电力电子实验指导书2.docx
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电力电子实验指导书2.docx
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电力电子实验指导书2
电力电子实验指导书(2013)-2
实验一三相桥式全控整流实验
一.实验目的
1.熟悉MCL-18,MCL-33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。
3.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
2.观察整流下或模拟电路故障现象时的波形。
三.实验线路及原理
实验线路下图所示。
主电路由三相全控变流电路桥给直流电机供电。
可实现直流电动机的调压调速。
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链。
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.电机导轨及测速发电机(或光电编码器)
4.二踪示波器
5.万用表
五.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)打开MCL-18电源开关,给定电压有电压显示。
(2)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。
(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)用示波器观察同步变压器电压和触发脉冲波形,观察移相控制过程并记录波形。
其中一个探头接脉冲信号另一个接同步电压信号,两探头共15V地线。
注:
将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
GT和AP1已内部连线无需接线。
将
接地。
(5)将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端,调节偏移电压Ub,在Uct=0时,使α=150o。
2.三相桥式全控整流电路供电直流电动机调压调速实验
(1)按上图接线,UVW电源线按实验板指定颜色接入保存相序正确,经指导教师检查后方可送电。
送电前注意将给定电位器逆时针转到底,保证给定为0V或负给定。
(2)送电顺序合上电源总开关后先送控制电源,再按启动按扭送主回路电源。
停机时前将给定电压降至零,按先停主电源后停控制电源顺序停电。
(3)调节Uct,移相控制整流电压,缓慢升速,用示波器观察记录转速为400、800、1200转/分时,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,计算相应的移相控制角数值。
(4)电路模拟故障现象观察。
在整流状态时,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。
六.实验报告
1.记录同步变压器电压和触发脉冲波形,记录转速为400(800、1200)转/分时,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,计算相应的移相控制角数值。
2.搭建三相桥式全控整流电路仿真带电阻电感负载模型,仿真α角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形。
3.分析实测波形和理论波形的异同点。
实验接线图
实验二直流斩波电路(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
1SG3525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
2MCL-22组件
3示波器
4万用表
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
先按下开关s1
(1)锯齿波周期与幅值测量(分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况)。
测量“1”端。
(2)输出最大与最小占空比测量。
测量“2”端。
2.buckchopper
(1)连接电路。
将UPW(脉宽调制器)的输出端2端接到斩波电路中IGBT管VT的G端,分别将斩波电路的1与3,4与12,12与5,6与14,15与13,13与2相连,照面板上的电路图接成buckchopper斩波器。
(2)观察负载电压波形。
经检查电路无误后,按下开关s1、s8,用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压,调节upw的电位器rp,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
(3)观察负载电流波形。
用示波器观察并记录负载电阻R4两端波形
(4)改变脉冲信号周期。
在S2、S3、S4合上与断开多种情况下,重复步骤
(2)、(3)
(5)改变电阻、电感参数。
可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的,也可改变电阻,观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形,并分析电路工作状态。
3.boostchopper
(1)照图接成boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
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r选r4或r6。
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选r4或r6。
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r选r4或r6。
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r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper。
