电力电子技术实验指导书118.docx
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电力电子技术实验指导书118
电力电子技术实验指导书
蒋鸿飞席惠李冠一编写
适用专业:
电气工程及其自动化
上海应用技术学院
2013年8月
实验须知
1.预习
实验者须事先预习,以保证实验顺利进行,预习内容一般包括:
1)本次实验有关的实验装置介绍,仪器的使用方法等。
尽可能在实验室对照设备熟悉。
2)实验指导书中及课本中与本次实验有关的章节、有关原理、计算方法、操做等。
3)预习后应作出简要的预习报告,包括拟出的实验大致步骤,并列出实验数据记录、表格等。
2.实验
1)实验前由指导老师检查预习情况,经提问后方可参加实验。
2)按图接线,力求简单明了,主回路导线应用粗导线,接线完成后先相互检查,然后请指导老师检查无误后方可通电。
3)认真观察,记录实验现象和数据。
4)实验完毕,应将数据交指导老师检查认可后再拆线,并照原样整理好仪器和设备。
3.实验报告
实验报告用规范的实验报告纸书写,正文包括实验名称、实验目的、主要设备、简要原理、实验内容、实验线路、简要步骤、实验数据、波形、实验现象的记录与讨论、思考题的解答等,字迹工整,语言简练,应体现学生独立的风格,反对照抄实验指导书。
4.安全操做
1)接线、拆线都必须在切断电源情况下进行。
2)在接通电源前,应招呼同组同学引起注意后方可合上电源。
若实验中发生事故,应及时断电并报告老师。
实验时应注意衣服、发辫、实验导线等不要卷入电机旋转部分
目录
实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验4
实验二TCA785触发电路7
实验三单相桥式全控整流电路实验9
实验四TC787三相移相触发电路12
实验五三相桥式全控整流14
实验六单相交流调压电路实验17
实验七单相交流调功电路实验19
实验八直流斩波电路(设计性)的性能研究21
实验九单相SPWM逆变电路实验24
实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验
一.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—电感负载时工作情况作全面分析。
4.了解续流二极管的作用。
二.实验内容
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。
三.实验原理及线路
将单结晶体管触发电路的同步电压输入端“T:
60V”和“T:
0V”端接至NMCL-35面板上的单相多路变压器T的“60V”和“0V”端,即可构成如图1-1所示的实验线路。
四.实验设备及仪器
1.教学实验台主控制屏;
2.NMCL—05挂箱;
3.NMEL—03A挂箱;
3.NMCL—31挂箱;
4.双踪示波器
5.万用表
五.注意事项
1.双踪示波器(自备)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)在移相电位器RP左旋转到底的时候,接通主电路电源,然后逐渐右旋转RP电位器,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。
(4)晶闸管具有一定的维持电流IH,只有流过晶闸管的电流大于IH,晶闸管才可靠导通。
实验中,若负载电流太小,可能出现晶闸管时通时断,所以实验中,应保持负载电流不小于100mA。
六.实验方法
1.单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察
将NMCL—05面板上方单结晶体管触发电路的同步电压输入端“T:
60V”和“T:
0V”端分别接至NMCL-35面板上的单相多路变压器T的“60V”和“0V”端。
按照实验接线图1-1正确接线,为了安全起见先不接晶闸管主电路。
合上漏电保护器,再合上NMCL-35面板的船型开关,这时候单相多路变压器副边端有电压输出,分别为220V,160V,100V,60V,30V。
单结晶体管触发电路用到的同步电压为60V,用示波器观察触发电路单相半波整流输出“1”,梯形电压“3”,锯齿波电压“4”及单结晶体管输出电压“5”、“6”和脉冲输出“G”、“K”等波形。
调节移相可调电位器RP,观察输出脉冲的移相范围能否在0°~180°范围内移,最后左旋电位器RP到底,使α=1800。
2.单相半波可控整流电路带电阻性负载
断开NMCL-35面板的船型开关,按照如图1-1把晶闸管主电路接好线,负载电阻R接可调电阻(位于NMEL—03A挂箱上,即将“2”、“5”端连接,再将“1”端接晶闸管的阴极“K”、“3”端接晶闸管主电路的“T:
0V”端,合上开关S1,此时的负载电阻最大为360Ω,电流达1.5A),并调至阻值最大。
若需要看负载电流把位于NMCL-331挂箱上的直流电流表串联接到主电路中(接“2”、“3”端即可)。
将移相可调电位器RP左旋到底。
合上合上NMCL-35面板的船型开关,调节脉冲移相电位器RP,分别用示波器观察=30°、60°、90°、120°时负载电压Ud,晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形UVt。
并测定Ud及电源电压U2,验证
α
U2,ud
30°
60°
90°
120°
Ud
U2
表1-1
3.单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载,无续流二极管
断开NMCL-35面板的船型开关,在晶闸管主电路中串入平波电抗器(位于NMCL-331组件,将“2”接线断开连接至“1”端即可,此时电路中即串联了直流电流表也串联了平波电抗器)。
为了得到理想的电阻—电感性负载实验波形,还需将位于NMEL-03A挂箱上的“3”端接线断开连接至“4”端即可,这样可在实验时调到比较小的负载电阻。
将移相可调电位器RP左旋到底。
闭合NMCL-35面板的船型开关,在不同阻抗角(改变负载电阻R的阻值,或者改变电抗器L的电感值200mH或者700mH)情况下,观察并记录=30O、60O、90O、120O时的Ud、id及Uvt的波形。
注意调节负载电阻R时,需要监视负载电流,防止电流超过R允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。
4.单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载,有续流二极管。
断开NMCL-35面板的船型开关,将续流二机管VD(位于NMCL-33上)并联接在电阻—电感性负载两端,即二极管的阴极“3”端连接到晶闸管的阴极“K”端,二极管的阳极“4”端连接到“T:
0V”端。
闭合NMCL-35面板的船型开关,重复上一个实验步骤“3”。
七.实验内容
1.画出触发电路在α=90°时的各点波形。
2.画出电阻性负载,α=90°时,Ud=f(t),Uvt=f(t),id=f(t)波形。
3.
