10级电力电子实验指导1

1、实验一 单结晶体管触发电路一、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) 掌握单结品体管触发电路的调试步骤少方法。(3) 熟悉与掌握单结品体管触发电路及咲主要点的波形测量与分析。(4) 熟悉单结晶休管触发电路故障的分析与处理。二、实验所需挂挂箱及附件序号型号备注1电源总控台该控制屏包含“三相交流电源”等模块2pac05晶闸管触发电路组件该挂箱包含“单结晶体管触发电路”等模块3总控台中交直流电源、变压器 组件该挂箱包含单相同步变压器等几个模块4双踪示波器自备三、实验线路及原理利用单结品体管(乂称双基极二极管)的负阻特性和rc的充放电特性，可组成频率可调 的自激振

2、荡电路，如图11所示。图屮v6为单结品体管，其常用的型号有bt33和bt35两种，由等效电阻v5和c1组成rc 充电回路，山c1v6脉冲变压器组成电容放电回路，调节rp1即可改变c1充电回路中的等效 电阻。工作原理简述如下：由同步变压器副边输出60v的交流同步电压，经vd1全波整流，再由稳压管vi、v2 进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点少电源电压的过零点同步，梯形波通过r5及等 效可变电阻v5向电容c1充电，当充电电压达到单结品体管的峰值电压5时，单结品体管 v6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时间常 数很小，c1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点

3、电压uy,使v6关断，c1再次充电, 周而复始，在电容c1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周 期内，v6可能导通、关断多次，但对品闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。电容c1 的充电时间常数由等效电阻等决定，调节rp1改变c1的充电的时间，控制笫一个尖脉冲的 出现时刻，实现脉冲的移相控制。单结晶体管触发电路的各点波形如图42所示。电位器rp1已装在而板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在而板上引出。tp2图1-1单结晶体管触发电路原理图wt图1-2单结晶体管触发电路各点的电压波形(a=90°)四. 实验内容(1) 单结晶体管触发电路的调试。(2) 单

4、结晶体管触发电路各点电压波形的观察。(3) 单结品体管触发电路故障的分析与处理。五、实验方法(1) 单结晶体管触发电路故障的设置与分析请参考第二章有关内容(2) 单结晶体管触发电路的观测用两根4号导线将电源总控台“三和交流电源”的单相220v交流电接到总控台中的单相 同步变压器“220v”输入端，再用两根3号导线将“60v”输岀端接pac05 “单结品体管触 发电路”模块“60v”输入端，按下“启动”按钮，这时触发电路开始工作，用双踪示波器观 察单结晶体管触发电路经全波整流示“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

5、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30。170。范围内移相？(3) 单结晶体管触发电路各点波形的记录当a=30°、60。、90。、120°时,将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘f来,并与 图42的各波形进行比较。六、实验报告(1) 画出60。时，单结品体管触发电路各点输出的波形及其幅值。(2) 对实训过程中出现的故障现象作出书面分析。七、注意事项双踪示波器有两个探头，可同吋观测两路信号，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 示波器外売发牛电气短路。为此

6、，为了保证测量的顺利进行，可将其屮一根探头的地线取卜 或外包绝缘，只使用其屮一路的地线，这样从根木上解决了这个问题。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吋观察到两个信号，而不发生意外。实验二 锯齿波同步移相触发电路一、实验目的(1) 熟悉锯齿波同步移相触发电路的工作原理及电路屮各元件的作用。(2) 掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。(3) 熟悉与学握锯齿波同步移相触发电路及其主要点的波形测虽与分析。(4) 熟悉锯齿波同步移相触发电路故障的分析少处理。二、实验所需挂件及附件序号型巧备注1电源总

