电力电子技术实验课程教学大纲

1、电力电子技术实验课程教学大纲总学时：16 学 分：1理论学时：0 实验学时：16面向专业：农业电气化与自动化、电气工程及其自动化课程代码：2300049先开课程： 电力电子技术 课程性质：必修执笔人：刘晓红 审定人：连正国 刘立山 第一部分：实验教学部分一、说明1、本实验教学的性质任务、目的与要求本课程是电气工程及其自动化专业、农业电气化与自动化专业的必修课、学科基础课，同时本课程为电力电子技术的后续课程。本实验教学目的在于使学生了解有关实验设备的结构原理及使用方法，培养学生实验研究的基本技能，加深对基本理论的理解，更好地掌握所学知识。通过实验课的学习，应达到如下要求： （1）了解实验内容及方

2、法，获得实验研究的初步能力；（2）了解实验设备的结构原理，掌握其正确使用方法；（3）掌握对实验数据的分析和处理方法，能正确分析实验结果。2、实验项目设置情况序号实验名称学时必开选开实验类型验证基本操作综合设计应用创新内容提要1锯齿波同步移相触发电路实验2锯齿波同步移相触发电路的调试，电路波形观察2单相桥式半控整流电路实验2单相桥式半控整流电路的电路分析3单相桥式全控整流及有源逆变电路实验2单相桥式全控整流电路、单相桥式有源逆变电路波形分析；有源逆变电路逆变颠覆现象的观察4三相桥式全控整流及有源逆变电路实验2三相桥式全控整流电路带大电感负载；三相桥式有源逆变电路分析5SCR直流斩波电路实验2直流

3、斩波器触发电路调试；直流斩波器接各种类型负载的电路分析6单相交流调压电路实验2集成移相触发电路的调试；单相交流调压电路带各类型负载时的电路分析7三相交流调压电路实验2三相交流调压器触发电路的调试；三相交流调压电路带纯阻性负载电路分析8电力晶体管（GTR）驱动电路研究2电力晶体管（GTR）驱动电路研究9全控器件的直流斩波电路研究2分析、验证各类型的直流斩波电路10单相脉宽调制（PWM）逆变电路实验2分析H桥逆变电路原理11单相交流调功实验2分析单相交流调功电路原理，了解其应用12异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统2了解SPWM、电压空间矢量概念，建立一个变频系统的完整概念13三相半波可

4、控整流电路实验2分析理解三相半波可控直流电路原理14SCR、GTR、MOSFET、IGBT特性实验2掌握SCR、GTR、MOSFET、IGBT全控器件特性15半桥型开关稳压电源（DC-DC变换）实验2分析半桥型开关电源工作原理，掌握简单设计过程16全桥型开关稳压电源（DC-DC变换）实验2分析全桥型开关电源工作原理，掌握简单设计过程17单结晶体管触发电路和单相半波可控整流电路实验2了解单结晶体管触发电路原理，分析单相半波整流电路特性18正弦波同步移相触发电路实验2了解正弦波同步移相触发电路原理19单相并联逆变电路实验2了解单相并联逆变电路触发原理和电路结构20电流控制型脉宽调制开关电源实验2了

5、解电流型脉宽调制开关电源原理和设计过程21单相正弦（SPWM）逆变电源研究2了解单相正弦（SPWM）逆变电源原理和电路结构22斩控式交流调压电路实验2了解斩控式交流调压触发要求和电路结构二、各实验项目教学要求实验一 锯齿波同步移相触发电路1.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。2.原理：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，其工作原理见电力电子技术教材中的相关内容。3.实验仪器设备：（1）电力电子实验台；（2）RTDL09实验箱；（3）RTDL08实验箱；（4）RTD

6、J10实验箱；（5）示波器和万用表。4.实验步骤（1）触发电路各点电压波形的观察（2）调节触发脉冲的移相范围（3）记录相关数据5.实验数据及其处理：整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。6.问题讨论：（1）总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=0的条件下，使=90o，如何调整？（2）分析实验中出现的各种现象。实验二 单相桥式半控整流电路实验1.实验目的：（1）加深对单相桥式半控整流电路带纯阻性、阻感性、反电势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。2.原理：在单相桥式半控整流电路中，由

