电力电子技术实验指导书.docx

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电力电子技术实验指导书

电力电子实验指导书

实验注意事项:

1.G（给定）：

原理图如图1-1。

它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：

（1）0V突跳到正电压，正电压突跳到0V；

（2）0V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；

（3）S2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。

使用注意事项：

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．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。

3．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：

（1）先上弱电,在控制电压Uct=0时，再接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路点投入工作。

（2）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。

（3）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。

（4）本实验中，因用MCL—05组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开MCL—33（MCL—53组件）的内部触发脉冲。

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．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。

观察“3”~“5”孔波形，调整电位器RP1和RP2，使“3”的锯齿波刚出现平顶（3点5点处于临界状态），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。

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？

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—电感性负载时的工作。

3．熟悉MCL—05锯齿波触发电路的工作。

二．实验线路及原理

参见图4-7。

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．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ）或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）

4．MCL—05组件或MCL—05A组件

5．MEL—03三相可调电阻器。

6．MEL—02三相芯式变压器。

7．示波器

五．注意事项

1．本实验中触发可控硅的脉冲来自MCL-05挂箱，故MCL-33（或MCL-53，以下同）的内部脉冲需断X1插座相连的扁平带需拆除，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。

3．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．MCL-05面板的锯齿波触发脉冲需导线连到MCL-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。

六．实验方法

1．将MCL—05（或MCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL—18的U、V输出端（如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的U、V输出端相连），“触发电路选择”拨向“锯齿波”。

2．断开MEL-02和MCL-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。

MCL-18给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

调节偏移电压RP1，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（30º，60º，90º）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id、Ud和电压UVT值。

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id时的Ud、UVT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。

实验三三相半波可控整流电路的研究

一．实验目的

了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作。

二．实验线路及原理

三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。

不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。

实验线路见图。

三．实验内容

1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作。

2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。

四．实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．NMEL—03组件

4．二踪示波器

五．注意事项

1．整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。

2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。

3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

六．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察MCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲

（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作

合上主电源，接上电阻性负载：

（a）记录α=60°时的Ud=f（t）及Uvt=f（t）的波形图。

（b）求取三相半波可控整流电路的负载特性Ud=f（Id）,改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角α时，可控整流电路的输出电压Ud=f

（t）与输出电流波形id=f（t），并记录相应的Ud、Id、值。

3．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作

接入NMCL—331的电抗器L=700mH，，可把原负载电阻RD调小，监视电流，不宜超过0.8A（若超过0.8A，可用导线把负载电阻短路），操作方法同上。

（a）观察不同移相角α时的输出时的Ud=f（t）、Uvt=f（t）波形图并记录相应的Ud，Id值，记录α=90º时的Ud=f（t），id=f（t），Uvt=f（t）的波形图。

（b）求取整流电路输入输出特性Ud/U2=f（α）。

八．思考

如何确定三相触发脉冲的相序？

它们间分别应有多大的相位差？

实验四三相桥式半控整流电路实验

一．实验目的

1．熟悉MCL—18、MCL—33组件。

2．了解三相桥式半控整流电路的工作原理及输出电压，电流波形。

二．实验内容

1．三相桥式半控整流供电给电阻负载。

2．观察平波电抗器的作用。

三．实验线路及原理

在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路。

它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。

共阳极组三个整流二极管总是自然换流点换流，使电流换到比阴极电位更低的一相中去，而共阴极组三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一相中去。

输出整流电压Ud的波形是三组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的控制角α，可获得0～2.34×U2φ的直流可调电压。

具体线路可参见图4-11。

四．实验设备及仪器

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ）或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）

4．可调电阻器MEL—03。

5．示波器。

6．变压器。

五．注意事项

1．主电路的相序不可接错，否则容易烧毁晶闸管。

2．示波器的两根地线与外壳相连，使用时必须注意两根地线需要等电位，避免造成短路事故。

六．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）打开MCL-18电源开关，给定电压有电压显示。

（2）用示波器观察MCL-18的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲

（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

2．三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作研究

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏U、V、W输出电压至线电压为220V。

调节负载电阻，使Rd大于200Ω，注意电阻不能过大，应保持id不小于100mA，否则可控硅由于存在维持电流，容易时断时续。

注：

如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。

以下均同

（1）调节Uct，，观察在30°、60°、90°、120°等不同移相范围内，整流电路的输出电压Ud=f（t），输出电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）的波形，并加以记录。

3．观察平波电抗器的作用

在大电感量条件与α=120º条件下的特性曲线，注意要读取从电流连续到电流断续临界点的数据，并记录此时的Ud=f（t），id=f（t）。

实验五三相桥式全控整流

一．实验目的

1．熟悉MCL-18,MCL-33组件。

2．熟悉三相桥式全控整流工作原理。

二．实验内容

三相桥式全控整流电路

三．实验线路及原理

实验线路如图4-12所示。

主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。

触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。

三相桥式整流的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

四．实验设备及仪器

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ）或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33（A）组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）

4．MEL-03可调电阻器（或滑线变阻器1.8K,0.65A）

5．MEL-02芯式变压器

6．示波器

7．万用表

五．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）打开MCL-18电源开关，给定电压有电压显示。

（2）用示波器观察MCL-33（或MCL-53，以下同）的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。

