mm
三.MCL-Ⅱ型教学实验台能开设的实验
MCL-Ⅱ型教学实验台能开设《电机及拖动基础》、《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》课程的主要实验。
§1-2《电力电子技术》课程实验所用设备
一.MCL系列教学实验台主控制屏
MCL系列教学实验台主控制屏外型如图2（a供电部分、（b仪表部分所示。
图2（aMCL系列教学实验台主控制屏供电部分
图2（bMCL系列教学实验台主控制屏仪表部分
1.供电部分由总电源开关、闭合按钮、断开按钮、交流电源输出调节旋钮、交流
电压表、交流电源输出端点U、V、W等组成。
接通电源操作方法:
接通总电源开关→按下闭合按钮→顺时针方向旋转交流电源输出调节旋钮,同时观察输出端点输出的电压值,直至满足要求时止。
断开电源操作方法:
逆时针方向旋转交流电源输出调节旋钮,直至输出为零时止→按下断开按钮。
2.仪表部分由各种交流电压表、交流电流表、功率表等组成。
可用来测量各种交
流电压、电流等。
注意:
图2（a中的交流电源输出端点U、V、W与图2（b中的交流电源输出端点U、V、W相同。
二.MCL—18挂箱
MCL—18挂箱由G（给定,零速封锁器（DZS,速度变换器（FBS,转速调节器（ASR,电流调节器（ACR,过流、过压保护等部份组成。
我们主要使用给定和过流、过压保护部份。
1.直流给定G:
给定部分的外观如图3（a,电路如图3（b所示。
它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号:
10V突跳到正电压,正电压突跳到0V;
20V突跳到负电压,负电压突跳到0V;
3正电压突跳到负电压,负电压突跳到正电压。
正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小（调节范围为013V左右。
数值由面板右边的数显窗读出。
只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求。
1若S1放在“正给定”位,扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V
突跳到正电压的信号,再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V
的突跳;
2若S1放在“负给定”位,扳动S2,能得到0V到负电压及负电压到0V的
突跳;
3S2放在“给定”位,扳动S1,能得到正电压到负电压及负电压到正电压的
突跳。
注意:
给定输出有电压时,不能长时间短路,特别是输出电压较高时,否则容易烧坏限流电阻。
2.电流反馈及过流过压保护FBC+FA:
此单元有三种功能:
一是检测电流反馈信号,二是发出过流信号,三是发出过压信号。
电流反馈及过流过压保护部分的外观如图4（a,电路如图4（b所示。
图4（aMCL—18挂箱中的电流反馈及过流过压保护
电流变送器适用于可控硅直流调速装置中,与电流互感器配合,检测可控硅变流器交流进线电流,以获得与变流器电流成正比的直流电压信号,零电流信号和过电流逻辑信号等。
电流互感器的输出接至输入TA1,TA2,TA3,反映电流大小的信号经三相桥式整流电路整流后加至9R1、9R2、VD7及RP1、9R3、9R20组成的各支路上,其中:
a.9R2与VD7并联后再与9R1串联,在其中点取零电流检测信号。
b.将RP1的可动触点输出作为电流反馈信号,反馈强度由RP1进行调节。
c.将可动触点RP2与过流保护电路相联,输出过流信号,可调节过流动作电流的大小。
2过流保护（FA
当主电路电流超过某一数值后（2A左右,由9R3,9R20上取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端,使D触发器的输出为高电平,使晶体三极管V由截止变为导通,结果使继电器K的线圈得电,继电器K由释放变为吸引,它的
常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中,使接触器释放,断开主电路。
并使发光二极管亮,作为过流信号指示,告诉操作者已经过流跳闸。
