电力电子实验

1、电力电子综合实验报告( 2014 - 2015 年度 第 1 学期)名 称： 电力电子综合实验 院 系： 电气与电子工程学院 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 一周 成 绩： 日 期： 年 月 日- 年 月 日 课程 综合实验报告实验1：直流斩波电路一、 实验目的1 熟悉斩波电路buck chopper 、boost chopper 、buck-boost的工作原理，掌握斩波电路的工作状态及波形情况。2 掌握斩波电路的连接，斩波电路的波形观察及电压测试方法。二、 实验设备及仪器1电力电子教学试验台主控制屏2MCL-22组件3双踪示波器4万用表三、 实验内容和要求1 Buc

2、k Chopper图1- 1 (1)连接电路。按照面板上的电路图接成buck chopper斩波器。将PWM波形发生器产生的触发信号接入VT1的G端，注意须将VT1的E端和PWM波形发生器的“地”相连接。(2)观察电压波形。同时观察输出电压Uo的波形和输入电压E的波形；改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化；记录占空比为0.5时，输出电压Uo的波形和输入电压E的波形（应用两个示波器探头同时测量）并应用万用表测量E和Uo的值（记录数据）。 自定2个不同的占空比，观察波形变化并验证输出和输入的数量关系。 (3)观察负载电流波形。用示波器观察并记录流过负载的电流波形（电阻R两端波形）。2 Boos

3、t Chopper图1- 2 (1)连接电路。按照面板上的电路图接成boost chopper斩波器。将PWM波形发生器产生的触发信号接入VT1的G端，注意须将VT1的E端和PWM波形发生器的“地”相连接。 (2)观察电压波形。同时观察输出电压Uo的波形和输入电压E的波形；改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化；记录占空比为0.5时，输出电压Uo的波形和输入电压E的波形（应用两个示波器探头同时测量）并应用万用表测量E和Uo的值（记录数据）。 自定2个不同的占空比，观察波形变化并验证输出和输入的数量关系。3 buck-boost chopper图1- 3照图接成buck-boost chopp

4、er电路，实验内容自行设计。四、 实验结果记录与分析1. Buck Chopperu0（V）E（V）计算值E（V）0.57.2014.727.360.628.9114.729.130.45.3914.725.89表1- 1输出电压波形： 图1- 4 =0.5 图1- 5 =0.62 图1- 6 =0.4随着占空比的增加，输出电流波形变化如下，其平均值也逐渐增大。 图1- 7 图1- 8 图1- 9当输出连续电流时，对应的输出电压波形： 图1- 10 图1- 11当输出断续电流波形时，对应的输出电压波形： 图1- 12 图1- 13波形分析：输出电流断续的原因在于负载中的L较小，且晶闸管导通时间

5、较短，当晶闸管关断后，L上的储存的能量不足，R会消耗完L的储能，因此负载电流会衰减到零。而输出电压就等于电源的电动势。因此波形中出现了台阶。2. Boost Chopperu0(V)E(V)E1-(V)0.528.1514.6629.320.6336.8314.6639.620.0815.3014.7015.98表1- 2 图1- 14 =0.5 图1- 15 =0.63 图1- 16 =0.083. Buck- Boost Chopperu0(V)E(V)E1-(V)0.512.8514.7214.720.6323.0514.7025.030.080.87914.731.28表1- 3 图1

6、- 17 =0.5 图1- 18 =0.63 图1- 19 =0.08实验2：三相桥式全控整流电路及有源逆变工作状态一、实验目的1. 熟悉三相桥式全控整流电路的接线、器件和保护情况。2. 明确对触发脉冲的要求。3. 掌握电力电子电路调试的方法。4. 观察在电阻负载、电阻电感负载情况下输出电压和电流的波形。5. 模拟故障情况，观察故障下的输出电压波形。6. 观察整流电路在有缘逆变情况下输出电压和电流的波形。二、实验仪器1MCLIII教学实验台主控制屏。2MCL33组件及MCL35组件。3双踪示波器4 万用表5电阻（灯箱）三、实验原理实验线路图见后面。主电路为三相全控整流电路，三相桥式整流的工作原