7、控台该控制屏包含“三相交流电源”等模块2pac05晶闸管触发电路组件该挂箱包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块3总控台中交直流电源、变压 器组件该挂箱包含“±15v”直流电源等儿个模块4双踪示波器自备三、实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路i、ii由同步检测、锯齿波形成、移札i控制、脉冲形成、脉冲 放大等环节组成，其原理图如图46所示。tplo-vd1vd2v2tp2丄9 rp rtp3o-r6r7c3vd3tpiv5viw卜 t-oklvd9t>| j_-°g4 vdlg£vd7ix oglvdwvd6 otp5 4tp6o-fr8ac7v:cl ijr2

8、3丄心.t 0r5c4图2-1锯齿波同步移相触发电路i原理图由v3、vd1、vd2、c1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压5来控制锯 齿波产生的时刻及钢齿波的宽度。锯齿波的形成电路如图46中的恒流源(v1,r2,rp1,r3,v2) 及电容c2和开关管v3所纽成。由vi、r2纽成的稳压电路对v2管设證了一个固定基极电压, 则v2发射极电压也恒定。从而形成恒定电流对c2充电。当v3截止吋，恒流源对c2充电形成 锯齿波；当v3导通时，电容c2通过r4、v3放电。调节电位器rp1可以调节恒流源的电流大 小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压5、偏移电压5和锯齿波电压在v5基极综合叠加, 从而

9、构成移相控制环节，rp2、rp3分别调节控制电压和偏移电压5的大小。v6、v7构 成脉冲形成放大环节，c5为强触发电容改善脉冲的而沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电 路的各点电压波形如图47所示。本装置有两路锯齿波同步移相触发电路，i和ii，在电路上完全一样，只是锯齿波触发 电路ii输出的触发脉冲相位为i恰好互差180°,供单和整流及逆变实验用。电位器rp1、rp2、rp3均已安装在挂箱的面板匕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。tp4八tp6*0wt0w图2-2锯齿波同步移相触发电路i各点电压波形(a=90°)四、实验内容(1) 锯齿波同步移相触

10、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。(3) 钳齿波同步移相触发电路故障的分析与处理。五、实验方法(1) 锯齿波同步移相触发电路故障的设置与分析请参考第二章有关内容。(2) 用两根4号导线将电源总控台“三相交流电源”的单相220v交流电接到总控台中的 单相同步变压器“220v”输入端，再川三根3号导线将“7v”输出端接pac05 “锯齿波同 步触发电路”模块“7v”输入端，三根2号导线将总控台中组件的一路±15v直流电源接 到pac05的±15v输入端口。打开总控台中电源开关后,按下的“启动”按钮,这时触发电 路开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同

11、步触发电路各观察孔的电压波形。 同时观察同步电压和t"点的电压波形，分析t"点波形形成的原因。 观察t”、“2”点的电压波形，了解钳齿波宽度和“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5和“6”点电压的对应关系。(3) 调节触发脉冲的移相范围将控制电压氏(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5(即调rp3电位器),使a=170。，其波形如图4-8所示。图23锯齿波同步移相触发电路(4

12、) 调节5 (即电位器rp2)使a=60°,观察并记录3u&及输出“g、q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)。uiu2u3u455幅值(v)宽度(ms)六、实验报告(1) 整理、描绘实训屮记录的各点波形，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=o的条件下, 使90。，如何调整？(3) 对实训过程小出现的故障现象作出书面分析。七、注意事项参照实验一注意事项。实验三三相桥式全控整流电路实训 一、实验目的(1) 理解三相

13、桥式全控整流电路的工作原理。(2) 了解tca785集成触发器的调整方法和各点的波形。(3) 熟悉三相桥式全控整流电路故障的分析与处理。二、实验所需挂箱及附件序号型号备注1电源总控台该控制屏包含“三相电源输岀”模块2pac12晶闸管及电抗器组件该挂箱包含“晶闸管"、“电抗器”模块3pac04三相tca785触发电路组件该挂箱包含“锯齿波同步触发电路”模块4总控台中交在流电源、变压器组件该挂箱包含“ 土 15v”直流电源及功率二 极管等几个模块5pac02直流数字电压、电流表6mec11 nj*调电阻器7双踪示波器白备三、实验线路及原理实验线路如图414所示。主电路由三相全控整流电路，