(1)分别画出电阻—电感性负载,当电阻较大和较小,电抗器位于200mHd档位时,Ud=f(t)、UVT=f(t),id=f(t)的波形(α=90°)。
(2)分别画出电阻—电感性负载,当电阻较大和较小,电抗器位于700mHd档位时,Ud=f(t)、UVT=f(t),id=f(t)的波形(α=90°)。
4.画出电阻性负载时Ud/U2=f(α)曲线,并与
进行比较。
5.分析续流二极管的作用。
八.思考
1.本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形?
为什么?
3.为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置?
3.本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题?
实验二TCA785触发电路
一.实验目的
1.熟悉TCA785触发电路的工作原理。
2.掌握TCA785触发电路的调试步骤和方法。
二.实验内容
1.TCA785触发电路的调试。
2.TCA785触发电路各点波形的观察。
三.实验设备及仪器
1.教学实验台主控制屏
2.NMCL—18A挂箱
5.NMCL-05挂箱
6.双踪示波器
四.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)晶闸管具有一定的维持电流IH,只有流过晶闸管的电流大于IH,晶闸管才可靠导通。
实验中,若负载电流太小,可能出现晶闸管时通时断,所以实验中,应保持负载电流不小于100mA。
五.实验方法
1.将NMCL—05面板上方TCA785触发电路的同步电压输入端“T:
30V”和“T:
0V”端分别接至NMCL-35面板上的单相多路变压器T的“30V”和“0V”端;TCA785触发电路“3”端和NMCL-18A的给定“Ug”相连,如按照实验接线图2-1正确接线。
2.合上漏电保护器,再合上NMCL-35面板的船型开关,这时候单相多路变压器副边端有电压输出,分别为220V,160V,100V,60V,30V。
TCA785触发电路用到的同步电压为30V。
用示波器分别观察“4”端和“7”端波形,并记录“7”端波形的周期。
4.NMCL-18A的给定Ug调节到零,调节移相可调电位器RP,观察输出脉冲的移相范围,最后调节到移相触发角α=1800。
5.调节NMCL-18A的给定Ug,用双踪示波器同时观察“4”和“6”的波形,分别记录当α为300、600、900、1200、1500时的给定电压值。
6.用双踪示波器同时观察“6”和“5”的波形,并比较两波形的相位关系。
七.实验内容
1.画出触发电路在α=90°时的各点波形。
2.画出给定电压和α角的关系曲线。
实验三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。
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NMCL—05挂箱。
二.实验线路及原理
参见图3-1。
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。
四.实验设备及仪器
1.教学实验台主控制屏
2.NMCL—05挂箱
4.NMEL—03A挂箱
6.NMCL—18/挂箱
7.双踪示波器
8.万用表
五.注意事项
1.负载电阻R的调节需注意。
若电阻过小,会出现电流过大造成熔断丝烧毁或电阻丝烧断;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。
2.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。
3.NMCL-05面板下方的钮子开关打到单相桥式整流及有源逆变侧。
4.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。
六.实验方法
1.按照图3-1接好线(晶闸管主电路部分先不接),由于TCA785触发电路已在实验二中有详细介绍,在此不做过多说明。
合上漏电保护器,再合上NMCL-35面板的船型开关,先调试TCA785触发电路,将NMCL-18A的给定Ug调节到零,调节移相可调电位器RP,观察输出脉冲的移相范围,看各点波形是否正常,最后调节到移相触发角α=900。
2.单相桥式全控整流电路带电阻负载。
断开NMCL-35面板的船型开关,接好晶闸管主电路的连接线。
负载电阻R接可调电阻(位于NMEL—03A挂箱上,即将“2”、“5”端连接,再将“1”端接单相桥式全控整流电路的“+”端,“3”端接单相桥式全控整流电路的“-”端。
合上开关S1,此时的负载电阻最大为360Ω,电流达1.5A),并调至阻值最大。
若需要看负载电流把位于NMCL-331挂箱上的直流电流表串联接到主电路中(接“2”、“3”端即可)。
合上NMCL-35面板的船型开关,调节Ug,求取在不同角(30°、60°、90°)时整流电路的输出电压Ud=f(t),并记录相应时的Ug、Ud和交流输入电压U2值。
α