7、理可参见“电力电子技术”的有关教材。图2- 1四、实验方法及步骤1按图接好主回路。2接好触发脉冲的控制回路。将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，将MCL-33 面板上的Ublf接地。 打开MCL-32的钥匙开关，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，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。 3三相桥式全控整流电路（1）电路带电阻负载（灯箱）的情况下：调节Uct（Ug），使a在30o90o范围内，用示波器观察记录a=3

8、0O、60O、90O时，整流电压Ud=f(t)，晶闸管两端电压UVT=f(t)的波形，并用万用表记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。（2）电路带阻感负载的情况下：在负载中串入700mH的电感调节Uct（Ug），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，并用万用表记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。4电路模拟故障现象观察。在a=60O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。5. 整流电路的有源逆变工作状态观察直接使用NMCL-22上由六个二极

9、管组成的电路或者用MCL-33的六个二极管对U、V、W三相整流构成直流电动势，二极管桥和晶闸管桥之间串联接入灯箱。接通电源，调节触发角的值。观察全桥输出电压Ud波形。五、 数据记录与分析（1）电阻负载和阻感负载下波形与数据记录30°60°90°UdU2UdU2UdU2R L130.061.677.261.63.3562.6R130.061.577.161.613.1264表2- 1输出电压波形图（左图为Ud，右图为UVT1）电阻负载 =30° 图2- 2 图2- 3电阻负载 =60° 图2- 4 图2- 5电阻负载 =90° 图2-

10、6 图2- 7阻感负载时，输出电压波形和晶闸管VT1两端的电压波形：电阻负载 =30° 图2- 8 图2- 9电阻负载 =60° 图2- 10 图2- 11电阻负载 =90° 图2- 12 图2- 13输入与输出电压数量关系的验证：30°60°90°UdU2计算值UdU2计算值UdU2计算值R L130.061.6124.877.261.672.13.3562.60R130.061.5124.677.161.672.113.126420.1验证公式：电阻负载：0<60 Ud=2.34U2cos 120°>>

11、60° Ud=2.34U21+cos+3阻感负载：0<90° Ud=2.34U2cos由上表可知，在=30°，=60°时，带电阻负载或阻感负载的输出电压Ud测量值与计算值误差很小，可以认为与公式相符；而=90°时，误差较大。分析原因可能是：触发角不是严格的=90°，带电阻负载时，实际<90°，而带阻感负载时，实际>90°；带阻感负载时，=90°为临界触发角，外部干扰或电路内部干扰使晶闸管自行关断，导致Ud偏小。（2）故障分析=60°时，断开VT1触发脉冲，则VT1相当于开路，其

12、他晶闸管导通不受影响。由于VT1不能导通，使得原来VT1导通的时间段内，输出电压为0。VT1正常时波形如图2-14，为六脉动波形，故障时波形如图2-15： 图2- 14 图2- 15 （3）有源逆变状态的输出电压波形采用二极管对220V三相电压整流，输出的直流电压大于晶闸管电路对110V电压的整流输出电压。调节触发角，至触发角大于90°时，此时灯泡异常明亮，因为两个此时，三相全控整流电路工作在逆变状态下，能量均是从直流侧流向交流侧。 图2- 16实验3：H桥DC/DC换流器一、 实验目的1掌握开环直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2熟悉直流PWM专用集成电路SG

13、3525的组成、功能与工作原理。3熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。二、 实验内容1PWM控制器SG3525性能测试。2控制单元测试。3H型PWM变换器性能测试。三、 实验系统的组成和工作原理 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。PWM变换器主电路系采用H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的

14、设计及调试，故获得广泛使用。四、 实验设备及仪器1MCL系列教学实验台主控制屏。2 NMCL-22实验箱。3直流电动机M03及测速发电机4双踪示波器、万用表。五、 实验方法采用NMCL22挂箱1 控制电路的测试逻辑延时时间的测试将UPW的“2”端与DLD(逻辑延迟环节)的“1”相连接。用示波器同时观察DLD的“2”端和“3”端。记录延迟时间td。2 DC/DC带电阻负载1）将H桥的U、V、W分别与电源的U、V、W相连。H桥的1、3相连。2）将电阻负载以串联的方式（灯箱）接入“6”端和“7”端。3）调整RP2电位器，将占空比调整为50%。合上主电源，观察并记录负载两端的电压波形，同时观察灯泡的亮