SA为解除记忆的复位按钮,当过流动作后,如过流故障已经排除,则须按下以解除记忆,恢复正常工作。
3电源输入输出端:
面板下部的L1、L2、L3三接线柱表示三相电源的输入,U、V、W表示电源输出端。
在进行实验时,调压器的输出端接到L1、L2、L3,U、V、W接到晶闸管或电机,在L1、U,L2、V,L3、W间接有电流互感器,L1、L2间接有电压互感器,当电流过大或电压过高时,过流保护和过压保护动作。
注意:
接到晶闸管的电压必须从U、V、W引出,否则过流保护和过压保护不起作用。
三.MCL-33挂箱:
MCL—33挂箱由脉冲控制及移相,双窄脉冲观察孔,一组晶闸管,二组晶闸管及二极管,RC吸收回路,平波电抗器L组成。
1.脉冲控制及移相
脉冲控制及移相环节的外观如图5所示,它提供相位差为60O,经过调制的“双窄”脉冲（调制频率大约为310KHz。
1脉冲控制及移相电路的电源（+15V、0V、-15V由图3中的电路提供。
2触发脉冲分别由两路功放进行放大,分别由Ublr和Ublf进行控制。
当Ublf
接地时,第一组脉冲放大电路进行放大,脉冲接入VT1~VT6管子的门极及阴极之间;当Ublr接地时,第二组脉冲放大电路进行工作,脉冲接入VT1'~VT6'管子的门极及阴极之间。
3脉冲移相由Uct端输入可调的直流电压进行控制,该直流电压由图3中的电路
提供。
当Uct端输入正电压时,脉冲前移,Uct端输入负电压时,脉冲后移,移相范围约为100~1600。
偏移电压的大小通过调节电位器RP控制,可调节脉冲的初始相位,不同的实验初始相位要求不一样。
4双窄脉冲观察孔输出相位差为60o的双窄脉冲;同步电压观察孔,输出相电压
为30V左右的同步电压。
用双踪示波器可分别观察同步电压和双窄脉冲,可比较双窄脉冲的相位。
注意:
双窄脉冲及同步电压观察孔均为小孔,仅能接示波器,不能输入任何信号。
5脉冲控制。
面板上部的六档按键开关控制接到晶闸管的脉冲,1、2、3、4、5、
6分别控制晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发脉冲,当按键开关按下时,脉冲断开,开关弹起时脉冲接通。
图5MCL—33挂箱中的脉冲控制及移相部分
2.晶闸管组与二极管组
图6MCL—33挂箱中的晶闸管组与二极管组
晶闸管Ⅰ组由六只5A、800V晶闸管VT1~VT6组成,当Ublf接地时,其内部触发脉冲已接好,并受面板上部的六档按键开关控制其通断;晶闸管Ⅱ组由六只5A、800V晶闸管VT1'~VT6'组成,当Ublr接地时,其内部触发脉冲已接好;二
极管组由六只5A、800V二极管组成。
其外观如图6所示。
注意:
晶闸管的内部触发脉冲已接好;若外加触发脉冲时,必须切断内部触发脉冲。
3.平波电抗器
平波电抗器可作为电感性负载电感使用,电感分别为50mH、100mH、200mH、700mH,在1A范围内基本保持线性。
其外观如图7所示。
图7MCL-33挂箱的平波电抗器图8MCL-05挂箱的同步电压输入
及触发电路选择
四.MCL-05挂箱
MCL-05挂箱为触发电路专用挂箱,其中有单结晶体管,正弦波,锯齿波同步移相触发电路。
1.同步电压输入及触发电路选择
同步电压输入及触发电路选择环节的外观见图8。
要求输入~220V的交流电。
通过按下按钮选择触发电路类型。
2.锯齿波同步移相触发电路
锯齿波同步移相触发电路的外观如图9（a,其原理图如图9（b所示。
锯齿波同步移相触发电路由同步检测,锯齿波形成,移相控制,脉冲形成,脉冲放大等环节组成,加在电路上的同步电压为7V,同步变压器副边已在内部接好。
元件RP装在面板上。
该触发电路可产生两组相位差180°的触发脉冲（即
U、
G1K1
G2K2U与G3K3U、G4K4U相位差180°。
图9（aMCL-05挂箱中的锯齿波同步移相触发电路外观图9（b锯齿波同步移相触发电路图
1由VD1,VD2,C1,R1等元件组成同步检测环节,其作用是利用同步电压来控制
锯齿波产生的时刻和宽度。
2由VST1、V1、Rp1、R3等元件组成的恒流源电路及V2,V3,C2等组成锯齿波
形成环节。
调节Rp1可改变恒定电流的大小,亦改变锯齿波的斜率。
压Uct=0时脉冲的初始相位。
4V5、V6构成脉冲形成放大环节,脉冲变压器输出触发脉冲。
