南昌大学电力电子实验报告.docx
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南昌大学电力电子实验报告
《电力电子技术基础》
实验报告
班级:
学号:
姓名:
时间:
2016年06月
实验一正弦波同步移相触发电路实验…………………………………………1
实验二锯齿波同步移相触发电路实验…………………………………………......3
实验三单相桥式半控整流电路实验……………………………………………......6
实验四单相桥式全控整流电路实验………………………………………..……....9实验五三相半波可控整流电路实验……………………………………………....11
实验六三相桥式全控整流电路实验……………………………………………....12
实验七直流降压斩波电路实验…………………………………………..……......14
实验八直流升压斩波电路实验…………………………………………..……......16
实验一正弦波同步移相触发电路实验
一.实验目的
1.熟悉正弦波同步触发电路的工作原理及各元件的作用。
2.掌握正弦波同步触发电路的调试步骤和方法。
二.实验内容
1.正弦波同步触发电路的调试。
2.正弦波同步触发电路各点波形的观察。
三.实验线路及原理
电路分脉冲形成,同步移相,脉冲放大等环节,具体工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。
四.实验设备及仪器
1.MCL系列教学实验台主控制屏
2.MCL—18组件(适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件(适合MCL—Ⅲ)
3.MCL—05组件
4.二踪示波器
5.万用表
五.实验方法
1.将MCL—05面板上左上角的同步电压输入端接MCL—18的U、V端(如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ,则同步电压输入直接与主控制屏的U、V输出端相连),将“触发电路选择”拨至“正弦波”位置。
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MCL—05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,测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度,示波器的地线接于“8”端。
注:
如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ,无三相调压器,直接合上主电源。
3.确定脉冲的初始相位。
当Uct=0时,要求接近于180O。
调节Ub(调RP)使U3波形与图4-3b中的U1波形相同,这时正好有脉冲输出,接近180O。
4.保持Ub不变,调节MCL-18的给定电位器RP1,逐渐增大Uct,用示波器观察U1及输出脉冲UGK的波形,注意Uct增加时脉冲的移动情况,并估计移相范围。
5.调节Uct使=60O,观察并记录面板上观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。
(a)<180O(b)接近180O
图4-3初始相位的确定
六.实验报告
1.画出=60O时,观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。
2.指出Uct增加时,应如何变化?
移相范围大约等于多少度?
指出同步电压的那一段为脉冲移相范围。
七.注意事项
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。
实验二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”教材。
四.实验设备及仪器
1.NMCL系列教学实验台主控制屏
2.NMCL-32组件和SMCL-组件
3.NMCL-05组件
4.双踪示波器
5.万用表
五.实验方法
图1-1锯齿波同步移相触发电路
1.将NMCL-05面板左上角的同步电压输入接到主控电源的U、V端,“触发电路选择”拨向“锯齿波”。
2.将锯齿波触发电路上的Uct接着至SMCL-01上的Ug端,‘7’端地。
3.合上主电路电源开关,并打开NMCL-05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”~“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。
4.调节脉冲移相范围
将SMCL-01的“Ug”输出电压调至0V,即将控制电压Uct调至零,用示波器观察U1电压(即“1”孔)及U5的波形,调节偏移电压Ub(即调RP2),使=180˚。
调节NMCL-01的给定电位器RP1,增加Uct,观察脉冲的移动情况,要求Uct=0时,=180˚,Uct=Umax时,=30˚,以满足移相范围=30˚~180˚的要求。
5.调节Uct,使=60˚,观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1,UG2K2的波形,并标出其幅值与宽度。
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。
答:
示波器波形见附录。
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?
答:
调节电位器Rp2,改变偏移电压Ub,从而改变移相范围;移相与电位器Rp1、
Vct的大小等参数有关。
3.如果要求Uct=0时,=90˚,应如何调整?