7、两组锯齿波同步移相触发电路给共阴极的两个晶闸管提供触发脉冲，整流电路的负载可根据要求选择电阻性、电阻电感性和反电动势负载。3.实验仪器设备：（1）电力电子实验台；（2）RTDL08实验箱；（3）RTDL09实验箱；（4）RTDJ10（或RTDL11实验箱）；（5）RTDJ32电动机；（6）RTDJ45校正电机；（7）RTDJ47电机导轨、测速发电机；（8）示波器及万用表。4.实验步骤（1）锯齿波同步移相触发电路的调试（2）单相桥式半控整流电路带纯阻性负载（3）单相桥式半控整流电路带阻感性负载（4）单相桥式半控整流电路带反电动势负载5.实验数据及其处理：（1）画出纯阻性负载， Ud波形；（2）画

8、出阻感性负载，角分别为30o、60o、90o时的Ud、UT的波形。6.问题讨论：说明续流二极管对消除失控现象的作用。实验三 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验1.实验目的：（1）加深理解单相桥式全控整流及单相有源逆变电路的工作原理；（2）研究单相桥式变流电路由整流切换到逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件；（3）掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。2.原理：将RTDL03实验箱中整流电路作为逆变桥的直流电源，逆变变压器采用RTDL03实验箱，回路中接入平波电抗器L（700mH）及限流电阻Rd。有关实现有源逆变的原理及实现条件可参见教材的有关内容。触发电路采用RTDL09组件实验箱上的锯齿波同步移

9、相触发电路。3.实验仪器设备（1）电力电子实验台；（2）RTDL03实验箱；（3）RTDL08实验箱；（4）RTDL09实验箱；（5）RTDJ10实验箱(RTDL11实验箱)；（6）示波器及万用表。4.实验步骤（1）按实验要求连接电路（2）单相桥式全控整流电路分析（3）单相桥式有源逆变电路分析（4）逆变颠覆现象的观察5.实验数据及其处理：画出=0o、30o、60o、90o、120o、150o的Ud和UVT的波形。6.问题讨论：分析逆变颠覆的原因及逆变颠覆后会产生的后果。实验四 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验1.实验目的：（1）加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理；（2）了解KC

10、系列集成触发器的调整方法和各点的波形。2.原理：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电路组成；触发电路为RTDL08中的集成触发电路，由KC04、KC41、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及逆变电路的工作原理以及集成触发电路的原理可参考有关教材内容。3.实验仪器设备：（1）电力电子实验台（2）RTDL03实验箱（3）RTDL08实验箱（4）RTDL11实验箱（5）RTDJ10实验箱（6）示波器及万用表4.实验步骤：（1）RTDL08的调试（2）三相桥式全控整流电路分析（3）三相桥式有源逆变电路分析5.实验数据及其处理：画出=30o，60o

11、，90o，120o，150o时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形；6.问题讨论：简单分析模拟故障现象。实验五 SCR直流斩波电路实验1.实验目的：（1）加深理解斩波器电路的工作原理；（2）掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法；（3）熟悉斩波器各点的电压波形。2.原理：本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，直流斩波及斩波器触发电路原理请参看相关介绍部分和有关教材内容。3.实验仪器设备（1）电力电子实验台（2）RTDL07实验箱（3）RTDJ10实验箱（或RTDL11）（4）RTDJ32电动机（5）RTDJ45校正电机（6）RTDJ47电机导轨、测速发电机（7）示波器及万用表4.实验步骤

12、：（1）直流斩波器触发电路调试；（2）直流斩波器接电阻性负载；（3）直流斩波器接电阻电感性负载；（4）直流斩波器接直流电动机负载；5.实验数据及其处理：整理实验中所得数据、波形，绘制实验要求所得曲线，并分析结果。6.问题讨论：分析电感负载及电阻负载时的波形不同之处，并与理论波形进行比较。实验六 单相交流调压电路实验1.实验目的：（1）加深理解单相交流调压电路的工作原理；（2）加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；（3）了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。2.原理：本实验采用了KC05晶闸管移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有