五.MCL-16挂箱
MCL-16挂箱为直流斩波电路、半桥型开关稳压电源、单相交直交变频电路专用挂箱。
1.PWM波形发生器
PWM波形发生器主要由SG3525芯片组成,其外观如图10（a、电路如图10（b所示。
调节“脉冲宽度调节”电位器,改变输出的直流方波。
图10（aMCL-16挂箱中的PWM波形发生器外观
图10（bMCL-16挂箱中的PWM波形发生器电路图
2.直流斩波电路
直流斩波电路外观如图11（a所示,斩波器的供电电源为主电源2,它提供15V、1A的直流电。
直流斩波电路中左侧为降压斩波电路,右侧为升压斩波电路。
其电路如图11（b所示。
图11（aMCL-16挂箱中的直流斩波电路外观
降压斩波电路升压斩波电路
图11（bMCL-16挂箱中的直流斩波电路图
六.MEL-03挂箱
MEL-03挂箱为可调电阻专用挂箱,它提供三
组可调电阻（每组两个900Ω、0.41A,使用时要
求将其并联为450Ω、0.82A的可调电阻。
其外观
如图12所示。
七.MEL-06挂箱
MEL-06挂箱为直流电压、电流表专用挂箱,
它提供300V直流电压表、200mA直流毫安表、
5A直流安培表。
其外观如图13所示。
图12MEL-03挂箱中的可调电阻外观图13直流电压、电流表
第二章实验内容
§2-1实验一.锯齿波同步移相触发电路的研究
一.实验目的
通过实验,验证锯齿波同步移相触发电路的工作原理,掌握锯齿波同步触发电路的调试方法,加深理解各器件在电路中所起的作用。
二.实验内容
调试锯齿波同步触发电路;观察、记录、分析锯齿波同步触发电路中关键点的波形。
三.实验设备及仪器
1.MCL系列教学实验台主控制屏
2.MCL—18挂箱
3.MCL—05挂箱
4.双踪示波器
四.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。
实验电路在MCL—05挂箱中,参看图9。
实验接线:
1.实验台主控制屏输出~220V电压经MCL—18挂箱中的过压过流保护电路,
接到MCL—05挂箱中的同步电源上。
参看图2、4、8。
2.MCL—05挂箱中锯齿波电路中的控制电压由MCL—18挂箱中的直流给定提
供,将MCL—18挂箱的Ug和接地分别连接到MCL—05挂箱的Uct和7点上。
参看图9、3。
五.实验步骤
1.按下MCL—05挂箱中“触发电路选择”的“锯齿波”按钮,并打开MCL—05
挂箱面板右下角的电源开关。
2.在图2所示的电路中,将三相调压器逆时针调到底,按下主电路电源闭合按钮,
通过交流电压表观察并调节主控制屏输出电压达到~220V。
3.在图9所示的电路中,用示波器观察各观察孔的电压波形,并记录下来。
记录
的波形要求坐标对齐。
1同时观察并记录“17U”、“27U”孔的波形,了解锯齿波宽度和同步电
压相位的关系。
2同时观察“27U”、“37U”孔的波形,调整电位器RP1,观察锯齿波斜
率变化情况,并合理选择锯齿波斜率。
记录“27U”、“37U”孔的波形。
分析锯齿波斜率太大、太小会发生什么情况。
3将控制电压Uct调至零,同时观察“37U”、“47U”孔的波形,调节偏
移电压Ub（即调节RP2,使“U47”孔的锯齿波刚出现平顶,然后固定偏移电压Ub不变,这样就确定了控制电压Uct=0时脉冲的初始相位。
记录“37U”、“47U”孔的波形。
分析偏移电压Ub过大会产生什么情况。
4调节控制电压Uct,同时观察并记录“47U”、“57U”孔的波形,分析管
子4开通时刻与管子5截止时刻的关系,体会控制电压Uct对控制角大小的控制。
5同时观察并记录“57U”、“67U”孔的波形,分析管子5截止时刻与管
子6开通时刻的关系。
6观察并记录输出触发脉冲“G1K1U”的波形,分析脉冲发出时刻与管子4
开通时刻的关系。
4.同理,可对MCL—05挂箱中的另一个锯齿波触发电路板进行相同实验,控制
电压Uct与偏移电压Ub在两个锯齿波触发电路板上是公用的,电位器RP3是独立的。
另外这两块触发电路板输出的触发脉冲G1K1U和G3K3U相位差1800。
六.实验报告
1.整理,描绘实验中要求记录的各个波形。
2.总结确定控制电压Uct=0时脉冲的初始相位的方法。
3.分析锯齿波斜率太大、太小会发生什么情况。