（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

注：

将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。

（5）将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=90o。

2．三相桥式全控整流电阻负载电路

将Rd调至450欧最大,Uct=0,合上主电源，主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uvw为220V。

调节Uct，使在30o~90o范围内，用示波器观察记录=30O、60º、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和Uct数值。

3．三相桥式全控整流感性负载电路

将Rd调至450欧最大,Uct=0,合上主电源，主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uvw为220V。

调节Uct，使在0o~90o范围内，用示波器观察记录=30O、60º、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和Uct数值。

实验六三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一．实验目的

1．熟悉MCL-18,MCL-33组件。

2．熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。

二．实验内容

1．三相桥式全控整流电路

2．三相桥式有源逆变电路

三．实验线路及原理

实验线路如图4-12所示。

主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。

触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。

三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

四．实验设备及仪器

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ）或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33（A）组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）

4．MEL-03可调电阻器（或滑线变阻器1.8K,0.65A）

5．MEL-02芯式变压器

6．示波器

五．实验方法

三相桥式有源逆变电路

调节Uct，观察逆变角30O、45O、60O时,电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、Uct数值。

实验七单相交流调压电路实验

一．实验目的

1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。

2．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。

．实验内容

1．单相交流调压器带电阻性负载。

2．单相交流调压器带电阻—电感性负载。

三．实验线路及原理

本实验采用了锯齿波移相触发器。

该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。

晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成，见图1-8。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏2．NMCL—33组件3．NMEL—03组件

4．NMCL-05（A）组件或NMCL—36组件5．二踪示波器

五．注意事项

在电阻电感负载时，当时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量，损坏元件。

为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。

六．实验方法

1．单相交流调压器带电阻性负载

将NMCL-33上的两只晶闸管VT1，VT4反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲端G1、K1，G3、K3分别接至主电路相应VT1和VT4的门极和阴极。

接上电阻性负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大。

NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2，使=150°。

合上主电源，用示波器观察负载电压u=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，调节Uct，观察不同角时各波形的变化，并记录=60，90，120时的波形。

2．单相交流调压器接电阻—电感性负载

（1）在做电阻—电感实验时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻和电感量。

可采用直流伏安法来测量内阻，电抗器的内阻为

RL=UL/I

电抗器的电感量可用交流伏安法测量，由于电流大时对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。

ZL=UL/I

电抗器的电感量为

这样即可求得负载阻抗角

在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。

（2）断开电源，接入电感（L=700mH）。

调节Uct，使=450。

合上主电源，用二踪示波器同时观察负载电压u和负载电流i的波形。

调节电阻R的数值（由大至小），观察在不同角时波形的变化情况。

记录φ，=φ，φ三种情况下负载两端电压u和流过负载的电流i的波形。

也可使阻抗角φ为一定值，调节观察波形。

注：

调节电阻R时，需观察负载电流，不可大于0.8A。

六．实验报告

1．整理实验中记录下的各类波形

2．分析电阻电感负载时，角与角相应关系的变化对调压器工作的影响。

3．分析实验中出现的问题。

实验八、直流斩波电路（设计性）的性能研究

一．实验目的

熟悉六种斩波电路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper）的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。

二．实验内容

1SG3525芯片的调试

2斩波电路的连接

3斩波电路的波形观察及电压测试

三．实验设备及仪器

1电力电子教学试验台主控制屏

2MCL-22组件

3示波器

4万用表

四．实验方法

按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可.

1.SG3525性能测试

先按下开关s1

（1）锯齿波周期与幅值测量（分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况）。

观察“1”端。

（2）输出最大与最小占空比测量。

观察“2”端。

注意：

每个电路工作电流一定小于1A！

！

！

占空比要在20%左右（逆时针）

2．Buckchopper（降压）

（1）连接电路，将UPW（脉宽调制器）的输出端2端和4端分别接到斩波电路中IGBT管VT的端G端和E端,分别将斩波电路的，照面板上的电路图接成buckchopper斩波器。

（2）观察负载电压波形。

经检查电路无误后,按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节upw的电位器rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录D接近50%时的电压波形和有效值填入表1。

电阻电感取值范围：

小电阻大电感（R4,L4）,大电阻大电感（R6,L4）;大电阻小电感（R6,L2）。

（3）观察负载电流波形。

用示波器观察并记录负载电阻R1两端波形和有效值，

（4）改变脉冲信号周期。

在S2、S3、S4合上与断开多种情况下,重复步骤

（2）、（3）

3．Boostchopper（升压）

（1）照图接成boostchopper电路。

电源2端接IGBT的E端，使小电阻R1串联R2再与负载处于串联状态，即可以测量回路电流，又可避免回路过流。

（2）观察负载电压波形。

（3）观察负载电流波形。

方法同上。

经检查电路无误后,按下开关s1、s8，用示波器观察Vc两端之间电压，调节upw的电位器rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录D接近50%时的电压波形和有效值填入表1。

电阻电感取值范围：

小电阻大电感（R5,L4）,大电阻大电感（R6,L4）;大电阻小电感（R6,L2）。

实验步骤同buckchopper。