1、電力電子綜合實驗報告( 2014 - 2015 年度 第 1 學期)名 稱： 電力電子綜合實驗 院 系： 電氣與電子工程學院 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 設(shè)計周數(shù)： 一周 成 績： 日 期： 年 月 日- 年 月 日 課程 綜合實驗報告實驗1：直流斬波電路一、 實驗?zāi)康? 熟悉斬波電路buck chopper 、boost chopper 、buck-boost的工作原理，掌握斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。2 掌握斬波電路的連接，斬波電路的波形觀察及電壓測試方法。二、 實驗設(shè)備及儀器1電力電子教學試驗臺主控制屏2MCL-22組件3雙蹤示波器4萬用表三、 實驗內(nèi)容和要求1 Buc

2、k Chopper圖1- 1 (1)連接電路。按照面板上的電路圖接成buck chopper斬波器。將PWM波形發(fā)生器產(chǎn)生的觸發(fā)信號接入VT1的G端，注意須將VT1的E端和PWM波形發(fā)生器的“地”相連接。(2)觀察電壓波形。同時觀察輸出電壓Uo的波形和輸入電壓E的波形；改變觸發(fā)脈沖的占空比，觀察負載電壓的變化；記錄占空比為0.5時，輸出電壓Uo的波形和輸入電壓E的波形（應(yīng)用兩個示波器探頭同時測量）并應(yīng)用萬用表測量E和Uo的值（記錄數(shù)據(jù)）。 自定2個不同的占空比，觀察波形變化并驗證輸出和輸入的數(shù)量關(guān)系。 (3)觀察負載電流波形。用示波器觀察并記錄流過負載的電流波形（電阻R兩端波形）。2 Boos

3、t Chopper圖1- 2 (1)連接電路。按照面板上的電路圖接成boost chopper斬波器。將PWM波形發(fā)生器產(chǎn)生的觸發(fā)信號接入VT1的G端，注意須將VT1的E端和PWM波形發(fā)生器的“地”相連接。 (2)觀察電壓波形。同時觀察輸出電壓Uo的波形和輸入電壓E的波形；改變觸發(fā)脈沖的占空比，觀察負載電壓的變化；記錄占空比為0.5時，輸出電壓Uo的波形和輸入電壓E的波形（應(yīng)用兩個示波器探頭同時測量）并應(yīng)用萬用表測量E和Uo的值（記錄數(shù)據(jù)）。 自定2個不同的占空比，觀察波形變化并驗證輸出和輸入的數(shù)量關(guān)系。3 buck-boost chopper圖1- 3照圖接成buck-boost chopp

4、er電路，實驗內(nèi)容自行設(shè)計。四、 實驗結(jié)果記錄與分析1. Buck Chopperu0（V）E（V）計算值E（V）0.57.2014.727.360.628.9114.729.130.45.3914.725.89表1- 1輸出電壓波形： 圖1- 4 =0.5 圖1- 5 =0.62 圖1- 6 =0.4隨著占空比的增加，輸出電流波形變化如下，其平均值也逐漸增大。 圖1- 7 圖1- 8 圖1- 9當輸出連續(xù)電流時，對應(yīng)的輸出電壓波形： 圖1- 10 圖1- 11當輸出斷續(xù)電流波形時，對應(yīng)的輸出電壓波形： 圖1- 12 圖1- 13波形分析：輸出電流斷續(xù)的原因在于負載中的L較小，且晶閘管導通時間

5、較短，當晶閘管關(guān)斷后，L上的儲存的能量不足，R會消耗完L的儲能，因此負載電流會衰減到零。而輸出電壓就等于電源的電動勢。因此波形中出現(xiàn)了臺階。2. Boost Chopperu0(V)E(V)E1-(V)0.528.1514.6629.320.6336.8314.6639.620.0815.3014.7015.98表1- 2 圖1- 14 =0.5 圖1- 15 =0.63 圖1- 16 =0.083. Buck- Boost Chopperu0(V)E(V)E1-(V)0.512.8514.7214.720.6323.0514.7025.030.080.87914.731.28表1- 3 圖1

