《电力电子技术》实验指导书new.docx

1、电力电子技术实验指导书new电力电子技术实 验 指 导 书兰州工业高等专科学校电气工程系实验中心目 录实验安全操作规程 实验一 单结晶体管触发电路实验 1实验二 正弦波同步移相触发电路实验 3实验三 锯齿波同步移相触发电路实验 5实验四 西门子TCA785集成触发电路实验 7实验五 单相半波可控整流电路实验 11实验六 单相桥式半控整流电路实验 14实验七 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验 17实验八 三相半波可控整流电路实验 20实验九 三相半波有源逆变电路实验 23实验十 三相桥式半控整流电路实验 26实验十一 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 29实验十二 单相交流调压电路实验(1)

2、 33实验十三 单相交流调压电路实验(2) 36实验十四 单相交流调功电路实验 39实验十五 三相交流调压电路实验 42实验十六 直流斩波电路原理实验 45实验十七 单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验 48实验十八 全桥DC-DC变换电路实验 53实验十九 直流斩波电路的性能研究（六种典型线路） 55实验二十 单相斩控式交流调压电路实验 61实验安全操作规程为了顺利完成电力电子技术实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：(1)在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。(2)为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线

3、都必须在切断主电源后方可进行。(3)为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。(4)如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验。(5)在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。(6)电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实验选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果。(7)在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。(8)除作阶跃起动试验外，系统起

4、动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。(9)在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。在完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。实验一 单结晶体管触发电路实验一、实验目的1. 熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。2. 掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。二、实验材料及工具序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。3双踪示波器自备三、实验内容1. 单结晶体管触发电路的调试。2. 单结晶

5、体管触发电路各点电压波形的观察。四、实训方法1. 单结晶体管触发电路的观测将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电

6、源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30170范围内移相。2. 单结晶体管触发电路各点波形的记录当30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与各波形进行比较。五、实验报告画出=60时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。六、注意事项双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地

7、线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。七、思考题1.单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系。 2.单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180。实验二 正弦波同步移相触发电路实验一、实验目的1.熟悉正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。2.掌握正

8、弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。二、实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“正弦波同步移相触发电路”等模块。3双踪示波器自备三、实验内容1.正弦波同步移相触发电路的调试。2.正弦波同步移相触发电路中各点波形的观察。四、实验方法1.将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会

9、导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察正弦波触发电路各观察点的电压波形。2.确定脉冲的初始相位当Uct=0时（将RP1电位器逆时针旋到底），调节Ub(调RP2)，使U4波形与图2-1中的TP4波形相同，使得触发脉冲的后沿接近90。3.保持RP2电位器不变，顺时针旋转RP1（即逐渐增大Uct），用示波器观察同步电压信号

10、及输出脉冲“5”点的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。4.调节Uct(调RP1)，使=60，观察并记录面板上观察点“1”“5”及输出脉冲“G1”、“K1”的电压波形及其幅值。调节RP3，观测“5”点脉冲宽度的变化。五、实验报告1.画出=60时，观察点“1”“5”及输出脉冲电压的波形。2.指出Uct增加时,应如何变化，移相范围大约等于多少度，指出同步电压的哪一段为脉冲移相范围。3.分析RP3对输出脉冲宽度的影响。图2-1 初始脉冲相位的确定(接近90)六、注意事项1.参见本教材实验一的注意事项。2.由于正弦波触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如需将调节到逆变区

11、，除了调节RP1外，还需调节RP2电位器。3.由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。七、思考题1. 正弦波同步移相触发电路由哪些主要环节组成。 2. 正弦波同步移相触发电路的移相范围能否达到180。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掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01 电源控制屏该

12、控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。3双踪示波器自备三、实验内容1.锯齿波同步移相触发电路的调试。2.锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。四、实验方法1.将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器

13、，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。观察“3”“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。2.调节触发脉冲的移相范围将控

14、制电压Uct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“6”点U6的波形，调节偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使=170，其波形如图3-1所示。图3-1锯齿波同步移相触发电路3.调节Uct（即电位器RP2）使=60，观察并记录U1U6及输出 “G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。U1U2U3U4U5U6幅值(V)宽度(ms)五、实验报告1.整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。2.总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct

15、=0的条件下，使=90，如何调整。3.讨论、分析实验中出现的各种现象。六、注意事项参照实验一和实验二的注意事项。七、思考题1.锯齿波同步移相触发电路有哪些特点?2.锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关?3.为什么锯齿波同步移相触发电路的脉冲移相范围比正弦波同步移相触发电路的移相范围要大。实验四 西门子TCA785集成触发电路实验一、实验目的1.加深理解锯齿波集成同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。2.掌握西门子的Tca785集成锯齿波同步移相触发电路的调试方法。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03-1 晶