4.分析电路不产生触发脉冲的原因,应如何调节电路才能产生脉冲。
七.注意事项
1.要求预习实验。
2.通电之前,一定经教师检查连线,合格后才能通电。
§2-2实验二三相桥式全控整流电路的研究
一.实验目的
实验要求学生将《模拟电子技术基础》课程中有关滤波电路、《电力电子技术》课程中有关晶闸管的静、动态特性、三相桥式全控整流电路、锯齿波同步移相触发电路的知识综合起来进行应用,全面掌握三相桥式全控整流电路的工作原理,熟悉该电路在不同情况下的各种输出波形,掌握该电路故障时的基本分析方法,提高学生理论联系实际及分析问题的能力。
二.实验内容
通过接线,构成一个完整的三相桥式全控整流电路;观察、记录、分析该电路在整流工作状态下、不同负载时,整流电压、电流波形与触发角之间的关系;分析并模拟电路发生故障时将发生的情况。
三.实验设备及仪器
1.MCL系列教学实验台主控制屏
2.MCL—18挂箱
3.MCL—33挂箱
4.MEL—03挂箱
5.MEL—06挂箱
6.双踪示波器四.实验线路及原理
三相桥式全控整流电路如图14所示,其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。
实验电路在MCL—33挂箱中,参看图6。
实验接线:
图14三相桥式全控整流电路1.实验台主控制屏输出三相交流电压（相电压~50V经MCL—18挂箱中的
过压过流保护电路,接到MCL—33挂箱中连接的三相桥式全控整流电路上。
参看图2、4、6。
d
VTVTVT462d2
d
2.将MCL—18挂箱中的+15V、0V、-15V电压和直流给定电压分别接到
MCL—33挂箱中的+15V、0V、-15V电压和控制电压Uct上;将MCL—33挂箱中的Ublf接地。
参看图3、5。
3.将MCL—33挂箱中的晶闸管Ⅰ组（如图6所示连接为图14所示的三相
桥式全控整流电路。
4.将MEL—03挂箱中的900Ω/0.41A可调电阻并联为450Ω/0.82A可调电阻
器后作为电阻负载接入MCL—33挂箱中的三相桥式全控整流电路中（电阻取最大植;将MCL—33挂箱中的平波电抗器作为电感负载接入MCL—33挂箱中的三相桥式全控整流电路中。
参看图12、7、6、14。
5.给三相桥式全控整流电路的负载上串联一个直流安培表、并联一个直流电压
表。
五.实验步骤
1.在图2所示的电路中,将三相调压器逆时针
调到底,按下主电路电源闭合按钮,通过交
流电压表观察并调节主控制屏输出相电压
达到~50V。
2.通过MCL-33挂箱中的双窄脉冲观察孔,用
示波器观察并记录双窄脉冲。
双窄脉冲应严
格按照1、2、3、4、5、6的触发次序产生,
并且脉冲相互间隔60o、幅度相同,双窄脉
冲波形如图15所示。
若双窄脉冲发出次序
不对,则应检查三相电源的相序。
图15双窄脉冲
3.三相桥式全控整流电路接电阻负载:
1让Uct=0,调节偏移电压Ub,使Ud=0,然后固定Ub不变,进行实验。
2调节Uct来改变α,通过观察Ud波形来确定α的大小。
分别记录α=30O、
45O、60O、75O、90O、105O、120O时,整流电压Ud、Id的值,并记
录交流输入电压U2数值。
3用示波器同时观察α=30O、90O时,整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt
的波形,并记录下来。
4模拟电路故障现象:
用示波器观察α=30O、切除某一晶闸管的触发脉冲
后的整流电压Ud的波形,并记录下来。
4.三相桥式全控整流电路接电阻电感负载:
1让Uct=0,调节偏移电压Ub,使Ud=0,然后固定Ub不变,进行实验。
2调节Uct来改变α,通过观察Ud波形来确定α的大小。
分别记录α=30O、
45O、60O、75O、90O时,整流电压Ud、Id的值,并记录交流输入电压
U2数值。
3用示波器同时观察α=30O、75O时、平波电抗器接700mH、负载R调至
中间位置时,整流电压Ud的波形,并记录下来。
4用示波器同时观察α=30O、75O时、平波电抗器接50mH、负载R调至
最大位置时,整流电压Ud的波形,并记录下来。
5模拟电路故障现象:
用示波器观察α=30O、切除某一晶闸管的触发脉冲
后的整流电压Ud的波形,并记录下来。
六.实验报告
