电力电子技术实验指导书NMCLIII02.docx
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电力电子技术实验指导书NMCLIII02
电力电子技术
实验指导书
电气工程与自动化学院
2014．2
实验守则
1、参加实验人员必须遵守实验守则．爱护国家财产，按照有关规定安全操作，防止事故发生，实验人员必须团结协作，统一行动。
2、每次实验之前，实验人员必须充分预习，经检查预习报告合格，方可进行实验，否则不准参加实验。
3、实验室内禁止吸烟、打闹、大声喧哗、随地吐痰和乱丢纸屑。
4、作实验时，不得穿高跟鞋，不准戴围巾，不准穿拖鞋，留长发的女同学必须戴工作帽。
5、实验人员在接好线路和改好线路之后，必须经指导人员检查同意后，才能接通电源。
6、严禁带电接线、拆线或接触带电线路的裸露部分和机台的转动部分，禁止坐在实验台上。
7、要正确使用仪器设备。
未经许可，各种仪器设备不许过载运行或作其它非正常运动。
非本实验使用的仪器设备，一律不准动用。
8、如果发生安全事故，不要惊慌失措，必须立即切断电源，要保持现场并及时报告指导人员，以查明事故原因，排除故障和酌情进行处理。
凡因安全责任事故造成各种损失时，事故者负赔偿责任。
9、实验结束后，应将所有仪器放回原处，各种导线拆线后分类放好，将实验台整理干净。
10、对于不遵守以上守则的行为，任何人都可以提出劝告，如果严重违反又不听劝告者，教师及实验指导人员有权立即停止其实验或工作。
电力电子技术实验须知
实验是教学中的重要环节。
通过实验可以验证和进一步研究学过的理论知识，加深对所学知识的理解认识。
通过实验可掌握基本的实验方法和技能，培养严肃认真，实事求是的科学作风。
一、预习要求：
认真阅读实验指导书，复习有关理论知识。
认真思考实验过程中可能发生的问题及应当采取的措施。
预先估计实验可能得到的结果。
认真填写预习报告。
二、实验要求：
1．实验前须出示预习报告，无预习报告不得参加实验。
2．认真仔细地按照实验指导书中给出的接线图完成实验设备和仪器的连线工作，经教师或指导人员检查完毕后方可进行实验。
3．实验前要再次阅读实验指导书中提及的实验注意事项。
4．认真按照实验指导书要求的实验步骤完成实验。
5．实验过程中需按照实验要求认真测量并准确地记录实验数据。
6．实验过程中如有事故发生要及时切断电源，并立即报告指导人员。
7．实验完成后要进行清整工作。
三、实验报告要求：
1．每一位同学均应独自完成实验报告，其中包括必要的数据、计算、图表、曲线分析讨论，并需同时附上原始记录。
报告字迹要整洁清晰，数据计算及图表曲线应符合要求。
实验报告所用纸张应大小一致，装订整齐，并按要求填写完整。
2．实验报告中，要对实验结果结合所学理论，加以简明的分析，根据自己的看法作出结论。
3．实验报告中可提出对实验方法、设备等方面的意见或合理化建议，以及其它方面的心得体会等。
注：
电力电子技术实验所用装置是浙江大学求是公司生产的NMCL-Ⅲ型“电力电子及电气传动实验台”。
该实验台采用组件式结构，每一组件（按编号）功能独立，可根据实验内容的不同进行组合，方便灵活。
目录
实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验………………………………………5
实验二正弦波同步移相触发电路实验………………………………………………………………8
实验三锯齿波同步移相触发电路实验………………………………………………………………9
实验四单相桥式全控整流电路实验…………………………………………………………………10
实验五三相半波可控整流电路的研究………………………………………………………………14
实验六三相桥式全控整流电路实验…………………………………………………………………16
实验七电力晶体管（GTR）驱动研究…………………………………………………………………18
实验八电力晶体管（GTR）特性研究…………………………………………………………………22
实验九功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究…………………………………………25
实验十直流斩波电路（设计性）的性能研究…………………………………………………………29
实验十一单相交直交变频电路（调速）………………………………………………………………31
实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验
一．实验目的
1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。
2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
3．对单相半波可控整流电路在电阻负载时工作情况作全面分析。
二．实验内容
1．单结晶体管触发电路的调试。
2．单结晶体管触发电路各点波形的观察。
3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。
三．实验线路及原理
将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管VT1的门阴极，即可构成如图1-1所示的实验线路。
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
4．NMEL—03组件
5．二踪示波器
6．万用表
五．注意事项
1．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。
2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：
（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。
（2）在控制电压Ug=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Ug，使整流电路投入工作。
（3）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。
（4）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。
（5）本实验中，因用NMCL—05组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开NMCL—33的内部触发脉冲。
六．实验方法
1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察
将NMCL—05（或MCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接NMCL—32的U、V输出端，“触发电路选择”拨至“单结晶”。
按照实验接线图正确接线，但由单结晶体管触发电路连至晶闸管VT1的脉冲UGK不接（将NMCL—05面板中G、K接线端悬空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。
NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。
合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，NMCL—05内部的同步变压器原边接有220V，原边输出分别为60V（单结晶触发电路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。
合上NMCL—05面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、“6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。
调节移相可调电位器RP，观察输出脉冲的移相范围能否在30°～180°范围内移。
注：
由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”）和脉冲输出“K”端相连。
但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。
采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路，同样需要注意，谨慎操作。
2．单相半波可控整流电路带电阻性负载
断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至NMCL—33的VT1晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。
负载Rd接可调电阻（可把NMEL—03的600Ω电阻盘并联，即最大电阻为300Ω），并调至阻值最大。
合上主电源，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察=30°、60°、90°、120°时负载电压Ud，晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形UVt。
并测定Ud及电源电压U2，验证
α
U2,ud
30°
60°
90°
120°
Ud
U2
七．实验内容
1．画出触发电路在α=90°时的各点波形。
2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。
实验二正弦波同步移相触发电路实验
1．熟悉正弦波同步触发电路的工作原理及各元件的作用。
2．掌握正弦波同步触发电路的调试步骤和方法。
二．实验内容
1．正弦波同步触发电路的调试。
2．正弦波同步触发电路各点波形的观察。
三．实验线路及原理
电路分脉冲形成，同步移相，脉冲放大等环节。
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面板上左上角的同步电压输入端接NMCL—32的U、V端，将“触发电路选择”拨至“正弦波”位置。
2．合上主电路电源开关，并打开NMCL—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，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度，示波器的地线接于“8”端。
3．确定脉冲的初始相位。
当Uct=0时，调节Ub（调RP）要求接近于180O。
4．保持Ub不变，调节NMCL-31的给定电位器RP1，逐渐增大Uct，用示波器观察U1及输出脉冲UGK的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。
5．调节Uct使=60O，观察并记录面板上观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。
六．实验报告
1．画出=60O时，观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。
2．指出Uct增加时，应如何变化？
移相范围大约等于多少度？
指出同步电压的那一段为脉冲移相范围。
实验三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。
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
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。
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。
实验四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—电感性负载的工作。
二．实验线路及原理
参见图4-1。
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。
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—05E组件
4．NMEL—03组件
5．NMCL—35组件
6．二踪示波器
7．万用表
五．注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL—33组件，故NMCL-33的内部脉冲需断，以免造成误触发。
2．电阻RD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．NMCL-05E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．逆变变压器采用NMCL—35组式变压器，原边为220V，副边为110V。
6．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。
六．实验方法
1．将NMCL—05E面板左上角的同步电压输入接SMCL—02的U、V输出端。
2．断开NMCL-35和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。
3．调节SMCL-01的给定电位器RP1，用示波器观察触发电路各点波形，并绘制波形。
4．开主电源，连接NMCL-35和NMCL-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600Ω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Ug，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Ug、Ud。
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Ug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）波形并记录相应时的Ug、Ud。