15、度。4）调整RP2，使占空比为0.25，用万用表记录H桥输出的电压值（参考方向为6->7），同时观察灯泡的亮度有何变化。5) 调整RP2，使占空比为0.75，用万用表记录H桥输出的电压值（参考方向为6->7）同时观察灯泡的亮度有何变化。6) 实验完毕，断开主电源。3 DC/DC带电阻-电感（灯箱与700mH电感串联）负载1）拆掉电阻负载2）将电阻-电感负载以串联的方式（灯箱）接入“6”端和“7”端3）调整RP2电位器，将占空比调整为50%。合上主电源，观察并记录H桥的“6”端和“7”端输出电压的波形。4）调整RP2，使占空比为0.25，记录H桥输出的电压波形和电压值（参考方向为6-

16、>7），同时观察灯泡两端的亮度变化。5) 调整RP2，使占空比为0.75，记录H桥输出的电压波形和电压值（参考方向为6->7），同时观察灯泡两端的亮度变化。6）实验完毕，断开主电源。六、 实验记录与分析1 控制电路的测试逻辑延时时间的测试图 3- 1 延迟时间td=900 ns2 DC/DC带电阻负载U0（V）现象0.50.18灯泡亮度相同0.25169.80.75197.5表 3- 1 电阻负载时不同占空比的输出电压和现象输出电压U0波形图： 图 3- 2 =0.5 图 3- 3 =0.25 图 3- 4 =0.75现象分析：不同占空比时，输出的电压波形变化，但是电压的有效值相同

17、，所以灯泡的亮度基本不变。3 DC/DC带电阻-电感（灯箱与700mH电感串联）负载U0（V）现象0.50.250.75表 3- 2 阻感负载时不同占空比的输出电压和现象 图 3- 5 =0.5 图 3- 6 =0.25 图 3- 7 =0.75实验4：H桥DC/AC换流器一、实验目的1掌握单相正弦波（SPWM）逆变电路的组成、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、实验仪器1. MCLIII教学实验台主控制屏2. NMCL-22实验3. 双踪示波器4. 万用表三、脉宽调制信号产生原理脉宽调制信号由专用集成芯片SG352

18、5产生。SG3525芯片不仅能产生频率灵活可变的方波，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正弦波（图b），与5脚处的锯齿波（图a）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，.图4- 1四、实验内容和方法1. SPWM波形的观察 （1）观察“SPWM波形发生器”的正弦信号Ur波形（2端对地），改变正弦波频率调节电位，测试其频率可调范围。（2）观察三角波Uc

19、的波形（1端对地），观察并记录其顶点UH、谷点UL， 测试并记录其频率范围。（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM（3端对地）。2. 逻辑延时时间的测试将SPWM波形发生电路的“3”端与DLD电路的“1”端相连，用双踪示波器同时观察DLD电路的“1”、“3”端波形，并记录延时时间Td。（该步骤做完后，不要拆这根连线）3. 带电阻负载时输出电压的测试。（1）将NMCL-22挂箱的U、V、W与电源的U、V、W相连接。（2）将电阻（灯箱）接入“6”、“7”端。（3）合上主电路电源，观察并记录负载电压的波形，记录其幅值。注意：为便于观察输出的电压波形，需要把三角波频率调至最低，把正弦波频率调

20、至最高。将示波器的扫描周期调至2ms，按“stop”按钮将波形定住。此时调整示波器的扫描周期，观看波形局部变化，是否能看到等幅不等宽的波形。（4）测试完毕，断开主电源。4. 带电阻-电感负载时波形的观察（1）将电容与电阻并联后与电感串联，然后接入“6”、“7”端，其中电感选用700mH。（2）将正弦波幅值调整到中间位置，合上主电源，用示波器观察并记录电阻两端的电压波形。（3）调整三角波载波的频率，观察电容两端的电压波形及电压值（交流）发生了什么变化。（4）调整正弦波调制信号的频率，观察电容两端的电压波形及输出电压值的频率发生了什么变化。（5）调整正弦波调制信号的幅值，观察电容两端的电压波形及电