13、锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成。3.实验仪器设备：（1）电力电子实验台；（2）RTDL08实验箱；（3）RTDL09实验箱；（4）RTDJ10实验箱（或RTDL11）；（5）示波器及万用表。4.实验步骤：（1）KC05集成晶闸管移相触发器调试（2）单相交流调压器带纯阻性负载（3）单相交流调压器接阻感性负载5.实验数据及其处理：整理、画出实验中记录下的各类波形。6.问题讨论：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实验七 三相交流调压电路实验1.实验目的（1）加深理解三相

14、交流调压电路的工作原理；（2）了解三相交流调压电路带不同负载时的工作原理；（3）了解三相交流调压电路触发电路的工作原理。2.原理：本实验采用的三相交流调压器为三相三线制，由于没有中线，每相电流必须从另一相流出以构成回路。交流调压器应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。实验装置中使用后沿固定、前沿可变的宽脉冲链。3.实验仪器设备（1）电力电子实验台（2）RTDL08实验箱（3）RTDJ10实验箱（4）示波器及万用表4.实验步骤（1）主控制屏调试及开关设置（2）三相交流调压器带电阻性负载电路分析5.实验数据及其处理：整理并画出实验中记录下的波形，作不同负载时Ud的波形。6.问题讨论：分析实验中出现的各种

15、问题。实验八 电力晶体管（GTR）驱动电路研究1.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2.原理：PWM信号发生器，采用TL494芯片。R1、C组成振荡网络，改变R1、C的值即可改变输出PWM波形的频率，电位器用于调节占空比的大小。11脚为PWM波形输出端，在电源Vcc与输出引脚之间加一上拉电阻R2，增强输出驱动能力。3.实验仪器设备：（1）电力电子实验台（2）RTDL22实验箱（3）示波器及万用表4.实验步骤（1）面板上所有开关均置于断开位置，打开电源开关，用万用表测量“电源部分”是否正常输出。（2）PWM波形发生器频率与占空比测试（3）驱

16、动电路输入、输出延时时间测试（4）贝克箝位电路性能测试（5）过流保护性能测试5.实验数据及其处理：画出PWM波形，测出PWM波形发生器的频率f与最大、最小占空比；画出光耦合器在不同输入电阻及带有加速电容时的输入、输出延时时间曲线。6.问题讨论：试说明过流保护电路的工作原理。实验九 全控器件的直流斩波电路研究1.实验目的：（1）掌握DC-DC变换器的工作原理、特点与电路拓扑结构。（2）熟悉DC-DC变换器连续与不连续工作模式的工作波形。（3）掌握DC-DC变换器的调试方法。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：（1）电力电子实验台（2）RTDL23实验箱（3）示波器及万用表

17、4.实验步骤：（1）检查PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常 观察信号发生输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。（2）Buck斩波电路的调试及分析（3）Boost斩波电路的调试及分析（4）BuckBoost斩波电路的调试及分析5.实验数据及其处理：（1）列出各种电路IL连续与不连续临界状态时的占空比D,并与理论值相比较。（2）画出各种电路连续与断续时的VGE、VCE、IC、VL、IL、VD、ID等波形，并与理论上的正确波形相比较。（3）按所测的D，Uo值计算出M值，列出表格，并画出各种电路曲线。并在图上注明连续工作与断续工作区间。6.问题讨论：试对六种变换器的优缺

18、点作一评述；试说明输入、输出滤波器在该变换中起和作用？实验十 单相脉宽调制（PWM）逆变电路实验1.实验目的（1）了解电压型单相全桥逆变电路的工作原理；（2）了解脉宽调制调频、调压的工作原理；（3）研究单相全桥逆变电路触发控制的要求。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台；2) RTDL15直流脉宽调速系统；3) RTDJ32直流并励电动机；4) RTDJ47电机导轨及测速发电机；5) 电感（RTDL08）；6) 万用表（自备）；7) 示波器（自备）。4.实验步骤：1) TL494性能测试（1） 连接面板上两个“SD”，然后打开面右下角的电源开关。用示

