南昌电力电子技术实验指导书

1、 电力电子实验指导 目录第一章 NMCL（II）电机电力电子及电气传动实验台介绍第二章 半控型器件实验实验一锯齿波同步移相触发电路7实验二单相桥式全控整流电路10实验三单相桥式有源逆变电路14实验四三相桥式全控整流电路17实验五直流斩波电路20实验六单相交流调压电路实验24第三章 现代电力电子技术实验实验一直流斩波电路（buck-boost）研究27实验二单相正弦波逆变电源研究31实验三 直流斩波电路性能研究36实验四移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究39实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究44第一章 NMCL（II）电机电力电子实验台介绍一、装置的特点：（1）采用组件式结构，可根据不同

2、内容进行组合，结构紧凑，使用方便灵活，并且可随着功能的扩展增加组件，能在一套装置上完成电机与拖动基础电力电子学，自动控制系统等课程的主要实验。（2）装置布局合理，面板示意图明确，直观，可通过面板的示意查寻故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线，工具等，使实验更方便。（3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字

3、集成电路双窄脉冲。（4）装置具有较完善的过流、过压、RC吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运行可靠性和抗干扰能力。（5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。二技术参数（1）输入电源： 380V 10% 50HZ±1HZ（2）工作条件：环境温度：-5 400C 相对湿度：75% 海 拔：1000m（3）装置容量：1KVA（4）电机容量：200W（5）外形尺寸：长1600mm X宽700mm（长1300mm X宽700mm）三能开设的电力电子技术实验半控型器件1正弦波同步移相触发电

4、路及单相半波可控整流电路2锯齿波同步移相触发电路3单相桥式半控整流电路4单相桥式全控整流电路5单相桥式有源逆变电路6三相半波可控整流电路7三相半波有源逆变电路8三相桥式半控整流电路9三相桥式全控整流电路10三相桥式有源逆变电路11直流斩波电路全控型器件特性部分1功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量2功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究3绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究4电力晶体管（GTR）驱动电路的研究5电力晶体管（GTR）的特性研究全控型器件典型线路部分1直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究2单相交直交变频电路的性能研究3半桥型开关稳压电源的性

5、能研究4电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究5直流斩波电路（Buck-Boost变换器）的研究6采用自关断器件的单相交流调压实验7单相正弦波（SPWM）逆变电路实验8全桥DC/DC变换电路实验9整流电路的有源功率因数校正实验10软开关实验本实验指导书根据大纲的要求和实际情况，编排了11个实验。学生完成了规定的4-6个实验后，其他实验可根据个人兴趣选做。四、 组件配置：1) MEL-002 电源控制屏，配有电源总开关、三相可调交流电压源、三相交流线电压指示表。2) MEL0010交直流仪表，配有数字交流电流表、电压表、功率与功率因数表、直流电压、电流表，均为数字表。3) NMCL18直流电机仪表、

6、电源，配有励磁电流、电压数字表，励磁电源，电枢电源（可调节）。4) NMCL36锯齿波触发电路。配2路相差180度脉冲，每路可提供两个相同脉冲。5) NMEL19同步电机励磁电源可调电流源，数字表显示。6) NMCL331平波电抗器、阻容吸收器。7) NMEL24变压器，单相、三相组式芯式变压器8) NMEL13转矩转速测量与控制，配转速转矩数字显示及转矩加载调节功能。9) NMCL-33 触发电路，组晶闸管，组晶闸管，一组三相二极管整流桥，电流反馈环节。10) NMEL05B旋转指示灯及开关11) NMEL09电机起动箱、电枢调节电阻、绕线式异步电机起动电阻（0、2、5、15）12) NME

7、L03三相可调电阻2×900×313) NMEL04三相可调电阻2×90×314) NMCL-17 软开关15) NMCL-331A 速度变换器、给定、电流反馈N16) MCL-22 现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验五、 配用其它设备：1） 电机导轨及测速发电机直流电机M01：PN=100W，UN=200V2）双踪示波器一台3）万用表一块第二章半控型器件实验实验一 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