Ug/U2/ud
30°
60°
90°
Ug
U2
Ud
表3-1
3.单相桥式全控整流电路带电阻—电感性负载
断开NMCL-35面板的船型开关,在晶闸管主电路中串入平波电抗器700mH(位于NMCL-331组件,将“2”接线断开连接至“1”端即可,此时电路中即串联了直流电流表也串联了平波电抗器)。
为了得到理想的电阻—电感性负载实验波形,还需将位于NMEL-03A挂箱上的“3”端接线断开连接至“4”端即可,这样可在实验时调到比较小的负载电阻,但需注意负载电流不能超过1.5A。
闭合NMCL-35面板的船型开关,求取在不同控制电压Ug时的输出电压Ud=f(t),负载电流id=f(t),并记录相应Ug时的Ud、U2值。
α
Ug/U2/ud
30°
60°
90°
Ug
U2
Ud
表3-2
改变电感值(L=200mH),观察=90°,Ud=f(t)、id=f(t)的波形,并加以分析。
注意,增加Ug使前移时,若电流太大,可增加与L相串联的电阻加以限流。
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=60°,90°时的Ud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=90°时的Ud、id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(Ug),触发电路特性Ug=f()及Ud/U2=f()。
4.实验心得体会。
实验四TC787三相移相触发电路
一.实验目的
1.熟悉TC787三相移相触发电路的工作原理。
2.掌握TC787三相移相触发电路的调试步骤和方法。
二.实验内容
1.TCA785触发电路的调试。
2.TCA785触发电路各点波形的观察。
三.实验设备及仪器
1.教学实验台主控制屏
2.NMCL—18A挂箱
5.NMCL-33挂箱
6.双踪示波器
四.实验线路及原理
具体线路参见图5-1。
五.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Ug=0时,接通主电路电源,然后逐渐加大Ug,使整流电路投入工作。
(3)晶闸管具有一定的维持电流IH,只有流过晶闸管的电流大于IH,晶闸管才可靠导通。
实验中,若负载电流太小,可能出现晶闸管时通时断,所以实验中,应保持负载电流不小于100mA。
六.实验方法
1.将NMCL—33挂箱上的14芯的航空插头与主控屏上的14芯航空插座连接。
TC787触发电路所用的同步电压是通过航空插头连接到挂箱内部的,所以不需要在面板上再连接。
TC787触发电路的“Ug(Uct)”端和NMCL-18A的给定“Ug”相连,如按照实验接线图5-1正确接线。
2.合上漏电保护器,此时三相同步电压已经通过航空插头送到了挂箱。
用双纵示波器观察NMCL-33挂箱面板上各个部分的波形。
同步电压观察孔“a”、“b”、“c”的波形为幅值大小一样的正弦波,且“a”超前“b”1200,“b”超前“c”1200。
观察孔“a’”、“b’”、“c’”的波形为幅值大小一样的锯齿波,且“a’”超前“b’”1200,“b’”超前“c’”1200。
TCA787输出的6路脉冲观察孔的波形都为幅值一样的双窄脉冲,且依次滞后为60°。
如果把示波器时间轴打到1ms档,可以看见双窄脉冲是由许多脉冲列组成的。
通过预习了解TC787集成触发电路的原理可以知道“1”、“4”端脉冲对应同步电压“a”端,
“3”、“6”端脉冲对应同步电压“b”端,“5”、“2”端脉冲对应同步电压“c”端;“1”、“4”端脉冲相位相差1800,“3”、“6”端脉冲相位相差1800,“5”、“2”端脉冲相位相差1800。
4.NMCL-18A的给定Ug调节到零,调节移相可调电位器RP,观察输出脉冲的移相范围(用双踪示波器同时观察“1”、“a”端的波形),最后调节到移相触发角α=1500。
注:
三相触发电路中的移相触发角时按照三相电压的自然换相点算起。
5.调节NMCL-18A的给定Ug,用双踪示波器同时观察“4”和“6”的波形,分别记录当α为00、300、600、900、1200时的给定电压值,画出他们的关系看是否呈线性。
七.实验内容
1.画出触发电路在α=90°时的各点波形。
2.画出给定电压和α角的关系曲线。
实验五三相桥式全控整流
一.实验目的
1.熟悉NMCL-33挂箱。
2.熟悉三相桥式全控整流的工作原理。
二.实验内容
1.三相桥式全控整流电路。
3.观察整流三相桥式全控整流时电路的波形。
三.实验线路及原理
主电路实验线路如图6-1所示,控制电路可参照实验五中的接线。
主电路由三相全控变流电路及负载组成。
触发电路为TC787集成触发电路,可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
三相桥式全控整流及工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
四.实验设备及仪器
1.教学实验台主控制屏;
2.NMCL—33挂箱;
3.NMEL—03A挂箱;
4.NMCL—18A挂箱;