19、波器观察TL494“5”脚电压波形，记录波形的周期，幅度（需记录5脚接一个电容、两个电容时两种频率的波形）（2） “控制方式选择”选择“双极式”，用示波器观察“CP”端电压波形，调节RP1电位器，使方波的占空比为50%。2) H型变换器不同控制方式时实验。（1） 双极式控制时电机正反转控制。（2） 单极式控制时电机正反转控制。5.实验数据及其处理：根据实验数据，分别画出触发电路的PWM波形以及输出电压波形。6.问题讨论： 与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相比，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统的优点。实验十一 单相交流调功实验1.实验目的（1）了解强触发电路的工作原理；（2）加深理解单相交流

20、调功电路的工作原理；（3）了解单相交流调功电路的应用范围。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台；2) RTDL08等实验挂箱；3) 电感（RTDL08）；4) 万用表（自备）；5) 示波器（自备）。4.实验步骤：1) 单相交流调功电路触发器调试2) 单相交流调功电路带负载运行5.实验数据及其处理：根据实验数据，分别画出触发电路的各点波形以及输出电压波形。6.问题讨论：交流调功器还有哪些控制方式？应用场合有哪些？实验十二 异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统1.实验目的（1）通过实验掌握异步电动机变压变频调速系统的组成及工作原理；（2）加深理解

21、用单片机通过软件生成SPWM波形的工作原理与特点。以及不同调制方式对系统性能的影响；（3）熟悉电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）的工作原理与特点；（4）掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台2) RTDL14三相异步电机变频调速系统3) RTDJ35 三相鼠笼式异步电动机4) RTDJ47 电机导轨及测速发电机5) 万用表（自备）6) 示波器（自备）4.实验步骤：1) 过压与过流保护环节测试；2) 采用SPWM控制，分别在输出频率为50HZ、30HZ条件下，测量与描绘不同调制方式时的电机气隙磁通分量、电机气隙磁通

22、轨迹、定子电流、IGBT两端波形（输出U、V、W与N端之间）与定子端电压等波形，以及观察电机运行的平稳与噪声大小；3) 采用空间电压矢量控制测试；4) 采用马鞍波控制方式测试；5) 低频补偿性能测试。5.实验数据及其处理：根据实验数据，分别画出各种控制条件下的波形，并分析电机的工作情况。6.问题讨论：低频时定子压降的补偿是否越大越好？过大了会造成何种不良结果？应该如何调节才算恰倒好处？实验十三 三相半波可控整流电路实验1.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情况。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子

23、实验台2) RTDL08三相变流桥路3) RTDL11给定、负载及吸收电路4) 可调电阻器5) 双踪示波器(自备)6) 万用表(自备)4.实验步骤：1) RTDL08上“触发电路”的调试；2) 三相半波可控整流电路带电阻性负载；3) 三相半波整流带电阻电感性负载。5.实验数据及其处理：根据实验数据，绘出当=90时，整流电路供电给电阻性负载、电阻电感性负载时的Ud及Id的波形，并进行分析讨论。6.问题讨论：负载电路与三相电源连接时，一定要注意相序，为什么？实验十四 SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT特性实验1.实验目的1) 掌握各种电力电子器件的工作特性；2) 掌握各器件对触发信号的

24、要求。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台2) RTDL11给定、负载及吸收电路3) RTDJ10可调电阻器4) RTDL10新器件特性实验箱5) 万用表(自备)4.实验步骤：1) 晶闸管（SCR）特性实验。2) 可关断晶闸管（GTO）特性实验。3) 功率场效应管（MOSFET）特性实验。4) 大功率晶体管（GTR）特性实验。5) 绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验5.实验数据及其处理：根据实验数据，绘出各器件的输出特性曲线。6.问题讨论：各种器件对触发脉冲要求的异同点？实验十五 半桥型开关稳压电源（DC-DC变换）实验1. 实验目的1) 掌握半桥

25、型开关稳压电源的工作原理、特点与构成。2) 熟悉PWM控制器集成电路UC3825的工作原理与使用方法。3) 掌握开关电源的参数测定方法。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 半桥型开关电源实验挂箱2) 示波器（自备）3) 万用表（自备）4) RTDJ09实验箱（或其他负载）4.实验步骤：1) 触发电路调试；2) 不同负载和不同交流输入电压时的驱动PWM波形测试；3) 开、闭环特性比较；4) 电压调整率测试（抗电压波动能力）；5) 负载调整率测试（抗负载波动能力）。5.实验数据及其处理：根据实验数据，计算半桥型开关电源电压调整率和负载调整率。6.问题讨论：半桥型开关电