8、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1NMCL系列教学实验台主控制屏2NMEL0023NMEL364双踪示波器5万用表五实验方法 1将NMEL-36面板上左上角的同步电压输入接MCL002的U、V端。2三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v，并打开MCL36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”“

9、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NMEL36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a=180O，其波形如图2-1所示。调节NMEL36的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，a=180O，Uct=Umax时，a=30O，以满足移相范围a=30O180O的要求。4调节Uct，使a=60O，观察并记录U1U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2

10、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，a=90O，应如何调整？4讨论分析其它实验现象。360°180°30°U1ttU5图2-1 脉冲移相范围 七注意事项参见实验一的注意事项。图2-2：锯齿波同步电路原理图实验二 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。

11、2研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻电感性负载及反电势负载时的工作。3熟悉NMEL36锯齿波触发电路的工作。二实验线路及原理参见图2-3。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1NMCL系列教学实验台主控制屏。2NMCL36锯齿波同步移相触发电路。3NMCL33组件4NMEL03三相可调电阻器。5NMCL-31A组件5双踪示波器6万用表五注意事项1本实验中触发可控硅的脉冲来自NMEL36挂箱，故MCL-33的内部脉冲需断开，以免造成误触发。2电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出

12、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。4NMEL36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。6带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。六实验方法1将NMCL-36面板左上角的同步电压输入接M

13、EL-002的U、V输出端。2断开MEL-002和NMCL-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。NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使a=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900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a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）

14、的波形，并记录相应a时的Uct、Ud和交流输入电压U2值。若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。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Uct时的Ud、U2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a=90°，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使a前移时，若电流太大，可

15、增加与L相串联的电阻加以限流。5单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。把开关S合向左侧，接入直流电动机，短接平波电抗器，短接负载电阻Rd。（a）调节Uct，在a=90°时，观察Ud=f（t），id=f（t）以及UVT=f（t）。注意，交流电压UUV须从0V起调，同时直流电动机必须先加励磁。（b）直流电动机回路中串入平波电抗器（L=700mH），重复（a）的观察。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a=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a=90°时的U

16、d、id、UVT波形，并加以分析。3作出实验整流电路的输入输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（a）及Ud/U2=f（a）。4实验心得体会。图23单相桥式全控整流电路实验三 单相桥式有源逆变电路实验一实验目的1加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握有源逆变条件。2了解产生逆变颠覆现象的原因。二实验线路及原理MCL33的整流二极管VD1VD6组成三相不控整流桥作为逆变桥的直流电源，逆变变压器采用MEL02芯式变压器，回路中接入电感L及限流电阻Rd。具体线路参见图2-4。三实验内容1单相桥式有源逆变电路的波形观察。2有源逆变到整流过渡过程的观察。3逆变颠覆现象的观察。四实验设备及仪

17、表1NMCL系列教学实验台主控制屏。2NMCL-31A组件。3NMCL33组件4NMCL-36组件5NMEL03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。6MEL002三相交流可调电源变压器。7双踪示波器。8万用电表。五注意事项1本实验中触发可控硅的脉冲来自NMEL36挂箱，故MCL-33（或MCL-53，以下同）的内部触发脉冲需断开，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。4NMEL36面板的锯齿波触发

18、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。5逆变变压器采用MEL-02三相芯式变压器，原边为220V，中压绕组为110V，低压绕组不用。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。7带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。六实验方法1将NMCL-36（或NMCL-36A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MEL-002的U、V输出端。2有源逆变实验（a）将限流电阻RP调整至最大（约450），先断开

19、MEL-02和MCL-33的连接线，合上主电源，调节Uuv=220V，用示波器观察锯齿波的“1”孔和“6”孔，调节偏移电位器RP2，使Uct=0时，=10°，然后调节Uct，使在30°附近。（b）连接MEL-02和MCL-33，三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使Uuv=220V。用示波器观察逆变电路输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）波形，并记录Ud和交流输入电压U2的数值。注：如您选购的产品为MCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同（c）采用同样方法，绘出在分别等于60°、90°时，Ud、UVT波形。3逆变

