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电力电子技术基础实验指导书gg

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2020年4月19日
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电力电子技术基础实验指导书

南昌大学信息工程学院
电气与自动化实验中心

目 录

实验一 锯齿波同步移相触发电路实验…………………………......1
实验二 单相桥式全控整流电路实验…………………………..……....3
实验三 三相桥式全控整流电路实验………………………………....6
实验四 直流斩波电路实验………………………………….……......8

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”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a=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，a=180˚，Uct=Umax时，a=30˚，以满足移相范围a=30˚~180˚的要求。
5．调节Uct，使a=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。
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，a=90˚，应如何调整？
4．讨论分析其它实验现象。
5. 写出实验心得体会。

实验二 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而且必须与电阻串联，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a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a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a=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a=30˚，60˚，90˚时的ud、uVT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a=30˚，60˚，90˚时的ud、uVT波形，并加以分析
3．写出实验心得体会。

图3-1 单相桥式全控整流电路 实验三 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a=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a在30°~150°范围内，用示波器观察记录a=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a在30°~90°范围内，用示波器观察记录a=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(a)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，a角为30°、60°、90°时的ud、uVT波形
3．实验心得体会。

图5-1 三相桥式全控整流电路实验实验四 直流斩波电路实验
一．实验目的
熟悉降压斩波电路（Buck Chopper）和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理，掌握这两种基本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。
3．升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6-1 PWM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）切断主电路电源，断开“主电源2”和“降压斩波电路”的连接，断开“PWM波形发生”与VT1的连接，分别将“升压斩波电路”的“6”和“主电源2”的“1”相连，“升压斩波电路”的“7”和“主电源2”的“2”端相连，将VT2的G2和S2分别接至“PWM波形发生”的“7”和“8”端，升压斩波电路的“10”、“11” 端，分别串联MEL-03电阻箱（两组分别并联，然后串联在一起顺时针旋转调至阻值最大约900Ω）和直流安培表（将量程切换到2A挡）。
检查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。改变脉冲占空比D，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，记录PWM信号占空比D，ui、u0的平均值Ui和U0。
（5）改变负载R的值（注意：负载电流不能超过1A），重复上述内容4。
（6）实验完成后，断开主电路电源，拆除所有导线。

五．注意事项：
（1）“主电源2”的实验输出电压为15V，输出电流为1A，当改变负载电路时，注意R值不可过小，否则电流太大，有可能烧毁电源内部的熔断丝。
（2）实验过程当中先加控制信号，后加“主电源2”。
（3）做升压实验时，注意“PWM波形发生器”的“S1”一定要打在“直流斩波”，如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电源2”内部的熔断丝。

六．实验报告
1．分析PWM波形发生的原理
2．记录在某一占空比D下，降压斩波电路中，MOSFET的栅源电压波形，输出电压u0波形，并绘制降压斩波电路的Ui/Uo-D曲线，与理论分析结果进行比较，并讨论产生差异的原因。