6、- 17 =0.5 圖1- 18 =0.63 圖1- 19 =0.08實驗2：三相橋式全控整流電路及有源逆變工作狀態(tài)一、實驗?zāi)康?. 熟悉三相橋式全控整流電路的接線、器件和保護情況。2. 明確對觸發(fā)脈沖的要求。3. 掌握電力電子電路調(diào)試的方法。4. 觀察在電阻負載、電阻電感負載情況下輸出電壓和電流的波形。5. 模擬故障情況，觀察故障下的輸出電壓波形。6. 觀察整流電路在有緣逆變情況下輸出電壓和電流的波形。二、實驗儀器1MCLIII教學實驗臺主控制屏。2MCL33組件及MCL35組件。3雙蹤示波器4 萬用表5電阻（燈箱）三、實驗原理實驗線路圖見后面。主電路為三相全控整流電路，三相橋式整流的工作原

7、理可參見“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。圖2- 1四、實驗方法及步驟1按圖接好主回路。2接好觸發(fā)脈沖的控制回路。將給定器輸出Ug接至MCL-33面板的Uct端，將MCL-33 面板上的Ublf接地。 打開MCL-32的鑰匙開關(guān)，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察MCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔60o的幅度相同的雙脈沖。（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。 3三相橋式全控整流電路（1）電路帶電阻負載（燈箱）的情況下：調(diào)節(jié)Uct（Ug），使a在30o90o范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄a=3

8、0O、60O、90O時，整流電壓Ud=f(t)，晶閘管兩端電壓UVT=f(t)的波形，并用萬用表記錄相應(yīng)的Ud和交流輸入電壓U2數(shù)值。（2）電路帶阻感負載的情況下：在負載中串入700mH的電感調(diào)節(jié)Uct（Ug），使a在30o90o范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄a=30O、60O、90O時，整流電壓Ud=f(t)，晶閘管兩端電壓UVT=f(t)的波形，并用萬用表記錄相應(yīng)的Ud和交流輸入電壓U2數(shù)值。4電路模擬故障現(xiàn)象觀察。在a=60O時，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導通，觀察并記錄此時的Ud波形。5. 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)觀察直接使用NMCL-22上由六個二極

9、管組成的電路或者用MCL-33的六個二極管對U、V、W三相整流構(gòu)成直流電動勢，二極管橋和晶閘管橋之間串聯(lián)接入燈箱。接通電源，調(diào)節(jié)觸發(fā)角的值。觀察全橋輸出電壓Ud波形。五、 數(shù)據(jù)記錄與分析（1）電阻負載和阻感負載下波形與數(shù)據(jù)記錄306090UdU2UdU2UdU2R L130.061.677.261.63.3562.6R130.061.577.161.613.1264表2- 1輸出電壓波形圖（左圖為Ud，右圖為UVT1）電阻負載 =30 圖2- 2 圖2- 3電阻負載 =60 圖2- 4 圖2- 5電阻負載 =90 圖2- 6 圖2- 7阻感負載時，輸出電壓波形和晶閘管VT1兩端的電壓波形：電阻

10、負載 =30 圖2- 8 圖2- 9電阻負載 =60 圖2- 10 圖2- 11電阻負載 =90 圖2- 12 圖2- 13輸入與輸出電壓數(shù)量關(guān)系的驗證：306090UdU2計算值UdU2計算值UdU2計算值R L130.061.6124.877.261.672.13.3562.60R130.061.5124.677.161.672.113.126420.1驗證公式：電阻負載：060 Ud=2.34U21+cos+3阻感負載：090 Ud=2.34U2cos由上表可知，在=30，=60時，帶電阻負載或阻感負載的輸出電壓Ud測量值與計算值誤差很小，可以認為與公式相符；而=90時，誤差較大。分析原

11、因可能是：觸發(fā)角不是嚴格的=90，帶電阻負載時，實際90；帶阻感負載時，=90為臨界觸發(fā)角，外部干擾或電路內(nèi)部干擾使晶閘管自行關(guān)斷，導致Ud偏小。（2）故障分析=60時，斷開VT1觸發(fā)脈沖，則VT1相當于開路，其他晶閘管導通不受影響。由于VT1不能導通，使得原來VT1導通的時間段內(nèi)，輸出電壓為0。VT1正常時波形如圖2-14，為六脈動波形，故障時波形如圖2-15： 圖2- 14 圖2- 15 （3）有源逆變狀態(tài)的輸出電壓波形采用二極管對220V三相電壓整流，輸出的直流電壓大于晶閘管電路對110V電壓的整流輸出電壓。調(diào)節(jié)觸發(fā)角，至觸發(fā)角大于90時，此時燈泡異常明亮，因為兩個此時，三相全控整流電路