七．实验报告
1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当=60°，90°时的Ud、UVT波形，并加以分析。
2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当=90°时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。
实验五三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2。
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
5．万用表
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）改变控制电压Ug，观察在不同触发移相角α时（30°、60°、90°），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、Ug值。
（b）记录α=90°时的Ud=f（t）及id=f（t）的波形图。
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（30°、60°、90°）的输出Ud=f（t）、id=f（t），并记录相应的Ud、Id值。
（b）记录α=90°时的Ud=f（t）及id=f（t）的波形图。
七．实验报告
1．绘出本整流电路供电给电阻性负载，电阻—电感性负载时的Ud=f（t），id=f（t）（在α=90°情况下）波形，并进行分析讨论。
实验六三相桥式全控整流电路实验
一．实验目的
1．熟悉NMCL-33组件。
2．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。
二．实验内容
1．研究三相桥式全控整流电路供电给电阻性负载时的工作。
2．研究三相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。
三．实验线路及原理
实验线路如图3所示。
主电路由三相全控变流电路组成。
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。
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—35组件
5．二踪示波器
6．万用表
五．实验方法
1．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NMCL-33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。
（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。
注：
将面板上的Ublf接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
（4）将SMCL-01的给定器输出Ug接至NMCL-33面板的Uct端。
2．三相桥式全控整流电路
按图3接线，并将RD调至最大（300）。
分别做电路供电给电阻性负载时及电路供电给电阻—电感性负载时两种情况。
合上主电源。
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数值。
六．实验报告
1．画出电路的移相特性Ud=f（）曲线；
2．画出三相桥式全控整流电路时，角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形；
实验七电力晶体管（GTR）驱动电路研究
一．实验目的
1．掌握GTR对基极驱动电路的要求
2．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法
二．实验内容
1．连接实验线路组成一个实用驱动电路
2．PWM波形发生器频率与占空比测试
3．光耦合器输入、输出延时时间与电流传输比测试
4．贝克箝位电路性能测试
5．过流保护电路性能测试
三．实验线路
见图2—1
四．实验设备和仪器
1．NMCL-07电力电子实验箱
2．双踪示波器
3．万用表
4．教学实验台主控制屏
五．实验方法
1．检查面板上所有开关是否均置于断开位置
2．PWM波形发生器频率与占空比测试
（1）开关S1、S2打向“通”，将脉冲占空比调节电位器RP顺时针旋到底，用示波器观察1和2点间的PWM波形，即可测量脉冲宽度、幅度与脉冲周期，并计算出频率f与占空比D，填入表2—1。
表2—1
幅度（Vp-p）
宽度（ms）
周期（ms）
频率f（kHz）
占空比D
S2：
通
RP：
右旋
S2：
通
RP：
左旋
S2：
断
RP：
右旋
S2：
断
RP：
左旋
（2）将电位器RP左旋到底，测出f与D，填入表2—1。
（3）将开关S2打向“断”，测出这时的f与D，填入表2—1。
（4）电位器RP顺时针旋到底，测出这时的f与D，填入表2—1
（5）将S2打在“断”位置，然后调节RP，使占空比D=0.2左右。
3．光耦合器特性测试
（1）输入电阻为R1=1.6K时的开门，关门延时时间测试
a．将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的“3”与“5”，“9”与“7”及“6”与“11”，即按照以下表格的说明连线。
GTR：
1
PWM：
1
GTR：
6
PWM：
2
GTR：
3
GTR：
5
GTR：
9
GTR：
7
GTR：
6
GTR：
11
b．GTR单元的开关S1合向“”，用双踪示波器观察输入“1”与“6”及输出“7”与“11”之间波形，记录开门时间ton（含延迟时间td和下降时间tf）以及关门时间toff（含储存时间ts和上升时间tr），填入表2—2。
表2—2R=1.6k
td
tf
ton
ts
tr
toff
（2）输入电阻为R2=150时的开门，关门延时时间测试
将GTR单元的“3”与“5”断开，并连接“4”与“5”，调节电位器RP顺时针旋到底（使RP短接），其余同上，记录开门、关门时间，填入表2—3。
表2—3R=150
td
tf
ton
ts
tr
toff
（3）输入加速电容对开门、关门延时时间影响的测试
断开GTR单元的“4”和“5”，将“2”、“3”与“5”相连，即可测出具有加速电容时的开门、关门时间，填入表2—4。
表2—4接有加速电容
td
tf
ton
ts
tr
toff
（4）输入、输出电流传输比（CTR）测定
电流传输比定义为CTR=输出电流/输入电流
GTR单元的开关S1合向“5V”，S2打向“通”，连接GTR的“6”和PWM波形发生器的“2”，分别在GTR单元的“4”和“5”以及“9”与“7”之间串入直流毫安表，电位器RP左旋到底，测量光耦输入电流Iin、输出电流Iout。
改变RP（逐渐右旋），分别测量5-6组光耦输入，输出电流，填
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