14、触发电路为pac04集成触发电 路，由tca785. kc41等集成芯片组成，可输出经调制后的双窄脉冲。集成触发电路的原 理可参考有关资料，三相桥式整流电路的工作原理可参见电力电了技术教材的相关内容。( 220v)三相电源输出abut20电阻性负载lmrr电感r (给定uct触发正桥电路功放ugjutfclkig212g3k3g4k4c5k5g6图3三相桥式全控整流电路实验原理图具体线路如图414所示。其中三个晶闸管和电抗器在pac12而板上，三相触发电路在pac04上，二极管和给定在总控台中上，直流电压、电流表从pac02上获得，电阻r用450q (将mec11上的两个900q接成并联形式)

15、。四、实验内容(1) 三相桥式全控整流供电给电阻负载。(2) 三相桥式全控整流供电给电阻电感性负载。(3) 三相桥式全控整流供电给反电势负载。(选做)(4) 三相桥式全控整流电路的排故训练。五、实验方法按图3接线，将“给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最人阻值处，按下“启 动"按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使a介在30。150。范围内调节，同时，根据盂 要不断调整负载电阻r，使得负载电流id保持在0.6a左右(注意id不得超过0.65a)。用示 波器观察并记录a=30。、60。及90。时的整流电压ud和品闸管两端电压uvt的波形，并记录 相应的ud数值于下表中。六、

16、实验报告(1) 画出电路的移相特性ud=f(a)0(2) 画出触发电路的传输特性a=f(uct)0(3) 画出a=30。、60。、90。、120% 150°时的整流电压ud和晶闸管端电压uvt的波形。(4) 简单分析实验过程中所出现的故障现象。a30°60°90°u2ud(记录值)ud/u2ud(计算值)计算公式:ud=2.34u2cosa （060。）ud=2.34u2l+cos(a+ £ ) (60。120。)3七、注意事项(1) 为了防上过流，启动时将负载电阻r调至最大阻值位置。(2) 整流电路与三相电源连接吋，一定耍注意相序，必须一一对

17、应。实验四直流斩波电路的性能研究一、实验目的(1) 熟悉直流斩波电路的工作原理。(2) 熟悉各种直流斩波电路的组成及具工作特点。(3) 了解pwm控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。二、实训所需挂箱及附件序号型号备注1电源总控台该控制屏包含“三相电源输出”等儿个模块。2总控台中交直流电源、变压器 组件该挂箱包含“±15v”直流电源及功率一极管 等几个模块3pac06直流斩波电路组件4mec11可调电阻器5pac02直流电参数表组件6慢扫描示波器自备三、实验线路及原理1、主电路 降压斩波电路(buck chopper)降压斩波电路(buck chopper)的原理图及工作波形如图5

18、-10所示。图中v为全控型器件 igbto d为续流二极管。由图510b中v的栅极电压波形uge可知,当v处于通态时，电 源ui向负载供电，ud=ui。当v处于断态时，负载电流经二极管d续流，电压ud近似为 零，至一个周期t结束，再驱动v导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：式中切为v处于通态的时间，t。疔为v处于断态的时间，t为开关周期，a为导通占空比, 简称占空比或导通tt(a=ton/t)o由此可知，输出到负载的电压平均值u。最人为5 若减小 占空比ex,则u。随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。+ uiuouduge(a)电路图(b)波形图图41降压斩

19、波电路的原理图及波形 升压斩波电路(boost chopper)升压斩波电路(boost chopper)的原理图及工作波形如图5-11所示。电路也使用一个全控 型器件v。由图5-llb +v的栅极电压波形uge可知，当v处于通态时，电源u向电感0 充也 充电电流某木恒定为i】,同时电容&上的电压向负载供电，因ci值很大，基木保持输 出电压u。为恒值。设v处于通态的吋间为切，此阶段电感l|上积蓄的能量为ujitono当v 处于断态时u和li共同向电容g充电，并向负载提供能量。设v处于断态的时间为伽， 则在此期间电感l释放的能量为(uou) 11切。当电路工作于稳态时，一个周期t内电感l