12、工作在逆變狀態(tài)下，能量均是從直流側(cè)流向交流側(cè)。 圖2- 16實驗3：H橋DC/DC換流器一、 實驗?zāi)康?掌握開環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成、原理及各主要單元部件的工作原理。2熟悉直流PWM專用集成電路SG3525的組成、功能與工作原理。3熟悉H型PWM變換器的各種控制方式的原理與特點。二、 實驗內(nèi)容1PWM控制器SG3525性能測試。2控制單元測試。3H型PWM變換器性能測試。三、 實驗系統(tǒng)的組成和工作原理 在中小容量的直流傳動系統(tǒng)中，采用自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)速系統(tǒng)比相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性，因而日益得到廣泛應(yīng)用。PWM變換器主電路系采用H型結(jié)構(gòu)形式，UPW為脈寬調(diào)制器，DLD為邏輯延時環(huán)節(jié)。脈寬調(diào)

13、制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試，故獲得廣泛使用。四、 實驗設(shè)備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2 NMCL-22實驗箱。3直流電動機M03及測速發(fā)電機4雙蹤示波器、萬用表。五、 實驗方法采用NMCL22掛箱1 控制電路的測試邏輯延時時間的測試將UPW的“2”端與DLD(邏輯延遲環(huán)節(jié))的“1”相連接。用示波器同時觀察DLD的“2”端和“3”端。記錄延遲時間td。2 DC/DC帶電阻負載1）將H橋的U、V、W分別與

14、電源的U、V、W相連。H橋的1、3相連。2）將電阻負載以串聯(lián)的方式（燈箱）接入“6”端和“7”端。3）調(diào)整RP2電位器，將占空比調(diào)整為50%。合上主電源，觀察并記錄負載兩端的電壓波形，同時觀察燈泡的亮度。4）調(diào)整RP2，使占空比為0.25，用萬用表記錄H橋輸出的電壓值（參考方向為6-7），同時觀察燈泡的亮度有何變化。5) 調(diào)整RP2，使占空比為0.75，用萬用表記錄H橋輸出的電壓值（參考方向為6-7）同時觀察燈泡的亮度有何變化。6) 實驗完畢，斷開主電源。3 DC/DC帶電阻-電感（燈箱與700mH電感串聯(lián)）負載1）拆掉電阻負載2）將電阻-電感負載以串聯(lián)的方式（燈箱）接入“6”端和“7”端3）

15、調(diào)整RP2電位器，將占空比調(diào)整為50%。合上主電源，觀察并記錄H橋的“6”端和“7”端輸出電壓的波形。4）調(diào)整RP2，使占空比為0.25，記錄H橋輸出的電壓波形和電壓值（參考方向為6-7），同時觀察燈泡兩端的亮度變化。5) 調(diào)整RP2，使占空比為0.75，記錄H橋輸出的電壓波形和電壓值（參考方向為6-7），同時觀察燈泡兩端的亮度變化。6）實驗完畢，斷開主電源。六、 實驗記錄與分析1 控制電路的測試邏輯延時時間的測試圖 3- 1 延遲時間td=900 ns2 DC/DC帶電阻負載U0（V）現(xiàn)象0.50.18燈泡亮度相同0.25169.80.75197.5表 3- 1 電阻負載時不同占空比的輸出電

16、壓和現(xiàn)象輸出電壓U0波形圖： 圖 3- 2 =0.5 圖 3- 3 =0.25 圖 3- 4 =0.75現(xiàn)象分析：不同占空比時，輸出的電壓波形變化，但是電壓的有效值相同，所以燈泡的亮度基本不變。3 DC/DC帶電阻-電感（燈箱與700mH電感串聯(lián)）負載U0（V）現(xiàn)象0.50.250.75表 3- 2 阻感負載時不同占空比的輸出電壓和現(xiàn)象 圖 3- 5 =0.5 圖 3- 6 =0.25 圖 3- 7 =0.75實驗4：H橋DC/AC換流器一、實驗?zāi)康?掌握單相正弦波（SPWM）逆變電路的組成、工作原理、特點、波形分析與使用場合。2熟悉正弦波發(fā)生電路、PWM專用集成電路SG3525的工作原理與使

