电力电子及电气传动实验指导书上海理工大学.docx

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电力电子及电气传动实验指导书上海理工大学

实验一锯齿波同步移相触发电路实验

实验二单相桥式半控整流电路实验

实验四三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究

实验六单相交直交变频电路（纯电阻）

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。

1）电源控制屏位于NMCL-32/MEL-002T等

2）锯齿波触发电路位于NMCL-05E或NMCL-05D等

3）G给定（Ug）位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单元中

4）Uct位于锯齿波触发电路中

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏2．晶闸管

3．锯齿波触发电路4．可调电阻

5．二踪示波器（自备）6．万用表（自备）

五．实验方法

1．将触发电路面板上左上角的同步电压输入接电源控制屏的U、V端。

2．合上电源控制屏主电路电源绿色开关。

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”~“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

将低压单元的“G”输出电压调至0V（逆时针调节电位器），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=180O，（也可以用示波器观测锯齿波触发电路“1”脚与“6”脚之间电压波形，来判断的大小）

调节低压单元的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，=180O，Uct=Umax时，=30O，以满足移相范围=30O~180O的要求。

4．调节Uct，使=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形。

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，=90O，应如何调整？

4．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？

5.简单叙述实验体会、收获和改进措施。

七．注意事项

1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。

为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。

当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。

2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：

（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。

（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。

在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。

实验二单相桥式半控整流电路实验

一．实验目的

1．研究单相桥式半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。

2．锯齿波触发电路的工作。

3．进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。

二．实验线路

见下图2-1

1）电源控制屏位于NMCL-32/MEL-002T等

2）锯齿触发电路位于NMCL-05E或NMCL-05D等

3）L平波电抗器位于NMCL-331

4）Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03等

5）G给定（Ug）位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单元中

6）Uct位于锯齿触发电路中

7）二极管位于NMCL-33或NMCL-33F

图2-1

三．实验内容

1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。

2．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏2．晶闸管

3．锯齿波触发电路4．可调电阻

5．二踪示波器（自备）6．万用表（自备）

五．注意事项

1．实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置为5A），并根据额定值与整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。

2．为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤

（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电源。

然后逐渐增大Uct，使整流电路投入工作。

（3）断开整流电路时，应先把Uct降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。

3．注意示波器的使用。

六．实验方法

1．将锯齿波触发电路面板左上角的同步电压输入接主电源控制屏的U、V输出端。

a）．合上电源控制屏主电路电源开关，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”~“5”孔波形及输出电压UG1K1的波形。

（具体操作同实验四）

b）．调节脉冲移相范围

将调速系统控制单元（低电压单元）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=180O。

调节调速系统控制单元（低电压单元）的给定电位器RP1，增加给定电压Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，=180O，以满足移相范围=30O~180O的要求。

2．单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载：

按图2-1接线，并短接平波电抗器L。

调节电阻负载Rd至最大（负载大于400Ω）。

（a）调速系统控制单元（低电压单元）的G给定电位器RP1逆时针调到底Ug=0，使Uct=0。

合上主电路电源，调节调速系统控制单元（低电压单元）的G给定电位器RP1，使α=90°，测取此时整流电路的输出电压Ud=f（t），以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形，并测定交流输入电压U2、整流输出电压Ud，验证

。

（b）采用类似方法，分别测取α=60°，α=90°，α=120°时的Ud、Uvt波形。

Ud（实验值/理论值）

Id（实验值/理论值）

Uvt

U2

a=60°

图

图

图

a=90°

图

图

图

a=120°

图

图

图

3．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载

（a）接上平波电抗器。

调速系统控制单元的G给定电位器RP1逆时针调到底Ug=0，使Uct=0。

合上主电源。

（b）调节Ug，使α=90°，测取输出电压Ud=f（t）数值。

减小电阻Rd，观察波形如何变化，注意观察电流表防止过流。

（c）调节Ug，使α分别等于60°、90°、120°时，测取以上波形或数值。

Ud（实验值/理论值）

Id（实验值/理论值）

Uvt

U2

a=60°

图

图

图

a=90°

图

图

图

a=120°

图

图

图

七．实验报告

1．分析实验波形并和理论波形比较；

2．计算电路的理论数据，并和实验数据进行比较；

3．根据实验中出现的现象，叙述实验体会、收获和改进措施。

实验三三相半波可控整流电路的研究

一．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。

二．实验线路及原理

三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。

不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。

实验线路见图3-1。

1）电源控制屏位于NMCL-32/MEL-002T等

2）L平波电抗器位于NMCL-331

3）Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03等

4）G给定（Ug）位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单中

5）Uct位于NMCL-33或NMCL-33F中

6）晶闸管位于NMCL-33或NMCL-33F中

图3-1

三．实验内容

1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作。

2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。

四．实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏2．触发电路及晶闸主回路组件

3．电阻负载组件4．二踪示波器（自备）

5．万用表（自备）

五．注意事项

1．整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。

2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过2A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。

