电力电子实验修好.docx

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电力电子实验修好

电力电子技术实验

上海师范大学信息与机电工程学院

实验一三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。

3．了解集成触发器的调整方法及各点波形。

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

3．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。

三．实验线路及原理

实验线路如图1-1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可控整流桥组成。

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。

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

6．二踪示波器

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=150o。

2．三相桥式全控整流电路

按图接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大（450）。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V。

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

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和交流输入电压U2数值。

3．三相桥式有源逆变电路

断开电源开关后，将S拨向右边的不控整流桥，调节Uct，使仍为150O左右。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V合上电源开关。

调节Uct，观察=90O、120O、150O时,电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。

4．电路模拟故障现象观察。

在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。

说明：

如果采用的组件为MCL—53或MCL—33（A），则触发电路是KJ004集成电路，具体应用可参考相关教材。

六．实验报告

1．画出三相桥式全控整流电路时，角为60O、90O时的ud、uVT1波形

2．画出三相桥式有源逆变电路时，β角为30O、60O时的ud波形

实验二直流斩波电路的性能研究

一．实验目的

熟悉降压斩波电路（BuckChopper）和升压斩波电路（BoostChopper）的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。

二．实验内容

1．SG3525芯片的调试。

2．降压斩波电路的波形观察及电压测试。

3．升压斩波电路的波形观察及电压测试。

三．实验设备及仪器

1．电力电子教学实验台主控制屏。

2．MCL-16组件。

3．MEL-03电阻箱（900Ω/0.41A）或其它可调电阻盘。

4．万用表。

5．双踪示波器

6．2A直流安培表（MCL-Ⅱ2A直流毫安表为数字式仪表，MCL-Ⅲ2A直流安培表为指针式仪表，其他型号可能为MEL-06）。

四．实验方法

1．SG3525的调试。

原理框图见图2—1。

将扭子开关S1打向“直流斩波”侧，S2电源开关打向“ON”，将“3”端和“4”端用导线短接，用示波器观察“1”端输出电压波形应为锯齿波，并记录其波形的频率和幅值。

扭子开关S2扳向“OFF”，用导线分别连接“5”、“6”、“9”，用示波器观察“5”端波形，并记录其波形、频率、幅度，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。

Dmax=Dmin=

2．实验接线图见图2—2。

图2—2

（1）切断MCL-16主电源，分别将“主电源2”的“1”端和“直流斩波电路”的“1”端相连，“主电源2”的“2”端和“直流斩波电路”的“2”端相连，将“PWM波形发生”的“7”、“8”端分别和直流斩波电路VT1的G1S1端相连，“直流斩波电路”的“4”、“5”端串联MEL-03电阻箱（将两组900Ω/0.41A的电阻并联起来，逆时针旋转调至阻值最大约450Ω），和直流安培表（将量程切换到2A挡）。

（2）检查接线正确后，接通控制电路和主电路的电源（注意：

先接通控制电路电源后接通主电路电源），改变脉冲占空比，每改变一次，分别观察PWM信号的波形，MOSFET的栅源电压波形，输出电压u0波形，输出电流i0的波形，记录PWM信号占空比D，ui、u0的平均值Ui和U0。

（3）改变负载R的值（注意：

负载电流不能超过1A），重复上述内容2。

（4）切断主电路电源，断开“主电路2”和“降压斩波电路”的连接，断开“PWM波形发生”与VT1的连接，分别将“直流斩波电路”的“6”和“主电路2”的“1”相连，“直流斩波电路”的“7”和“主电路2”的“2”端相连，将VT2的G2S2分别接至“PWM波形发生”的“7”和“8”端，直流斩波电路的“10”、“11”端，分别串联MEL-03电阻箱（两组分别并联，然后串联在一起逆时针旋转调至阻值最大约900Ω）和直流安培表（将量程切换到2A挡）。

检查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。

改变脉冲占空比D，每改变一次，分别：

观察PWM信号的波形，MOSFET的栅源电压波形，输出电压、u0波形，输出电流i0的波形，记录PWM信号占空比D，ui、u0的平均值Ui和U0。

（5）改变负载R的值（注意：

负载电流不能超过1A），重复上述内容4。

（6）实验完成后，断开主电路电源，拆除所有导线。

五．注意事项：

（1）“主电路电源2”的实验输出电压为15V，输出电流为1A，当改变负载电路时，注意R值不可过小，否则电流太大，有可能烧毁电源内部的熔断丝。

（2）实验过程当中先加控制信号，后加“主电路电源2”。

（3）做升压实验时，注意“PWM波形发生器”的“S1”一定要打在“直流斩波”，如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2”内部的熔断丝。

六．实验报告

1．记录在某一占空比D下，降压斩波电路中，MOSFET的栅源电压波形，输出电压u0波形，输出电流i0的波形。

2．记录在某一占空比D下，升压斩波电路中，MOSFET的栅源电压波形，输出电流i0的波形。

实验三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3-1。

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．MCL—05组件或MCL—05A组件或MCL—54组件。

5．MEL-03组件（或自配滑线变阻器450，1A）

6．二踪示波器

7．万用表

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現直流分量。

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MCL-33（或MCL—53）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。

把开关S打向左边，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。

MCL-18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°。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使Uuv=220V。

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。

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

2．单相交流调压器接电阻—电感性负载

图3-1

（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。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使Uuv=220V。