20、到整流过程的观察当大于90°时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可用示波器观察此变化过程。注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流，需要注意监视。4逆变颠覆的观察当=30°时，继续减小Uct，此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明逆变颠覆。当关断NMCL-36面板的电源开关，使脉冲消失，此时，也将产生逆变颠覆。七实验报告1画出=30°、60°、90°时，Ud、UVT的波形。2分析逆变颠覆的原因，逆变颠覆后会产生什么后果？图24单相桥式有源逆变电路实验四 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NMC

21、L-31A, 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2-5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1NMCL系列教学实验台主控制屏。2MEL-002组件。3MCL33组件或4MEL-03可调电阻器5二踪示波器6万用表五实验方

22、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NMCL-31A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1V2V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VT1VT6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

23、Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使a=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(450W)。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、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同调节Uct，使a在30o90o范围内，用示波器观察记录a=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a仍为150O左右。三相

24、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a=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MCL53或MCL33（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画出电路的移相特性Ud=f(a)曲线2作出整流电路的输入输出特性Ud/U2=f（）3画出三相桥式全控整流电路时，a角为30O、60O

25、、90O时的ud、uVT波形4画出三相桥式有源逆变电路时，角为150O、120O、90O 时的ud、uVT波形5简单分析模拟故障现象图25三相全控整流及有源逆变实验电路实验五 直流斩波电路实验一实验目的1加深理解斩波器电路的工作原理2掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法。3熟悉斩波器各点的波形。二实验内容1触发电路调试2斩波器接电阻性负载。3斩波器接电阻电感性负载。三实验线路与原理本实验采用脉宽可调逆阻型斩波器。其中VT1为主晶闸管，当它导通后，电源电压就加在负载上。VT2为辅助晶闸管， 由它控制输出电压的脉宽。C和L1为振荡电路，它们与VT2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。斩

26、波器主电路如图4-14所示。接通电源时， C经VD1，负载充电至+Udo，VT1导通，电源加到负载上，过一段时间后VT2导通，C和L1产生振荡，C上电压由+Vdo变为-Vdo，C经VD1和VT1反向放电，使VT1、VT2关断。从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽，从而达到调压的目的，VT1、VT2的脉冲间隔由触发电路决定。四实验设备及仪器1NMCL系列教学实验台主控制屏。2MEL-002组件。3MCL33组件。4MCL06组件5MEL03三相可调电阻器6双踪示波器7万用表五注意事项1斩波电路的直流电源由三相不控整流桥提供，整流桥的极性为下正上负，接至斩波电路

27、时，极性不可接错。2实验时，每次合上主电源前，须把调压器退至零位，再缓慢提高电压。3实验时，若负载电流过大，容易造成逆变失败，所以调节负载电阻，电感时，需注意电流不可超过0.5A。4若逆变失败，需关断主电源，把调压器退至零位，再合上主电源。5实验时，先把NMCL-31A的给定调到0V，再根据需要调节。六实验方法1触发电路调试打开MCL06面板右下角的电源开关（或接人MCL37低压电源）。调节电位器RP，观察“2”端的锯齿波波形，锯齿波频率为100Hz左右。调节“3”端比较电压（由NMCL-31A给定提供），观察“4”端方波能否由0.1T连续调至0.9T（T为斩波器触发电路的周期）。用示波器观察

28、“5”、“6”端脉冲波形，是否符合相位关系。用示波器观察输出脉冲波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度。2斩波器带电阻性负载按图2-6实验线路连好斩波器主电路，接上电阻负载（可采用两只900电阻并联），并调节电阻负载至最大，并将触发电路的输出G1、K1、G2、K2分别接至VT1、VT2的门极和阴极。 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110V。用示波器观察并记录触发电路“1”、“2”、 “4”、“5”、“6”端及UG1K1、UG2K2的波形，同时观察并记录输出电压ud=f（t），输出电流id=f（t），电容电压uc=f（t）及晶闸管两端电压uVT1=f