16、闸管触发电路该挂件包含“单相集成触发电路”等模块。3双踪示波器自备三、实验线路及原理西门子Tca785集成电路的内部框图如图4-1所示。Tca785集成块内部主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“锯齿波形成电路”、“移相电压”和“锯齿波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块组成。同步信号从TCA785集成电路的第5脚输入，“过零检测”部分对同步电压信号进行检测，当检测到同步信号过零时，信号送“同步寄存器”。“同步寄存器”输出控制锯齿波发生电路，锯齿波的斜率大小由第9脚外接电阻和10脚外接电容决定；输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定；14、15脚输出对应负半周和正半周的触发脉冲，移相控制电

17、压从11脚输入。图4-1西门子Tca785集成电路内部框图具体电路如下图所示：图4-2Tca785集成移相触发电路原理图电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2则调节输入的移相控制电压，脉冲从14、15脚输出，输出的脉冲恰好互差180O，可供单相整流及逆变实验用，各点波形请参考图4-3。图4-3单相集成锯齿波触发电路的各点电压波形(=900)电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。四、实验内容1.Tca785集成移相触发电路的调试。2.Tca785集成移相触发电路各点波形的观察和分析。五、实验方法1.将DJK01电源控制屏

18、的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作；用双踪示波器一路探头观测15V的同步电压信号，另一路

19、探头观察Tca785触发电路，同步信号“1”点的波形，“2”点锯齿波，调节斜率电位器RP1，观察“2”点锯齿波的斜率变化，“3”、“4”互差1800的触发脉冲；最后观测输出的四路触发电压波形，其能否在30170范围内移相?同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。观察“2”点的锯齿波波形，调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。观察“3”、“4”两点输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与宽度。2.调节触发脉冲的移相范围调节RP2电位器，用示波器观察同步电压信号和“3”点U3的波形，观察和记录触发脉冲的移相范围。3.调节电位器RP2使=60，观察并记录U1U4及输出

20、“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。U1U2U3U4幅值(V)宽度(ms)六、实验报告1.整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。2.讨论、分析实验中出现的各种现象。七、注意事项参照实验一的注意事项。八、思考题1.Tca785触发电路有哪些特点?2.Tca785触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关?实验五 单相半波可控整流电路实验一、实验目的 (1)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。(2)掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。(3)

21、了解续流二极管的作用。二、实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。3DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。4DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。 5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、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电压波形的观察并记录。3.单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2= f()特性的测定。4.单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的

22、观察。四、实验方法1.单结晶体管触发电路的调试将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30170范围内移动?2.单相半波可控整流电路接电阻性负载触发电路调试正常后，按图5-1电路图接线。将电阻器调在最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端

23、电压UVT的波形，调节电位器RP1，观察 =30、60、90、120、150时Ud、UVT的波形，并测量直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表中。306090120150U2Ud（记录值）Ud/U2Ud（计算值）计算公式:Ud=0.45U2(1+cos)/2图5-1 单相半波可控整流电路3.单相半波可控整流电路接电阻电感性负载将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器Ld串联而成）。暂不接续流二极管VD1，在不同阻抗角阻抗角 =tg-1(L/R)，保持电感量不变，改变R的电阻值,注意电流不要超过1A情况下，观察并记录 =30、60、90、120时的直流输出电压值Ud及UVT的波形

24、。306090120150U2Ud(记录值）Ud/U2Ud（计算值）接入续流二极管VD1，重复上述实验，观察续流二极管的作用,以及UVD1波形的变化。306090120150U2Ud（记录值）Ud/U2Ud（计算值） 计算公式: Ud = 0.45U2(l十cos)/2五、实验报告1.画出=90时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。2.画出电阻性负载时Ud/U2=f()的实验曲线，并与计算值Ud的对应曲线相比较。3.分析实验中出现的现象，写出体会。 六、注意事项1.参照实验一的注意事项。2.在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相触发电路来完成实验。

25、 3.在实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，避免误触发。4.为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接通主电路。在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，才可逐渐加大控制电压Uct，避免过流。要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。 (5)由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电流不能太小，否

26、则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。在本实验装置中，要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。(6)在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否则实验就无法顺利完成。(7)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。七、思考题1.单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中电容C1的数值有什么关系? 2.单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?如何解决?实验六 单相桥式半控整流电路实验一、实验目的1.加

27、深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。2.了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。二、实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验线路及原理本实验线路如图7-1所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK

28、03-1挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个 900接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电流表从DJK02挂件获得。图6-1 单相桥式半控整流电路实验线路图四、实验内容1.锯齿波同步触发电路的调试。2.单相桥式半控整流电路带电阻性负载。3.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。4.单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）。五、实验方法1.将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。2.锯齿波同步移相触发电路调试：其调试方法与实验三相同。令Uct=0时（RP2电位器顺时针转到底）170o。3.单相桥式半控整流电路带电阻性负载：按原理图7-1接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管两端电压