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。

说明：

如采购的是MCL—Ⅴ型，则触发电路为KJ004集成电路，具体应用可参考相关教材。

电阻性负载可采用两只300Ω电阻相串联。

六．实验报告

1．整理电阻性负载时，=60，120时的负载两端电压u波形、晶闸管两端电压uVT的波形。

2．整理电阻电感性负载时，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

实验四单相交直交变频电路的性能研究

一．实验目的

熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

二．实验内容

1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。

2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。

三．实验设备及仪器

1．电力电子及电气传动主控制屏。

2．MCL-16组件。

3．电阻、电感元件（MEL-03、700mH电感）。

4．双踪示波器。

5．万用表。

四．实验原理

图4—1

单相交直交变频电路的主电路如图4—1所示。

本实验中主电路中间直流电压ud由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM逆变电路。

逆变电路中功率器件采用600V8A的IGBT单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET和IGBT专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图4—2所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制VT1、VT4和VT2、VT3两对IGBT。

ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz。

五．实验方法

1．SPWM波形的观察

图4—2

（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。

（2）观察三角形载波Uc的波形（“1”端与“地”端），测出其频率，并观察Uc和U2的对应关系：

（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。

（4）观察对VT1、VT2进行控制的SPWM信号（“5”端与“地”端）和对VT3、VT4进行控制的SPWM信号（“6”端与“地”端），仔细观察“5”端信号和“6”端信号之间的互锁延迟时间。

2．驱动信号观察

在主电路不接通电源情况下，S3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM波形发生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。

经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。

3．S3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连，“主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱（将一组900Ω/0.41A并联，然后逆时针旋转调至阻值最大约450Ω）和安培表（将量程切换到2A挡）。

将经检查无误后，S3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。

4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。

在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。

5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。

六．注意事项

1．“输出端”最大电流不允许超过“1A”。

2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。

七．实验报告

1．绘制实验电路原理图。

2．电阻负载时，画出负载电压波形。

电阻电感负载时，画出负载电压、电流波形。

3．分析说明实验电路中的PWM控制是采用同步调制还是异步调制。

实验五半桥型开关稳压电源的性能研究

一．实验目的

熟悉典型开关电源电路的结构，元器件和工作原理，要求主要了解以下内容。

1．主电路的结构和工作原理。

2．PWM控制电路的原理和常用集成电路。

3．驱动电路的原理和典型的电路结构。

二．实验内容

1．SG3525的输出波形观察。

2．半桥电路中各点波形的观察。

三．实验设备及仪器

1．电力电子及电气传动教学实验台主控制屏。

2．MCL-16组件。

3．双踪示波器。

4．万用表。

四．实验方法

1．SG3525的调试

将开关S1打向“半桥电源”，分别连接“5”和“6”端，以及“9”端和“10”端，“3”端和“4”端，用示波器分别观察锯齿波输出（“1”端）和A、B两路PWM信号的波形（分别为“5”端和“9”端对地波形），并记录波形，频率和幅值，调节“脉冲宽度调节”电源器，记录其占空比可调范围。

2．断开主电路和控制电路的电源，分别将“PWM波形发生”的“7”、“8”和“半桥型开关稳压电源”的G1、S1端相连，将PWM波形发生的“11”、“12”端和“半桥型开关稳压电源”的G2、S2端相连。

经检查接线无误后，将扭子开关S2打向“ON”，分别观察两个MOSFET管VT1、VT2的栅极G和源极S间的电压波形，记录波形，周期、脉宽、幅值及上升、下降时间。

3．

图5-1

断开主电路和控制电路的电源，分别将“主电源1”的“1”端、“2”端与“半桥开关稳压电源”的“1”、“2”端相连，然后合上控制电源以及主电源（注意：

一定要先加控制信号，后加主电源否则极易烧毁“主电源1”的保险丝），用示波器分别观察两个MOSFET的栅源电压波形和漏源电压波形，记录波形、周期、脉宽和幅值。

4．分别将“半桥型开关稳压电源”的“8”、“10”端相连，“9”、“12”端相连（负载电阻为33Ω），记录输出整流二极管阳极和阴极间的电压波形（“5”和“7”端之间，以及“6”端和“7”端间）记录波形、周期、脉宽以及幅值，观察输出电源电压u0中的波形（“12”端和“10”端间），记录波形、幅值，并观察主电路中变压器T的一次测电压波形（“3”端和“4”端）以及二次测电压波形（“5”端和“9”端间，“6”端和“9”端间），记录波形、周期、脉宽和幅值。

5．断开“9”和“12”之间的连线，连接“9”和“11”（负载电阻为3Ω），重复4的实验内容。

特别注意：

用示波器同时观察二个二极管电压波形时，要注意示波器探头的共地问题，否则会造成短路，并严重损坏实验装置。

6．断开“PWM波形发生”的“3”，“4”两点间连线，将“半桥型开关稳压电源”的“13”端连至“PWM波形发生”图2-1的“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，调节“脉冲宽度调节”电位器，使“半桥型开关稳压电源”的输出端（“8”和“9”端间）电压为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ud的值，计算负载调整率

五．注意事项

1．“半桥型开关稳压电源”接好连线后，一定要先加控制信号，然后接通主电源。

2．做闭环稳压实验的时候一定要断开“PWM波形发生”的“3”，“4”两点之间的连线。

六．实验报告

1．闭环稳压实验情况下，计算负载调整率

2．若要同时观察VD1和VD2阳极阴极间的电压波形，示波器的探头应当怎样连接？

错误的接法会产生什么后果？

试详细分析。