29、（t）的波形，并注意各波形间的相位关系。调节“3”端电压，观察在不同t（即UG1K1和UG2K2脉冲的间隔时间）时ud的波形，并记录Ud和t数值，从而画出Ud=f(t/T)的关系曲线。其中t/T为占空比。注意负载电阻不可以太小，否则电流太大容易造成斩波失败。3斩波器带电阻，电感性负载断开电源，将负载改接成电阻电感。然后重复电阻性负载时同样的实验步骤。六实验报告1整理记录下的各波形，画出各种负载下U=f(t/T)的关系曲线。2讨论分析实验中再现的各种现象。图26直流斩波实验电路实验六 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。

30、二实验内容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2-7。四实验设备及仪器1NMCL系列教学实验台主控制屏。2MEL-002组件。3NMCL33（A）组件或MCL53组件（适合MCL、）。4NMCL-36组件。5NMEL-03组件6二踪示波器7万用表五注意事项在电阻电感负载时，当a<j时，若脉冲宽度不够会使负载电流出圈套的直流分量。损坏元件。为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看

31、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900电阻并联），并调节电阻负载至最大。NMCL-31A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a=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

32、形，调节Uct，观察不同a角时各波形的变化，并记录a=60°，90°，120°时的波形。注：如您选购的产品为MCL、，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（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，如图6-1所示，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，如图6-2所示，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

33、，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a=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a角时波形的变化情况。记录a>，a=，a<三种情况下负载两端电压u和流过负载的电流i的波形。也可使阻抗角为一定值，调节a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300电阻相串联。 六实验报告1整理

34、实验中记录下的各类波形2分析电阻电感负载时，a角与j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。图27单相交流调压实验电路第三章 现代电力电子技术实验实验一 直流斩波电路（BuckBoost变换器）研究一实验目的1掌握BuckBoost变换器的工作原理、特点与电路组成。2熟悉BuckBoost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。3掌握BuckBoost变换器的调试方法。二实验内容1连接实验线路，构成一个实用的BuckBoost变换器。2调节占空比，测出电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。3将电感L增大一倍，测出iL处于连续与不连续临界状态时的

35、占空比D，并与理论值相比较。4测出连续与不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。5测出直流电压增益M=VO/VS与占空比D的函数关系。6测试输入、输出滤波环节分别对输入电流iS与输出电流iO影响。三实验线路见图3-1。四实验设备和仪器1MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱2万用表3双踪示波器五实验方法1检查PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常连接有关线路，观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现图3-1 直流斩波实验电路象，则先设法排除故障。 2电感L=1.6mH，电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试将“16”与“18”、“2

36、1”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连，即按照以下表格连线。 16 1821422519614912合上开关S1与S2、S3、S4，用示波器观察“7”与“13”（即iL）之间波形，然后调节RP1使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。3L=1.6mH，测出处于连续与不连续临界工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续与不连续临界工作状态，用示波器测出GTR基-射极电压Vbe与集-射极电压Vce；二极管VD阴极与阳极之间电压VD；电感L3两端电压VL；电感电流iL；三极管集电极电流

37、iC以及二极管电流iD等波形。4L=1.6mH,测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。5L=1.6mH,测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于不连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。6L=1.6mH，iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试将开关S2断开，观察iL波形，调节RP1，使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。7L=3.2mH，测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连

38、续工作状态，测试方法同前。8L=3.2mH，测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形9测出M=VO/VS与占空比D的函数关系（1）L=1.6mH，占空比D 从最小到最大范围内，测试56个D数据，以及与此对应的输出电压VO。DVo（V）（2）L=3.2mH，测试方法同上。DVo（V）9输入滤波器功能测试有与没有输入滤波器时，电源电流（即1514两端）波形测试。10输出滤波器功能测试有与没有输出滤波器时，输出电流纹波测试。五实验报告1分别在L=1.6mH与3.2mH条件下,列出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。理论上iL连续与断续的临界条件为LC=（