5.双踪示波器
6.万用表
五.实验方法
1.合上漏电保护器,在主电源未上电之前,检查TC787脉冲触发电路的六路触发脉冲是否正常。
(1)用示波器观察NMCL-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。
(3)将NMCL-18A的给定器输出“Ug”端接至NMCL-33面板的“Ug(Uct)”端,调节偏移电位器RP,在Ug=0时,使=150o。
2.三相桥式全控整流电路带电阻负载
按图6-1接线,将负载电阻R调至最大(360)。
合上NMCL-32上的绿色按钮。
调节给的电压Ug,使在30o~90o范围内,用示波器观察记录=30O、60O、90O时,整流电压ud=f(t)并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
ΑU2/Ud/Ug
30°
60°
90°
Ud
U2
Ug
表6-1
注意:
在调节触发角的时候,注意观察负载电流Id,防止电流过大烧毁负载电阻R或超过晶闸管的额定电流使其损坏。
3.三相桥式全控整流电路带电阻-电感性负载
按下NMCL-32面板上的“红色”按钮,断开主电源后,将NMCL-331面板上的“2”端接线断开改接到“1”端(此时电路串联平波电抗器),电感值选择700mH。
为了得到理想的电阻—电感性负载实验波形,还需将位于NMEL-03A挂箱上的“3”端接线断开连接至“4”端即可,这样可在实验时调到比较小的负载电阻,但需注意负载电流不能超过1.5A。
按下“绿色”按钮,合上主电源。
调节NMCL-18A面板上的电位器,使Ug=0V,此时仍为150O左右。
合上NMCL-32上的绿色按钮。
调节给的电压Ug,使在30o~90o范围内,用示波器观察记录=30O、60O、90O时,整流电压ud=f(t)并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
α
Ug/U2/ud
30°
60°
90°
Ug
U2
Ud
改变电感值(L=200mH),观察=90°,Ud=f(t)、id=f(t)的波形,并加以分析。
注意,增加Ug使前移时,若电流太大,可增加与L相串联的电阻加以限流。
六.实验报告
1.画出电路的移相特性Ud=f()曲线;
2.作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f(α);
3.画出三相桥式全控整流电路时,角为30O、60O、90O时的ud波形;
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.理解双向可控硅的开关工作特性。
3.加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。
.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TCA785集成触发电路。
该电路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。
接线图如8-1。
四.实验设备及仪器
1.教学实验台主控制屏;
2.NMCL—31挂箱;
3.NMEL—03A挂箱;
4.NMCL-05挂箱
5.双踪示波器
7.万用表
五.注意事项
在电阻电感负载时,当时,若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量,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
按照图8-1接好线(双向晶闸管部分的“T:
100V”、“T:
0V”端与单相多路变压器T的“100V”、“0V”端接线先不连接),负载电阻R位于NMCL-03A挂箱上,将电阻R调整至最大(约360Ω)。
将位于NMCL-331面板上的“1”、“2”端短接。
由于TCA785触发电路已在实验二中有详细介绍,在此不做过多说明。
合上漏电保护器,再合上NMCL-35面板的船型开关,先调试TCA785触发电路,将NMCL-18A的给定Ug调节到零,调节移相可调电位器RP,观察输出脉冲的移相范围,看各点波形是否正常,最后调节到移相触发角使=150°。
断开NMCL-35面板的船型开关,接上双向晶闸管部分的“T:
100V”、“T:
0V”端与单相多路变压器T的“100V”、“0V”端的接线。
合上NMCL-35面板的船型开关,用示波器观察负载电压u=f(t),双向晶闸管两端电压uVT=f(t)的波形,调节Ug,观察不同角时各波形的变化,并记录=60,90,120时的波形。
2.单相交流调压器接电阻—电感性负载
断开NMCL-35面板的船型开关,断开将位于NMCL-331面板上的“1”、“2”端短接线,选择电感为L=700mH。
(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。
可采用万用表来测量电抗器内阻
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