3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

六．实验方法

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）用示波器观察触发电路及晶闸管主回路的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。

触发脉冲均为双脉冲双脉冲之间间隔60度。

（2）检查相序，用示波器观察触发电路及晶闸管主回路中同步电压观察口“1”超前“2”120度。

观察脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲60度（及“1”号脉冲的第二个脉冲波与“2”号脉冲的第一个脉冲波相重叠）则相序正确，否则，应调整输入电源（任意对换三相插头中的两相电源）。

示波器必须共地，地线接实验箱中黑色“┻”标。

（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

2．研究三相半波可控整流电路，电阻性负载时的工作

合上主电源，接上电阻性负载Rd（Rd大于400Ω）：

改变控制电压Ug，观察在不同触发移相角α时，可控整流电路的输出电压Ud=f（t）与晶闸管的端电压UVT=f（t）波形，并记录相应的Ud、Id、Uct值。

Ud

Id

Uvt

a=30

图

图

a=60

图

图

a=90

图

图

（c）求取三相半波可控整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

（d）求取三相半波可控整流电路的负载特性Ud=f（Id）

3．研究三相半波可控整流电路，电阻—电感性负载时的工作

接入电抗器，可把原负载电阻Rd调小，监视电流，不宜超过1.1A，操作方法同上。

七．实验报告

1．分析实验波形并和理论波形比较；

2．计算电路的理论数据，并和实验数据进行比较；

3．根据实验中出现的现象，叙述实验体会、收获和改进措施。

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．熟悉触发电路及晶闸管主回路组件。

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。

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

主电路由三相全控变流电路及三相不控整流桥组成。

触发电路为集成电路，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。

实验线路如图4-1所示。

1）电源控制屏位于NMCL-32/MEL-002T等

2）L平波电抗器位于NMCL-331

3）Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03等

4）G给定（Ug）位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单中

5）Uct位于NMCL-33或NMCL-33F中

6）晶闸管位于NMCL-33或NMCL-33F中

7）二极管位于NMCL-33或NMCL-33F中

图4－1

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏2．触发电路及晶闸主回路组件

3．电阻负载组件4．变压器组件

5．二踪示波器（自备）6．万用表（自备）

五．实验方法

1．未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察触发电路及晶闸管主回路的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60度的幅度相等的双脉冲。

（2）检查相序，用示波器观察触发电路及晶闸管主回路，中同步电压观察口“1”，“2”间隔120°。

脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲60°（及“1”号脉冲的第二个脉冲波与“2”号脉冲的第一个脉冲波相重叠）则相序正确，否则，应调整输入电源（任意对换三相插头中的两相电源）。

（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

（4）将调速系统控制单元的给定器输出Ug接至触发电路及晶闸管主回路面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=150°。

2．三相桥式全控整流电路

电阻负载：

按图4－1接线,并将RD调至最大。

合上控制屏交流主电源。

调节G给定Uct，使在30°~90°范围内，用示波器观察记录=30°、60°、90°、120°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。

Ud（实验值/理论值）

Id（实验值/理论值）

Uvt

U2

a=30°

图

图

图

a=60°

图

图

图

a=90°

图

图

图

a=120°

图

图

图

阻感负载：

合上控制屏交流主电源。

调节G给定Uct，使在30°~90°范围内，用示波器观察记录=30°、60°、90°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。

Ud（实验值/理论值）

Id（实验值/理论值）

Uvt

U2

a=30°

图

图

图

a=60°

图

图

图

a=90°

图

图

图

3．三相桥式有源逆变电路

按图4－2接线,并将Rd调至最大（Rd>400Ω）。

图4－2

合上主电源。

调节Uct，观察=90°、120°、150°时,电路中Ud、UVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。

Ud（实验值/理论值）

Id（实验值/理论值）

Uvt

U2

a=90°

图

图

图

a=120°

图

图

图

a=150°

图

图

图

六．实验报告

1．分析实验波形并和理论波形比较；

2．计算电路的理论数据，并和实验数据进行比较；

3．根据实验中出现的现象，叙述实验体会、收获和改进措施。

实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究

一．实验目的

熟悉六种斩波电路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper）的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。