21、压值（交流）发生了什么变化。五、实验结果记录与分析1. SPWM波形观察（1）正弦波频率可调范围：2.86Hz53.19Hz图4- 2 正弦调制波形（2）三角波频率可调范围：2×103Hz11.4×103Hz图4- 3 三角载波波形（3）经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形图4- 4 SPWM波形2. 带电阻负载时输出电压的测试图4- 5当示波器扫描时间为1ms时，输出电压波形如图4-5上半部分所示；局部放大后，观察到幅值近似相同、宽度呈正弦分布的矩形波，如图4-5下半部分所示。3. 带电阻-电感负载时波形的观察（1） 输出电压波形的幅值，频率不受三角载波幅值变化的影

22、响。（2） 输出电压波形的幅值，频率不受三角载波频率变化的影响，但可改变输出电压波形中的谐波含量。如图4-7是改变载波频率后输出波形变化。 图4- 6 图4- 7（3） 输出的电压幅值与正弦波调制信号的幅值正相关，即输出电压频率随着正弦波调制信号频率的降低而降低。（4） 输出的电压频率与正弦波调制信号的频率正相关，即输出电压频率随着正弦波调制信号频率的降低而降低。如图4-8，增加调制波频率，减小其幅值后，输出电压变成4-9。 图4- 8 图4- 9将图4-10减小调制波频率，增大其幅值后，输出波形变成4-11。 图4- 10 图4- 114. 问题思考（1）在逆变电路中二极管的作用是为电感续流

23、提供通道。（2）SPWM实验与DC/DC实验的相同点：二者主电路结构相同；不同点：SPWM实验为双极性控制方式，而DC/DC（2）实验为单极性控制方式。（3）在SPWM逆变电路中，同一相上下两个臂的驱动信号需要死区时间，防止同一桥臂两个IGBT同时导通。若同一桥臂的两个IGBT同时导通，将会使电源短路,故在换相时需要预留一段时间，使一个IGBT完全截止后，再使另一个IGBT导通。实验5：交流调压电路一、 实验目的1、 掌握交流调压电路的工作原理，能准确的连接实验电路图。2、 能够分析交流调压电路电阻负载和阻感负载输出电压和电流的波形情况。二、 实验原理把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过

24、对晶闸管的控制就可以控制交流输出。这种不改变交流电频率的电路称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路称为交流调压电路。交流调压电路的工作情况负载性质有很大的关系。电阻负载的电路图分别如下图：图5- 1 原理图三、 实验器材1、MCLIII教学实验台主控制屏2、NMCL-22实验3、双踪示波器4、万用表四、 实验方法与步骤1、 电阻负载（1） 按图接好主回路。将MCL-33上的晶闸管VT1和VT2反极性并联，再与灯箱串联。（2） 接好触发脉冲的控制回路。将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，将MCL-33 面板上的Ublf接地。（3） 接

25、入UW线电压作为电源，接通电路。（4） 调节触发角，记录不同时的输出电压波形，并用万用表测量相应的输入电压u1和输出电压值u0。（5） 断开主电源。2、 阻感负载（1） 将电阻负载串联700mH的电感，串联接入电路中。（2） 其他步骤均与电阻负载时相同。五、 实验记录与分析1. 电阻负载 图5- 2 <2, u1=226.8V u0=183.2V 图5- 3 >2, u1=232.2V u0=3.092. 阻感负载输出电压u0波形： 图5- 4 图5- 5输出电流波形，即电阻两端电压波形： 图5- 6 >2，此时灯很暗，R两端的电压波形 图5- 7 此时灯很亮，=，灯很亮 图5- 8 触发角进一步减小，灯泡变暗 图5- 9 第二次突变，uR波形实验6：直流电机驱动一、 实验目的1. 掌握获取直流电源的电路连接和方法2. 了解直流电机的工作状态二、 实验原理1. 采用三相全控桥式整流电路获取直流电动势。图6- 12. H桥DC/DC换流电路获取直流电动势。三、 实验方法和步骤1. 采用三相全控桥式整