20、 积蓄的能量与释放的能量相等,bij：uiiton=(u()-uj) ijtoftuge上式中的t/sn1,输出电压高于电源电压,电路图uduo故称该电路为升压斩波电路。(b)波形图图42升压斩波电路的原理图及波形 升降压斩波电路(boost-buck chopper)升降压斩波电路(boost-buck chopper)的原理图及1】作波形如图5-12所示。电路的基本 工作原理是：当可控开关v处于通态时，电源u经v向电感0供电使其贮存能量，同时 g维持输出电压uo基本恒定并向负载供电。此后,v关断，电感l中贮存的能量向负载释放。可见，负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为:onu

21、o =ui=ui=-ui切 t-ton -au0ugeud若改变导通比a,则输岀电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<l/2时 为降压，当l/2<a<l时为升压。kudd 厂l 1c(a)电路图(b)波形图图43升降压斩波电路的原理图及波形 cuk斩波电路cuk斩波电路的原理图如图5-13所示。电路的基本工作原理是：当可控开关v处于通 态时，ulliv冋路和负载rl2c2v回路分别流过电流。当v处于断态时， uilic2d回路和负载rl2d回路分别流过电流，输岀电压的极性与电源电压极 性相反。输出电压为：ouo若改变导通比a,则输出电压可以比电源电压高，也

22、可以比电源电压低。当0<a<l/2时 为降压，当l/2<a<l时为升压。+ l1cc2l2u1 g£ d3r °e图44 cuk斩波电路原理图 scpic斩波电路sepic斩波电路的原理图如图514所示。电路的基本工作原理是：可控开关v处于通态 时，ul,v回路和c2vl2回路同时导电，li和l2贮能。当v处于断态时， ull】一c2dr回路及l2dr回路同时导电，此阶段u和l既向r供电，同时也 向c2充电，c?贮存的能量在v处于通态时向l?转移。输出电压为：()il-a若改变导通比a,则输出电压町以比电源电压高，也口j以比电源电压低。当0<a

23、<l/2时 为降压，当l/2<a<l时为升压。mhwi +l1 c c2 d1g_r v5 l2 c1 = r uoert图4-5 sepic斩波电路原理图 zeta斩波电路zeta斩波电路的原理图如图515所示。电路的基本工作原理是：当可控开关v处于通 态时，电源u经开关v向电感l贮能。当v处于断态后，l经d与c2构成振荡回路，其 贮存的能量转至c2,至振荡回路电流过零，l上的能量全部转移至c2上z后，d关断，c2 经l2向负载r供电。输出电压为：图46 zeta斩波电路原理图若改变导通比a,则输出电压对以比电源电压高，也町以比电源电压低。当0<a<l/2时 为

24、降压，当l/2<a<l时为升压。2、控制与驱动电路控制电路以sg3525为核心构成，sg3525为美国silicon general公司生产的专用pwm 控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图516所示，它采川恒频脉宽调制控制方 案，內部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。 调节ur的大小，在a、b两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的 矩形波(即pwm信号)。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原理与性能指 标可参阅相关的资料。图4-7 sg3525芯片的内部结构与所需的外部组件四、实验内容(1) 控制与驷动电路

25、的测试。 六种直流斩波器的测试。(3) 控制与驱动电路故障的分析与处理。五、实验方法1、控制与驱动电路的测试(1) 控制与驱动电路故障的设置与分析请参考第二章有关内容。(2) 将pac09的两路+15v直流电源接入pac06的两路+15v输入端口，启动实训装置 电源，开启pac09电源开关。(3) 调节pwm脉宽调节电位器改变ur,用双踪示波器分别观测sg3525的笫11脚与 第14脚的波形，观测输出pwm信号的变化情况，并填入下表。ur(v)1.41.61.82.02.22.42.511(a)占空比()14(b)占空比()pwm占空比()(4) 用示波器分别观测a、b和pwm信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下 表。观测点a(ll