二．实验内容

1．SG3525芯片的调试。

2．斩波电路的连接。

3．斩波电路的波形观察及电压测试。

三．实验设备及仪器

1．电力电子教学试验台主控制屏；

2．现代电力电子及直流脉宽调速组件（NMCL-22）

3．示波器（自备）；

4．万用表（自备）

四．实验方法

按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。

1．SG3525性能测试

用示波器测量，PWM波形发生器的“1”孔和地之间的波形。

调节占空比调节旋钮，测量驱动波形的频率以及占空比的调节范围。

1．PWM性能测试

（1）测量输出最大与最小占空比。

2．buckchopper

（1）连接电路。

首先将“PWM”控制脉冲与“VT”连接。

VT的C脚接PWM脉冲输出端口，E脚接PWM的地

其它的照面板上的电路图接成buckchopper斩波器。

2．buckchopper

（1）连接电路。

将PWM波形发生器的输出端“1”端接到斩波电路中IGBT管VT的G端,将PWM的“地”端接到斩波电路中“VT”管的E端,再将斩波电路的（E、5、7），（8、11），（6、12）相连，最后将15V直流电源U1的“+”正极与VT的C相连，负极“-”和6相连。

（照电路图接成buckchopper斩波器。

）

（2）观察负载电压波形。

经检查电路无误后,闭合电源开关，用示波器观察VD两端5、6孔之间电压，调节PWM触发器的电位器RP1，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形。

（4）观察负载电流波形。

用示波器观察并记录负载电阻R两端波形

3．boostchopper

（1）照图接成boostchopper电路。

电感和电容任选,负载电阻为R。

实验步骤同buckchopper。

4．buck-boostchopper

（1）照图接成buck-boostchopper电路。

电感和电容任选,负载电阻为R。

实验步骤同buckchopper

5．cukchopper

（1）照图接成cukchopper电路。

电感和电容任选,负载电阻R

实验步骤同buckchopper。

6．sepicchopper

（1）照图接成sepicchopper电路。

电感和电容任选,负载电阻为R。

实验步骤同buckchopper。

7．zetachopper

（1）照图接成zetachopper电路。

电感和电容任选,负载电阻为R。

实验步骤同buckchopper

五．具体实验项目参数如下

六．实验报告

1．网上搜索芯片SG3525的原理，简述其工作原理；

2．分析每一个电路的工作原理，并和理论值进行比较；

输入E

占空比α

输出Uo（实验值）

输出Uo（理论值）

3．根据实验中出现的现象，叙述实验体会、收获和改进措施。

实验六单相交直交变频电路（纯电阻）

一．实验目的

熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系。

二．实验内容

1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。

2．观察变频电路驱动电机时的输出波形。

3．观察电机工作情况。

三．实验设备和仪器

1．电力电子及电气传动主控制屏；

2．现代电力电子及直流脉宽调速组件（NMCL-22）；

3．电阻负载组件；

4．双踪示波器（自备）；

5．万用表（自备）。

6．电感L位于（NMCL-331）

四．实验方法

图6-1单相交直交变频电路

1．SPWM波形的观察

（1）观察“SPWM波形发生”电路输出的正弦信号Ur波形2端与（UPW脉宽调制器4脚）地端，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。

（2）观察三角形载波Uc的波形1端与（UPW脉宽调制器4脚）地端，测出其频率,并观察Uc和Ur的对应关系。

（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形3端与（UPW脉宽调制器4脚）地端。

2．逻辑延时时间的测试

将“SPWM波形发生”电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和2端波形,并记录延时时间Td.。

3．同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试

用双踪示波器分别同时测量G1、E1和G2、E2，G3、E3和G4、E2的死区时间。

4．不同负载时波形的观察

按图6-1接线，先断开控制屏主电源。

将三相电源的U、V、W接主电路的相应处，将主电路的1、3端相连，

（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。

在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。

（2）当负载为电阻电感时（6、8端相联，9端和7端接一电阻），观察负载电压和负载电流的波形。

5．测试在不同的载波比的情况下，逆变波形的的变化。

输入E

正弦信号Ur频率

载波比

输出Uo（波形图）

五．实验报告

1．简述SPWM控制原理及实现；

2．给出实验中的逻辑延时时间，并讨论其必要性；

3．分析实验波形并和理论波形比较；

4．根据实验中出现的现象，叙述实验体会、收获和改进措施。