实验报告
1 画出buckchopper 和Boostchopper电路原理图。
2用示波器观测并记录IGBT
电压波形,记录输出电压
的电压波形。
3调节给定电压调节输出电压,用表格记录给定电压、占空比与输出电压的关系。
4在IGBTCE端并联RCD缓冲电路,记录IGBT
和输出电压
的电压波形。
5搭建buckchopper 和Boostchopper电路的MATLAB仿真模型,比较IGBT
和输出电压
的电压波形与实测波形的异同并分析原因。
实验三单相正弦波(SPWM)逆变电源研究
一.实验目的
1.掌握单相正弦波(SPWM)逆变电源的组成、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.实验内容
1.正弦波发生电路调试。
2.PWM专用集成电路SG3525性能测试。
3.带与不带滤波环节时的负载两端,MOS管两端以及变压器原边两端电压波形测试。
4.滤波环节性能测试。
5.不同调制度M时的负载端电压测试。
三.实验系统组成及工作原理
能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路,或称逆变器。
单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。
本实验系统对单相推挽逆变电路进行研究。
推挽逆变器的主要优点是在任何时刻导通的开关不会多于一个,对于输出相同的功率,开关损耗比较小,因此,特别适用于由低直流电压(如电池)供电的场合。
另外,两个开关管的驱动信号是共地的,可简化驱动电路,其不足是变压器原边绕组利用率低,当变压器原边两个绕组不完全对称时或者两开关器件特性不对称时,还可能出现直流磁化饱和现象。
逆变器主电路开关管采用功率MOSFET管,具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率较高的特点。
当开关其间VT1、VT2轮流导通,再经推挽变压器升压后,即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。
脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525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50Hz正弦波(我们这里仅需得到频率固定的50Hz可变电源,若需获得频率也可变的交变电源,则只需在9脚处加入一个幅值与频率均可变的正弦波即可),与5脚处的锯齿波信号进行比较,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,正常M≤1。
考虑到5脚处的锯齿波如图5—6a所示,锯齿波的顶点UH约为3.3V,谷点UL约为0.9V。
图5—6
为此,正弦波信号必须如图5—6b所示,即其峰—峰值必须在0.9V~3.3V范围内变化。
正弦波发生电路如图5—7所示。
由图5—7可知,正弦波发生器由两部分组成,前半部分为RC串并联型正弦波振荡器,振荡频率设定在50Hz,调节电位器RP(即实验挂箱面板上的幅度调节电位器),即可调节正弦波峰—峰值,从而调节SPWM信号的脉冲宽度以及逆变电源输出基波电压的大小。
正弦波发生器的后半部分为移位电路,将正负对称的正弦波移位到第一象限,并使正弦波的谷点在0.9V之上。
四.实验设备和仪器
1.MCL-11实验挂箱
2.万用表
3.双踪示波器
五.实验方法
1.认真阅读实验指导书与有关教材。
掌握用SG3525芯片产生SPWM信号的原理与RC串并联正弦波发生器的工作原理,以及推挽式单相正弦波逆变电源的工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2.主电路接线
见图5—8。
将主电路的“9”与“12”端相连。
(1)正弦波发生器测试
测量1端正弦波信号的频率,最大与最小峰—峰值,正弦波的谷点偏离横坐标的数值以及正弦波上、下半波的对称性。
(2)SG3525性能的测试
a.锯齿波周期与顶点UH、谷点UL测量(分开关S2合上与断开两种情况)。
b.正弦波与锯齿波的配合调试。
当正弦波发生器的幅度调节电位器在任意位置时,都能与锯齿波有符合要求的相交点,使在“3”端能得到正确的SPWM控制信号。
c.调制度M测量
当幅度调节电位器左旋到底与右旋到底时,测出对应的最小与最大调制度M。
3.MOS管的驱动波形测试
用双踪示波器观察并记录“3”、“4”与地端间波形(只需看部分SPWM波形),当改变幅度调节电位器位置时,应使该波形均符合互补的要求。
4.不带滤波环节时的MOS管两端电压,输出变压器原边N11、N12两端电压以及负载端波形测试,(只需测试部分SPWM波形)。
(1)主电路接线同上,S2放在断开位置,幅度调节电位器旋转到大致中间的位置。
(2)观察并记录上述波形。
5.带滤波环节时的MOS管两端电压,输出变压器原边N11、N12两端电压以及负载端波形测试。
(1)将主电路的“9”与“10”及“11”与“12”相连,断开“9”与“12”端的相连,幅度调节电位器仍旋在上述位置。
(2)观察并记录上述波形。
6.不同调制度M时的负载端电压测试
(1)主电路接线同上。
(2)将幅度调节电位器从左向右旋转4~5个位置,分别观察并记录负载端电压幅值与波形。
7.不同载波频率时的滤波效果比较
在S2合上与断开情况下,观察并记录负载两端波形。
六.实验报告
1.列出正弦波信号的实测数据。
2.在开关S2断开与合上条件下,画出SG3525的5脚的锯齿波,并注明周期、顶点UH、谷点UL。
3.所测得的最小与最大调制度M值。
4.画出MOS管的部分驱动波形。
5.画出不带与带滤波环节时的MOS管两端,N11、N12两端以及负载电压波形,并与理想波形相比较,试分析两者相差的原因。
6.列出不同M值时的负载端电压值并画出曲线。
7.画出不同负载频率时的负载端电压曲线,并说明提高载波频率对滤波效果以及对输出变压器工作的影响。
8.试说明实验系统单相正弦波逆变电源的优缺点及使用场合。
9.实验的收获、体会与改进意见。
七.思考题
1.实验系统中SG3525采用单端输出,能否改用双端输出?