26、源的特点。 实验十六 全桥型开关稳压电源（DC-DC变换）实验1.实验目的1) 掌握全桥型开关稳压电源的工作原理、特点与构成。2) 熟悉PWM控制器集成电路UC3825的工作原理与使用方法。3) 掌握开关电源的参数测定方法。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：5) 全桥型开关电源实验挂箱6) 示波器（自备）7) 万用表（自备）8) RTDJ09实验箱（或其他负载）4.实验步骤：6) 触发电路调试；7) 不同负载和不同交流输入电压时的驱动PWM波形测试；8) 开、闭环特性比较；9) 电压调整率测试（抗电压波动能力）；10) 负载调整率测试（抗负载波动能力）。5.实验数据及

27、其处理：根据实验数据，计算全桥型开关电源电压调整率和负载调整率。6.问题讨论：全桥型开关电源的特点。 实验十七 单结晶体管触发电路和单相半波可控整流电路实验1.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及电阻电感负载时的工作作全面分析；4) 了解续流二极管的作用。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台2) RTDL09实验箱3) RTDL08实验箱4) RTDJ10实验箱（或RTDL11实验箱）5) 示波器（自备）；6) 万用表（自备）。4.实验步骤

28、：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；3) 单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定；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观察；5.实验数据及其处理：根据实验数据， 绘制特性曲线，画出不同负载下的输出电压波形。6.问题讨论：1) 单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中的各元件有什么关系？2) 单相桥式半波可控整流电路接阻感性负载时会出现什么现象？如何解决？实验十八 正弦波同步移相触发电路实验1.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) 掌握正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。2.原理：电路工作原理请参看

29、教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台2) RTDL09实验箱3) RTDL08实验箱4) RTDJ10实验箱（或RTDL11实验箱）5) 示波器（自备）；6) 万用表（自备）。4.实验步骤：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。5.实验数据及其处理：根据实验数据， 绘制特性曲线，画出不同负载下的输出电压波形。6.问题讨论：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180o？实验十九 单相并联逆变电路实验1.实验目的1) 加深理解并联逆变器的工作原理，了解各元件的作用；2) 了解并联逆

30、变器对触发脉冲的要求；3) 了解并联逆变器带电阻、电阻电感性负载的工作情况。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电力电子实验台2) RTDL09实验箱3) 单相并联逆变电路实验挂箱4) RTDJ10实验箱（或RTDL11）5) 示波器（自备）6) 万用表。（自备）4.实验步骤：1) 单相并联逆变器触发电路的调试；2) 单相并联逆变器接纯阻性负载；3) 单相并联逆变器接阻感性负载。5.实验数据及其处理：根据实验数据，整理、画出实验记录下的波形，分析实验时出现的问题。6.问题讨论：1) 分析换向电容、限流电感及二极管VD1-VD4在电路中的作用；2) 换流电容的电容数

31、值过大或过小会对电路产生什么样的影响。实验二十 电流控制型脉宽调制开关稳压电源实验1.实验目的1) 掌握电流型脉宽调制开关电源的工作原理、特点与构成。2) 熟悉电流型脉宽调制芯片的UC3842的工作原理与使用方法。3) 掌握开关电源的参数测定方法。2.原理：电路工作原理请参看教材有关内容。3.实验仪器设备：1) 电流型脉宽调制开关电源实验挂箱2) 双踪示波器（自备）3) 万用表（自备）4) RTDJ10实验箱4.实验步骤：1) 电流型脉宽调制开关电源触发电路调试；2) 不同负载和不同交流输入电压时的输出驱动PWM波形（UC3842芯片6端）；3) 输出电压Vo波形测试；4) 电压调整率测试（抗电压波动能力）。5) 负载调整率测试（抗负载波动能力）5.实验数据及其处理：根据实验数据，整理、画出实验记录下的波形，分析实验时出现的问题。6.问题讨论：电流型脉宽调制开关电源电路特点及其分类。实验二十一 单相正弦波（SPWM）逆变电