17、用方法。二、實驗儀器1. MCLIII教學實驗臺主控制屏2. NMCL-22實驗3. 雙蹤示波器4. 萬用表三、脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生原理脈寬調(diào)制信號由專用集成芯片SG3525產(chǎn)生。SG3525芯片不僅能產(chǎn)生頻率靈活可變的方波，而且可輸出正弦PWM（SPWM）信號，以提高后接變壓器的工作頻率。為了使SG3525產(chǎn)生一個SPWM信號，可在芯片的9腳處加入一個幅度可變的正弦波（圖b），與5腳處的鋸齒波（圖a）信號進行比較，從而獲得SPWM控制信號，改變正弦波的幅值，即改變調(diào)制度M（調(diào)制度定義為正弦波調(diào)制波峰Urm與鋸齒波載波峰值Utm之比，即M=Urm/Utm）就可以改變輸出電壓的幅值，.圖4- 1四、

18、實驗內(nèi)容和方法1. SPWM波形的觀察 （1）觀察“SPWM波形發(fā)生器”的正弦信號Ur波形（2端對地），改變正弦波頻率調(diào)節(jié)電位，測試其頻率可調(diào)范圍。（2）觀察三角波Uc的波形（1端對地），觀察并記錄其頂點UH、谷點UL， 測試并記錄其頻率范圍。（3）觀察經(jīng)過三角波和正弦波比較后得到的SPWM（3端對地）。2. 邏輯延時時間的測試將SPWM波形發(fā)生電路的“3”端與DLD電路的“1”端相連，用雙蹤示波器同時觀察DLD電路的“1”、“3”端波形，并記錄延時時間Td。（該步驟做完后，不要拆這根連線）3. 帶電阻負載時輸出電壓的測試。（1）將NMCL-22掛箱的U、V、W與電源的U、V、W相連接。（2）

19、將電阻（燈箱）接入“6”、“7”端。（3）合上主電路電源，觀察并記錄負載電壓的波形，記錄其幅值。注意：為便于觀察輸出的電壓波形，需要把三角波頻率調(diào)至最低，把正弦波頻率調(diào)至最高。將示波器的掃描周期調(diào)至2ms，按“stop”按鈕將波形定住。此時調(diào)整示波器的掃描周期，觀看波形局部變化，是否能看到等幅不等寬的波形。（4）測試完畢，斷開主電源。4. 帶電阻-電感負載時波形的觀察（1）將電容與電阻并聯(lián)后與電感串聯(lián)，然后接入“6”、“7”端，其中電感選用700mH。（2）將正弦波幅值調(diào)整到中間位置，合上主電源，用示波器觀察并記錄電阻兩端的電壓波形。（3）調(diào)整三角波載波的頻率，觀察電容兩端的電壓波形及電壓值（

20、交流）發(fā)生了什么變化。（4）調(diào)整正弦波調(diào)制信號的頻率，觀察電容兩端的電壓波形及輸出電壓值的頻率發(fā)生了什么變化。（5）調(diào)整正弦波調(diào)制信號的幅值，觀察電容兩端的電壓波形及電壓值（交流）發(fā)生了什么變化。五、實驗結(jié)果記錄與分析1. SPWM波形觀察（1）正弦波頻率可調(diào)范圍：2.86Hz53.19Hz圖4- 2 正弦調(diào)制波形（2）三角波頻率可調(diào)范圍：2103Hz11.4103Hz圖4- 3 三角載波波形（3）經(jīng)過三角波和正弦波比較后得到的SPWM波形圖4- 4 SPWM波形2. 帶電阻負載時輸出電壓的測試圖4- 5當示波器掃描時間為1ms時，輸出電壓波形如圖4-5上半部分所示；局部放大后，觀察到幅值近似