为什么?
2.当调制度M>1后系统能否正常工作?
与M<1相比较有何不同?
八.注意事项
在合上交流电源开关之前,应检查+15V电源开关S1是否处于断开状态。
实验四采用自关断器件的单相交流调压电路研究
一.实验目的
1.掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2.熟悉PWM专用集成电路SG3525的组成、功能、工作原理与使用方法。
二.实验内容
1.PWM专用集成电路SG3525性能测试
2.控制电路相序与驱动波形测试
3.带与不带电感时负载与mos管两端电压波形测试
4.在不同占空比条件下,负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。
三.实验系统组成及工作原理
随着自关断器件的迅速发展,采用晶闸管移相控制的交流调压设备,已逐渐被采用自关断器件(GTR、MOSFET、IGBT等)的交流斩波调压所代替,与移相控制相比,斩波调压具有下列优点:
(1)谐波幅值小,且最低次谐波频率高,故可采用小容量滤波元件;
(2)功率因数高,经滤波后,功率因数接近于1。
(3)对其他用电设备的干扰小。
因此,斩波调压是一种很有发展前途的调压方法,可用于马达调速、调温、调光等设备。
本实验系统以调光为例,进行斩波调压研究。
斩波调压的主回路由MOSFET及其反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。
当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时,则负载电阻RL上的电压波形如图5—9b所示(输出端不带滤波环节时),显然,负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变,当输出端带有滤波环节时的负载端电压波形如图5—9c所示。
脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生,有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。
控制系统中由变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时,MOS管VT1导通;而当交流电源的1端为正时,MOS管VT2导通。
四.实验设备和仪器
1.MCL-22实验挂箱2.万用表3.双踪示波器
五.实验方法
1.SG3525性能测试
先按下开关s1。
(1)锯齿波周期与幅值测量(分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况)。
测量“1”端。
(2)输出最大与最小占空比测量。
测量“2”端。
2控制电路相序与驱动波形测试
将“UPW”的2端与控制电路的4端相连。
将电位器RP左旋到底,按下开关s1、s6、s7,用双踪示波器观察并记录下列各点波形:
(1)控制电路的1、2与地端间波形,应仔细测量该波形是否对称互补;
(2)控制电路的3、5与地端间波形;
(3)主电路的4与5及6与5端间波形;
3.不带电感时负载与mos管两端电压波形测试
将主电路的3与4短接,将upw的电位器Rp右旋到大致中间的位置,测试并记录负与mos管两端电压波形
4带电感时负载与mos管两端电压波形测试
将主电路的3与4不短接,将upw的电位器rp右旋到大致中间的位置,测试并记录负载与mos管两端电压波形
5不同占空比D时的负载端电压测试
实验中,将电位器rp从左至右旋转4-5个位置,分别观察并记录SG3525的输出2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形
6不同载波频率时的滤波效果比较
使电感接入电路,在s2、s3、s4合上与断开多种情况下,观察并记录负载两端波形。
7不同占空比d时的负载端谐波大小的测试
分别观察并记录Rp左旋与右旋到底时的负载端波形,从而判断出占空比d大小对负载端谐波大小的影响。
8输入电流的位移因数测试
(1)将主电路的3、4两端用导线短接,即不接入电感
(2)在不同占空比条件下,用双踪示波器同时观察并记录2与1端和2与6端间波形。
五.思考题
1当主电路接纯电阻负载(即将电感短路)时,可见负载电压波形存在死区,其产生的原因是什么?
2当主电路接电感性负载时,在电压的过零点会出现一尖峰脉冲,且其幅值随占空比的增大而增大。
试分析其产生的原因以及抑制的方法。
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