1.整理,描绘实验中要求记录的各个波形和数据;画出电阻负载、电阻电感负载
时的移相特性Ud=f（α并与理论值进行比较。
2.总结双窄脉冲的相位关系。
3.分析三相桥式全控整流电路电阻负载、负载电流断续时晶闸管承受的电压波形
的特点。
4.分析三相桥式全控整流电路电阻电感负载时,电感大小对负载电流的影响。
5.分析切除某一晶闸管的触发脉冲对整流电压Ud的影响。
七.注意事项
1.要求预习实验。
通电之前,一定经教师检查连线,合格后才能通电。
2.通过观察Ud波形来确定的大小。
§2-3实验三直流斩波电路的研究
一.实验目的
实验要求学生将《模拟电子技术基础》课程中有关半导体器件及滤波电路、《电力电子技术》课程中有关全控型器件、PWM技术、直流降压斩波电路、直流升压斩波电路的知识综合起来进行应用,全面掌握直流降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理,熟悉这两种电路在不同负载下的各种输出波形,提高学生理论联系实际及分析问题的能力。
二.实验内容
观察、记录PWM波形发生器产生的PWM信号波形;观察、记录、分析直流降压斩波电路在最大占空比和最小占空比、电阻电感性负载时的各种输出波形以及该电路占空比不变、改变负载大小时的各种输出波形;观察、记录、分析直流升压斩波电路在最大占空比和最小占空比、电阻性负载时的各种输出波形。
三.实验设备及仪器
1.MCL系列教学实验台主控制屏。
2.MCL-16挂箱
3.MEL-03挂箱
4.MEL-06挂箱
5.双踪示波器
四.实验线路及原理
直流降压斩波电路和直流升压斩波电路如图16、17所示。
其工作原理可参见
“电力电子技术”有关教材。
R
a
i
G
图16直流降压斩波电路图17直流升压斩波电路实验电路在MCL—16挂箱中,参看图10、11。
实验接线:
1.在MCL—16挂箱中,将图10中的S2电源开关打向“OFF”、开关S1打向“直
流斩波”侧;将图10中的“3”、“4”端用导线短接,“5”、“6”、“9”端用导线短接;将图10中的“7”、“8”端分别接入图11中的G1、S1端（降压或G2、S2端（升压。
2.直流降压斩波电路接线:
1在MCL—16挂箱中,将图11中“主电源2”（提供15V、1A直流电的
“1”、“2”端分别接入图11中“直流斩波电路”的“1”、“2”端;
2给图11中“直流斩波电路”的“4”、“5”端串联MEL—06挂箱中的安
培表（2A量程后再接入MEL—03挂箱中的可调电阻,要求450Ω、0.82A。
3给图11中“直流斩波电路”的“3”、“5”端并联MEL—06挂箱中的电
压表（300V量程。
3.直流升压斩波电路接线:
1在MCL—16挂箱中,将图11中“主电源2”（提供15V、1A直流电
的“1”、“2”端分别接入图11中“直流斩波电路”的“6”、“7”端;
2给图11中“直流斩波电路”的“10”、“11”端接入MEL—03挂箱中的
可调电阻,要求450Ω、0.82A。
3给图11中“直流斩波电路”的“10”、“11”端并联MEL—06挂箱中的
电压表（300V量程。
五.实验步骤
1.直流降压斩波电路:
1在MCL—16挂箱中,先将图10中的S2电源开关打向“ON”;然后接通
主控制屏上的总电源开关（见图2。
2用示波器同时观察控制脉冲信号UG1S1（UG1端与3端之间和负载电压
U0（U35的波形。
调节“脉冲宽度调节”电位器,记录其最大占空比和最小占空比时控制脉冲信号UG1S1和负载电压U0的波形、幅值;求出最大占空比和最小占空比的值。
3
用示波器同时观察负载电压0U（即35U和负载电流0i的波形（观察电阻上的波形45U,它与电流0i的波形相似。
调节“脉冲宽度调节”电位器,记录其最大占空比和最小占空比时负载电压0U和负载电流0i的波形、直流电压表、安培表数值。
4减小电阻负载（调节到一半位置,重复上述第3步实验。
5
断开主控制屏上的总电源开关（见图2,然后将图10中的S2电源开关打向“OFF”。
然后进行直流升压斩波电路的接线。
2.直流升压斩波电路:
1
在MCL—16挂箱中,先将图10中的S2电源开
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