21、相同、寬度呈正弦分布的矩形波，如圖4-5下半部分所示。3. 帶電阻-電感負載時波形的觀察（1） 輸出電壓波形的幅值，頻率不受三角載波幅值變化的影響。（2） 輸出電壓波形的幅值，頻率不受三角載波頻率變化的影響，但可改變輸出電壓波形中的諧波含量。如圖4-7是改變載波頻率后輸出波形變化。 圖4- 6 圖4- 7（3） 輸出的電壓幅值與正弦波調(diào)制信號的幅值正相關(guān)，即輸出電壓頻率隨著正弦波調(diào)制信號頻率的降低而降低。（4） 輸出的電壓頻率與正弦波調(diào)制信號的頻率正相關(guān)，即輸出電壓頻率隨著正弦波調(diào)制信號頻率的降低而降低。如圖4-8，增加調(diào)制波頻率，減小其幅值后，輸出電壓變成4-9。 圖4- 8 圖4- 9將圖

22、4-10減小調(diào)制波頻率，增大其幅值后，輸出波形變成4-11。 圖4- 10 圖4- 114. 問題思考（1）在逆變電路中二極管的作用是為電感續(xù)流提供通道。（2）SPWM實驗與DC/DC實驗的相同點：二者主電路結(jié)構(gòu)相同；不同點：SPWM實驗為雙極性控制方式，而DC/DC（2）實驗為單極性控制方式。（3）在SPWM逆變電路中，同一相上下兩個臂的驅(qū)動信號需要死區(qū)時間，防止同一橋臂兩個IGBT同時導通。若同一橋臂的兩個IGBT同時導通，將會使電源短路,故在換相時需要預(yù)留一段時間，使一個IGBT完全截止后，再使另一個IGBT導通。實驗5：交流調(diào)壓電路一、 實驗?zāi)康?、 掌握交流調(diào)壓電路的工作原理，能準確

23、的連接實驗電路圖。2、 能夠分析交流調(diào)壓電路電阻負載和阻感負載輸出電壓和電流的波形情況。二、 實驗原理把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流輸出。這種不改變交流電頻率的電路稱為交流電力控制電路。在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值的電路稱為交流調(diào)壓電路。交流調(diào)壓電路的工作情況負載性質(zhì)有很大的關(guān)系。電阻負載的電路圖分別如下圖：圖5- 1 原理圖三、 實驗器材1、MCLIII教學實驗臺主控制屏2、NMCL-22實驗3、雙蹤示波器4、萬用表四、 實驗方法與步驟1、 電阻負載（1） 按圖接好主回路。將MCL-33上的晶閘管VT1和VT2反極性并聯(lián)

24、，再與燈箱串聯(lián)。（2） 接好觸發(fā)脈沖的控制回路。將給定器輸出Ug接至MCL-33面板的Uct端，將MCL-33 面板上的Ublf接地。（3） 接入UW線電壓作為電源，接通電路。（4） 調(diào)節(jié)觸發(fā)角，記錄不同時的輸出電壓波形，并用萬用表測量相應(yīng)的輸入電壓u1和輸出電壓值u0。（5） 斷開主電源。2、 阻感負載（1） 將電阻負載串聯(lián)700mH的電感，串聯(lián)接入電路中。（2） 其他步驟均與電阻負載時相同。五、 實驗記錄與分析1. 電阻負載 圖5- 2 2, u1=232.2V u0=3.092. 阻感負載輸出電壓u0波形： 圖5- 4 圖5- 5輸出電流波形，即電阻兩端電壓波形： 圖5- 6 2，此時燈很暗，R兩端的電壓波形 圖5- 7 此時燈很亮，=，燈很亮 圖5- 8 觸發(fā)角進一步減小，燈泡變暗 圖5- 9 第二次突變，uR波形實驗6：直流電機驅(qū)動一、 實驗?zāi)康?. 掌握獲取直流電源的電路連接和方法2. 了解直流電機的工作狀態(tài)二、 實驗原理1. 采用三相全控橋式整流電路獲取直流電動勢。圖6- 12. H橋DC/DC換流電路獲取直流電動勢。三、 實驗方法和步驟1. 采用三相全控橋式整流電路獲取直流電動勢將三相橋式整流電路的