39、1-D）2/2，式中LC=L/RT为连续与断续临界状态时的临界时间常数，负载电阻R=300，工作周期T按实测数据。2画出不同L，连续与断续时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形，并与理论上的正确波形相比较。3根据不同的L值，按所测的D，VO值计算出M值，列出表格，并画出曲线。连续工作状态时的直流电压增益表达式为M=D/（1-D），请在同一图上画出该曲线，并在图上注明连续工作与断续工作区间。4试对Buck-Boost变换器的优缺点作一评述。5试说明输入、输出滤波器在该变换中起何作用？6实验的收获、体会与改进意见。六思考题试分析连续工作状态时，输出电压VO由哪个参数决定？当断续工作状态时

40、，VO又由哪些参数决定？实验二 单相正弦波（SPWM）逆变电源研究一实验目的1掌握单相正弦波（SPWM）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。2熟悉正弦波发生电路、PWM专用集成电路SG3525的工作原理与使用方法。二实验内容1正弦波发生电路调试。2PWM专用集成电路SG3525性能测试。3带与不带滤波环节时的负载两端，MOS管两端以及变压器原边两端电压波形测试。4滤波环节性能测试。5不同调制度M时的负载端电压测试。三实验系统组成及工作原理能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。本实验系统对单相推挽

41、逆变电路进行研究。推挽逆变器的主要优点是在任何时刻导通的开关不会多于一个，对于输出相同的功率，开关损耗比较小，因此，特别适用于由低直流电压（如电池）供电的场合。另外，两个开关管的驱动信号是共地的，可简化驱动电路，其不足是变压器原边绕组利用率低，当变压器原边两个绕组不完全对称时或者两开关器件特性不对称时，还可能出现直流磁化饱和现象。逆变器主电路开关管采用功率MOSFET管，具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率较高的特点。当开关其间VT1、VT2轮流导通，再经推挽变压器升压后，即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生。SG3525芯片不仅能产生频率灵活

42、可变的方波，而且可输出正弦PWM（SPWM）信号，以提高后接变压器的工作频率。为了使SG3525产生一个SPWM信号，可在芯片的9脚处加入一个幅度可变的50Hz正弦波（我们这里仅需得到频率固定的50Hz可变电源，若需获得频率也可变的交变电源，则只需在9脚处加入一个幅值与频率均可变的正弦波即可），与5脚处的锯齿波信号进行比较，从而获得SPWM控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度M（调制度定义为正弦波调制波峰Urm与锯齿波载波峰值Utm之比，即M=Urm/Utm）就可以改变输出电压的幅值，正常M1。考虑到5脚处的锯齿波如图3-2a所示，锯齿波的顶点UH约为3.3V，谷点UL约为0.9V。tUS

43、WUHULU50Hztab图3-2载波与调制波为此，正弦波信号必须如图3-2b所示，即其峰峰值必须在0.9V3.3V范围内变化。正弦波发生电路如图3-3所示。图33正弦波发生电路由图3-3可知，正弦波发生器由两部分组成，前半部分为RC串并联型正弦波振荡器，振荡频率设定在50Hz，调节电位器RP（即实验挂箱面板上的幅度调节电位器），即可调节正弦波峰峰值，从而调节SPWM信号的脉冲宽度以及逆变电源输出基波电压的大小。正弦波发生器的后半部分为移位电路，将正负对称的正弦波移位到第一象限，并使正弦波的谷点在0.9V之上。四实验设备和仪器1MCL-22实验挂箱 2万用表 3双踪示波器五实验方法1认真阅读实

44、验指导书与有关教材。掌握用SG3525芯片产生SPWM信号的原理与RC串并联正弦波发生器的工作原理，以及推挽式单相正弦波逆变电源的工作原理、特点、波形分析与使用场合。2主电路接线见图3-4。将主电路的“9”与“12”端相连。（1）正弦波发生器测试测量1端正弦波信号的频率，最大与最小峰峰值，正弦波的谷点偏离横坐标的数图34电路接线图值以及正弦波上、下半波的对称性。（2）SG3525性能的测试a锯齿波周期与顶点UH、谷点UL测量（分开关S2合上与断开两种情况）。b正弦波与锯齿波的配合调试。当正弦波发生器的幅度调节电位器在任意位置时，都能与锯齿波有符合要求的相交点，使在“3”端能得到正确的SPWM控