答:
将SMCL-01的Ug输出电压调至0V,即将控制电压Uct调至0。
用示波器观
察1孔电压及U5的波形。
调节偏移电压Ub,即调节Rp2,使α=90°。
4.讨论分析其它实验现象。
答:
实验中一时无法观察到Ug1k1和Ug3k3的波形,后来发现由于脉冲Ug1k1和
Ug3k3输出端有电容影响。
所以观察输出脉冲电压波形时,需要将输出端Ug1k1和Ug3k3分别接到晶闸管的门极和阴极,才能观察到正确的脉冲波形。
5. 写出实验心得体会。
第一次做电力电子实验时我对实验设备还不太熟悉,有些手忙脚乱,而这次实验让
我对电力电子技术实验设备有了初步的认识。
在实验中,我发现通过实验观测到的波形并不像课本中画的那样完美,总是会有一些干扰信号,特别是观察负脉冲时,发现别的组都能观测到清晰的倒的三角形尖峰,而我们组怎样调都是很模糊的负尖峰。
本次试验让我对触发电路的原理有了进一步的了解。
移相范围的大小不仅可以通过调节Rp1,还可以通过调节Rp2。
实验三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-电感性负载下的工作特性。
2.熟悉NMCL-05组件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.实验线路及原理
见图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.NMCL-III实验台
2.NMCL-31或SMCL-01组件
3.NMCL-33组件,NMCL-05组件
4.MEL-03A组件,NMCL-331多电感组件
5.NMCL-32组件
6.双踪示波器
7.万用电表
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NMCL-05面板左上角的同步电压输入接到主控制屏的U、V输出端,“触发电路选择”拨向“锯齿波”。
2.将锯齿波触发电路上的Uct接着至SMCL-01上的Ug端,‘7’端地。
合上主电路电源开关,并打开NMCL-05面板右下角的电源开关。
观察NMCL-05锯齿波触发电路中各点波形是否正确,确定其输出脉冲可调的移相范围。
并调节偏移电阻SMCL-01上的RP1,使Uct=0时,α=180˚。
注意观察波形时须断开与晶闸管电路的连接。
3.单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载
按电路图2-1连接MEL-03A和NMCL-33。
(a)负载电阻Rd可选择900Ω电阻,并调节电阻负载至最大。
合上主电路电源,调节SMCL-01的给定电位器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。
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。
(b)采用类似方法,分别测取α=60˚,α=30˚时的Ud、Uvt波形。
4.单相桥式半控整流电路供电给电阻-电感性负载
(a)把负载换为阻感性负载(注电感必须与电阻串联)。
(b)SMCL-01的给定电位器RP1逆时针调到底,使Uct=0。
(c)合上主电源,调节Uct,使α=90˚,测取输出电压Ud=f(t)以及晶闸管端电压UVT=f(t)波形。
(d)调节Uct,使α分别等于60˚、30˚时,测取Ud,UVT波形。
七.实验报告
1.绘出单相桥式半控整流电路供电给电阻负载以及电阻-电感性负载情况下,当α=30˚、60˚、90˚时的Ud、UVT等波形图并加以分析。
下图分别为α=30˚、60˚、90˚时的波形:
2.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(α)及Ud/U2=f(α)曲线。
3.分析续流二极管作用及电感量大小对负载电流的影响。
答:
续流二极管都是并联在线圈的两端,线圈在通过电流时,会在其两端产生感应电动势。
当电流消失时,其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。
当反向电压高于元件的反向击穿电压时,会使元件如三极管、晶闸管等造成损坏。
续流二极管并联在线圈两端,当流过线圈中的电流消失时,线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉,从而保护了电路中的其它原件的安全。
4.写出实验心得体会。
本次实验做了很久都没成功,我们检查了很久也不知道哪里出了问题。
我发现老师在其他组讲解,便整理好实验台过去听讲。
我看见那一组调出了有些像的波形,但和课本还是有很多的不同之处,老师说这可能是因为触发信号的相位差不是180°,所以波形会有差异。
通过观察波形和老师的耐心讲解,我对单相桥式半控整流电路有了感性的认识。
我觉得做实验并不一定要成功,即使实验失败,在实验过程中也能加深对课本知识的理解,让自己能把理论知识和实际相联系。
图2-1单相桥式半控整流电路实验
实验四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及电阻-电感性负载下的工作特性。
3.熟悉NMCL-05锯齿波触发电路的工作。
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.NMCL-III教学实验台主控制屏
2.NMCL-32主控制屏
3.NMCL-05组件及SMCL-01或NMCL-31
4.MEL-03A组件和NMCL-331多电感组件
5.NMCL-35和NMCL-33组件
6.双踪示波器
7.万用表
五.注意事项
1.本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05挂箱。
2.负载电阻调节需注意。
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并且必须与电阻串联,需防止过大的电感造成可控硅不能导通。
4.NMCL-05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。
六.实验方法
1.将NMCL-05面板左上角的同步电压输入接NMCL-32的U、V输出端,“触发电路选择”拨向“锯齿波”。
2.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900Ω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,测量在不同角(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)的波形,并记录相应角时的输出电压Ud和UVT的波形。
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。
3.单相桥式全控整流电路供电给电阻-电感性负载
接上电路负载为阻感型,测量在不同控制电压Uct时的输出电压Ud=f(t),负载电流以及晶闸管端电压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,但负载电流不能超过0.8A,Uct从零起调。
改变电感值,观察=90˚,ud=f(t)、uVT=f(t)的波形,并加以分析。
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α=60°,90°时的
Ud、UVT波形,并加以分析。
答:
波形见附录,晶闸管的导通范围随α的增大而减小,大小为180°—α,U的输出波形为︱sinwt︱,每个周期的0~α角度的输出为0。
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、UVT波形,并加以分析。
答:
波形见附录,由于电感的作用,输入电压过零变负是晶闸管中仍有电流流过,并不关断,直至wt=π+α,即下个脉冲来临时,才使前两组晶闸管关断,因此Ud将出现负的波形,负值出现的角度长为α。
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(α)及Ud/U2=f
(α)。
4.实验心得体会。
答:
前两次实验都成功地测出了波形,但是这次实验怎么也测不出正确的波于是我用示
波器从后往前逐个测量波形,发现触发电路的输出信号不正常。
于是我断开整流电路部分,专门检测触发信号,发现触发信号的输出端G1K1和G2K2没有信号输出,而G3K3和G4K4能输出正常波形,实验便无法继续。
我便加入其他组,听老师讲解,加深了对单相桥式全控整流电路的理解。
图3-1单相桥式全控整流电路
实验五三相半波可控整流电路实验
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情况。
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4-1。
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特性。
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特性。
四.实验设备及仪表
1.NMCL-III教学实验台主控制屏
2.NMCL-32主控制屏
3.NMCL-05组件及SMCL-01或NMCL-31
4.MEL-03A组件和NMCL-331多电感组件
5.NMCL-35和NMCL-33组件
6.双踪示波器
7.万用电表
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0.8A,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4-1接线,未上主电源之前,检查晶闸管的脉冲是否正常。
(1)打开MCL-18电源开关,给定电压有电压显示。
(2)用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔,应有间隔均匀,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1V-2V的脉冲。
2.研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作
(a)合上主电源,接上电阻性负载,改变控制电压Uct,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)与晶闸管端电压UVT=f(t),并记录相应的Ud、UVT值。
(b)求取三相半波可控整流电路的输入-输出特性Ud/U2=f(α)。
3.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
接入NMCL-331的电抗器L=700mH,,可把原负载电阻Rd调小,监视电流,不宜超过0.8A(若超过0.8A,可用导线把负载电阻短路),操作方法同上。
(a)观察不同移相角α时的输出Ud=f(t)、UVT=f(t),并记录相应的Ud、Uvt值,记录α=90˚时的Ud=f(t)、Uvt=f(t)波形图。
(b)求取整流电路的输入-输出特性Ud/U2=f(α)。
七.实验报告
1.绘出本整流电路供电给电阻性负载,电阻-电感性负载时的Ud=f(t)及Uvt=f(t)(在α=90˚情况下)波形,并进行分析讨论。
2.根据实验数据,绘出整流电路的负载特性Ud=f(Id),输入-输出特性Ud/U2=f(α)。
八.思考
1.如何确定三相触发脉冲的相序?
它们间分别应有多大的相位差?
2.根据所用晶闸管的定额,如何确定整流电路允许的输出电流?
图4-1三相半波可控整流电路
实验六三相桥式全控整流电路实验
一.实验目的
1.熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。
2.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带纯电阻负载时的工作特性。
2.三相桥式全控整流电路带阻感负载时的工作特性。
三.实验线路及原理
实验线路如图5-1所示。
主电路由三相全控整流电路组成。
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信号。
三相桥式整流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
1.NMCL-III教学实验台主控制屏
2.NMCL-32主控制屏
3.NMCL-05组件及SMCL-01或NMCL-31
4.MEL-03A组件和NMCL-331多电感组件
5.NMCL-35和NMCL-33组件
6.双踪示波器
7.万用表
五.实验方法
1.按图5-1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-32电源开关。
(2)用示波器观察NMCL-33的脉冲观察孔,应有间隔均匀,相互间隔60˚的幅度相同的双脉冲。
(3)检查相序,用示波器观察“1”,“2”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1V-2V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VT1~VT6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SMCL-01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
(1)带电阻负载
按图5-1接线,将负载电阻R调至最大,合上主电源,调节Uct,使在30°~150°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。
(2)带电阻-电感负载
调节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。
六.实验报告
1.画出电路的移相特性Ud=f()曲线
2.画出三相桥式全控整流电路分别在纯电阻负载时和阻感负载时,角为30°、60°、90°时的ud、uVT波形
答:
波形见附录。
3.实验心得体会。
现在做实验已对实验器材有了较多的理解,虽然实验还不能有较好的理解和较高的实验效率,但实验已经可以较成功地完成,团队的作用也很大,大家一起动手,连接线路,检查线路,测量相应部位电压电流,对比理论结果,一起才能做得更好效率更高,预习也是很重要的一个部分,没有预习做实验时进展缓慢,得出来试验结果也不太理想,出现前错误也不能快速查找出来,下次需要好好预习细心实验。
图5-1三相桥式全控整流电路实验
实验七直流降压斩波电路实验
一.实验目的
熟悉降压斩波电路(BuckChopper)的工作原理,掌握降压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.降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
2.NMCL-16组件
3.MEL-03A电阻箱(900Ω/0.41A)或其它可调电阻盘
4.万用表
5.双踪示波器
四.实验方法
1.SG3525的调试。
原理框图见图6-1。
图6-1PWM波形发生
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”,用导线分别连接“5”、“6”、“9”,再将扭子开关S2扭向“ON”,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。
2.实验接线图见图6-2。
图6-2升压斩波电路
(1)切断NMCL-16主电源,分别将“主电源2”的“1”端和“降压斩波电路”的“1”端相连,“主电源2”的“2”端和“降压斩波电路”的“2”端相连,将“PWM波形发生”的“7”、“8”端分别和降压斩波电路VT1的G1,S1端相连,“降压斩波电路”的“4”、“5”端串联MEL-03电阻箱(将两组900Ω/0.41A的电阻并联起来,顺时针旋转调至阻值最大约450Ω),和直流安培表(将量程切换到2A挡)。
(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)实验完成后,断开主电路电源,拆除所有导线。
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