45、制信号。c调制度M测量当幅度调节电位器左旋到底与右旋到底时，测出对应的最小与最大调制度M。3MOS管的驱动波形测试用双踪示波器观察并记录“3”、“4”与地端间波形（只需看部分SPWM波形），当改变幅度调节电位器位置时，应使该波形均符合互补的要求。4不带滤波环节时的MOS管两端电压，输出变压器原边N11、N12两端电压以及负载端波形测试，（只需测试部分SPWM波形）。（1）主电路接线同上，S2放在断开位置，幅度调节电位器旋转到大致中间的位置。（2）观察并记录上述波形。5带滤波环节时的MOS管两端电压，输出变压器原边N11、N12两端电压以及负载端波形测试。（1）将主电路的“9”与“10”及“11

46、”与“12”相连，断开“9”与“12”端的相连，幅度调节电位器仍旋在上述位置。（2）观察并记录上述波形。6不同调制度M时的负载端电压测试（1）主电路接线同上。（2）将幅度调节电位器从左向右旋转45个位置，分别观察并记录负载端电压幅值与波形。7不同载波频率时的滤波效果比较在S2合上与断开情况下，观察并记录负载两端波形。六实验报告1列出正弦波信号的实测数据。2在开关S2断开与合上条件下，画出SG3525的5脚的锯齿波，并注明周期、顶点UH、谷点UL。3所测得的最小与最大调制度M值。4画出MOS管的部分驱动波形。5画出不带与带滤波环节时的MOS管两端，N11、N12两端以及负载电压波形，并与理想波形

47、相比较，试分析两者相差的原因。6列出不同M值时的负载端电压值并画出曲线。7画出不同负载频率时的负载端电压曲线，并说明提高载波频率对滤波效果以及对输出变压器工作的影响。8试说明实验系统单相正弦波逆变电源的优缺点及使用场合。9实验的收获、体会与改进意见。七思考题1实验系统中SG3525采用单端输出，能否改用双端输出？为什么？2当调制度M1后系统能否正常工作？与M1相比较有何不同？八注意事项在合上交流电源开关之前，应检查15V电源开关S1是否处于断开状态。实验三 直流斩波电路的性能研究一实验目的熟悉降压斩波电路（Buck Chopper）和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理，掌握这

48、两种基本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。2NMCL-22组件。3MEL-03电阻箱 (900/0.41A) 或其它可调电阻盘。图3-5SG3525原理框图4万用表。5双踪示波器62A直流安培表。四实验方法1SG3525的调试。原理框图见图3-5。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

49、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3-6。图36实验接线图（1）切断NMCL-22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900/0.41A的电阻并联起来，顺时针旋转调至阻值最大约450)，和直流安培表（将量程切换到2A挡）。（

50、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“

51、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，然后串联在一起顺时针旋转调至阻值最大约900）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

52、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分析PWM波形发生的原理2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，并绘制降压斩波电路的Ui/Uo-D曲线，与理论分析结果进行比较，并讨论产生差异的原因。实验四 移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究一实验目的1掌握移相控制全桥零电压开关PWM变换器（简称PS-F

53、B-ZVS-PWM变换器）的组成，工作原理与波形。2熟悉移相控制零电压开关（ZVS）专用集成芯片UC3875的工作原理与使用方法。3掌握PS-FB-ZVS-PWM变换器的调试方法，主要参数变化对实现ZVS的影响。二实验内容1熟悉实验系统面板布置并连接实验线路，构成一个实用的PS-FB-ZVS-PWM变换器。2芯片UC3875的波形与性能测试：（1） 谐振频率与锯齿波的周期与幅值。（2） 输出脉冲的相位与死区时间。（3） 管脚2，3（10端），4，5的电压值。3变换器波形测试：（1） 两个桥臂开关管的驱动波形与其漏源电压波形。（2） 逆变桥输出电压UAB与输出变压器原边电压波形。（3） 输出变压器副边整流后的电压与输出直流电压波形