1、1电力电子学实验讲义实验二：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（buck chopper 、boost chopper 、buck-boost chopper、 cuk chopper、 sepic chopper、 zeta chopper）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1 SG3525 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2 NMCL-22 组件3 示波器（自备）4 万用表（自备）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
2、.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。2buck chopper(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buck chopper 斩波器。(2)观察负载电压波形。2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
3、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。3boost chopper（1）照图接成 boost chopper 电路。电感和电容任选，负载电阻 r 选 r4 或 r6。 （实验步骤同 buck chopper。 ）4buck-boos
4、t chopper（1）照图接成 buck-boost chopper 电路。电感和电容任选，负载电阻 r 选 r4 或r6。 （实验步骤同 buck chopper）5cuk chopper（1）照图接成 cuk chopper 电路。电感和电容任选，负载电阻 r 选 r4 或 r6。 （实验步骤同 buck chopper。 ）6sepic chopper（1）照图接成 sepic chopper 电路。电感和电容任选，负载电阻 r 选 r4 或 r6。 （实验步骤同 buck chopper 。 ）7zeta chopper（1）照图接成 zeta chopper 电路。电感和电容任选，
5、负载电阻 r 选 r4 或 r6。 （实验步骤同 buck chopper。 ）五、具体实验项目参数如下：3Zeta ChoprSepic ChorCuk hoper Buck-st rBst rBck rVTDL1RL1VDTRVTL1DRVTL1L2VL2L1D2CC1六、实验报告：记录实验波形，分析各种控制电路在不同的占空比驱动下的输出电压情况。实验一：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 NMCL05 锯齿波触发电路的工作。二、实验线路及原理参见图 4-7。三、实验内容
6、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。3单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。四、实验设备及仪器1NMCL 系列教学实验台主控制屏。2NMCL18 组件（适合 NMCL)或 NMCL31 组件（适合 NMCL） 。3NMCL33 组件或 NMCL53 组件（适合 NMCL、）4NMCL05 组件或 NMCL05A 组件5NMEL03 三相可调电阻器或自配滑线变阻器。46NMCL-35 三相变压器。7双踪示波器 (自备)8万用表 (自备)五、注意事项1本实验中触发可控硅的脉冲来自 NMCL-05 挂箱，故 NMCL-33（或 NMCL-53，以下同）的
7、内部脉冲需断 X1 插座相连的扁平带需拆除，以免造成误触发。2电阻 RP 的调节需注意。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，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。4NMCL-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 30180） ，可尝试改变同步电压极性。5逆变变压器采用 NMCL-35 三相变压器，原边为 220V，低压绕组为 110V。
8、6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。7带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。六、实验方法1将 NMCL05（或 NMCL05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接NMCL18 的 U、V 输出端（如您选购的产品为 NMCL、，则同步电压输入直接与主控制屏的 U、V 输出端相连） ， “触发电路选择”拨向 “锯齿波” 。2断开 NMCL-35 和 NMCL-33 的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压 Uuv 至 220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。NMCL-18 的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。调节偏移电压电
9、位器 RP2，使 =90。断开主电源，连接 NMCL-35 和 NMCL-33。（注：如您选购的产品为 NMCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。 ）3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 900 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，求取在不同 角（30、60、90）时整流电路的5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 时的 Uct、U d 和交流输入电压 U2 值。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。4单相桥式全控整流电路供电给电
10、阻电感性负载。断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压 Uct 时的输出电压 Ud=f（ t） ，负载电流 id=f（ t） 以及晶闸管端电压 UVT=f（ t） 波形并记录相应 Uct 时的 Ud、U 2 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 RP，但负载电流不能超过 0.8A，U ct 从零起调。改变电感值（L=100mH） ，观察 =90，U d=f（ t） 、 id=f（ t） 的波形，并加以分析。注意，增加 Uct 使前移时，若电流太大，可增加与 L 相串联的电阻加以限流。5单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。把开关 S 合向左侧，接入直流电动机，短接
11、平波电抗器，短接负载电阻 Rd。（a）调节 Uct，在=90时，观察 Ud=f（ t） ， id=f（ t） 以及 UVT=f（ t） 。注意，交流电压 UUV 须从 0V 起调，同时直流电动机必须先加励磁。（b）直流电动机回路中串入平波电抗器（L=700mH ） ，重复（ a）的观察。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、U VT 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、i d、U VT 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（ Uct） ，触发电路特性 Uc
12、t=f（ ） 及Ud/U2=f（ ） 。4实验心得体会。6VT1kGAVT3 VT4VT6 图4-7 单相桥式全控整流7实验三：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加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。二、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锯齿波移相触发器。该触发器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。晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成，见图 4-15。四、实验设备及仪器1NMCL 系列教学实验台主控制屏。2NMCL18 组件（适合 NM
13、CL)或 NMCL31 组件（适合 NMCL） 。3NMCL33（A）组件或 NMCL53 组件（适合 NMCL、） 。4NMCL05 组件或 NMCL05A 组件或 NMCL54 组件。5MEL-03 组件（或自配滑线变阻器 450，1A)6二踪示波器（自备）7万用表（自备）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圈套的直流分量。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将 NMCL-33（或 NMCL53）上的两只晶闸管 VT1，VT4 反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲
14、端 G1、K 1，G 3、K 3 分别接至主电路相应 VT1 和 VT4 的门极和阴极。把开关 S 打向左边，接上电阻性负载（可采用两只 900 电阻并联） ，并调节电阻负8载至最大。NMCL-18 的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器 RP2，使 =150。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使 Uuv=220V。用示波器观察负载电压 u=f（t） ，晶闸管两端电压 uVT= f（t ）的波形，调节 Uct，观察不同角时各波形的变化，并记录 =60，90 ，120时的波形。注：如您选购的产品为 NMCL、，无三相调
15、压器，直接合上主电源。以下均同2单相交流调压器接电阻电感性负载（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。可采用直流伏安法来测量内阻，如图 6-1 所示，电抗器的内阻为RL=UL/I 电抗器的电感量可用交流伏安法测量，如图 6-2 所示，由于电流大时对电抗器的电图 4-15 单 相 交 流 调 压 电 路2U1V21U2V1VT4VT1AkG9感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。ZL=UL/I 电抗器的电感量为)2/(fRLL这样即可求得负载阻抗角Ldtg1在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。（2）断开电源
16、，接入电感（L=700mH ） 。调节 Uct，使=45 0。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使 Uuv=220V。用二踪示波器同时观察负载电压 u 和负载电流 i 的波形。调节电阻 R 的数值（由大至小） ，观察在不同角时波形的变化情况。记录 ， =， 三种情况下负载两端电压 u 和流过负载的电流 i 的波形。也可使阻抗角 为一定值，调节观察波形。注：调节电阻 R时，需观察负载电流，不可大于 0.8A。（说明：如采购的是 NMCL型，则触发电路为 KJ004 集成电路，具体应用可参考相关教材。电阻性负载可采用两只 300 电阻相串联。 ）七、实验报告1整理实验中记录
17、下的各类波形2分析电阻电感负载时，角与角相应关系的变化对调压器工作的影响。3分析实验中出现的问题。10实验四：单相交直交变频电路一、实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式 PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系二、实验内容1测量 SPWM 波形产生过程中的各点波形2观察变频电路驱动电机时的输出波形3观察电机工作情况三、实验设备和仪器1 电力电子及电气传动主控制屏2 NMCL-22 组件3 MEL-03 组件4 双踪示波器（自备）5 万用表（自备）四、
18、实验方法1SPWM 波形的观察按下左下方的开关 S5(1)观察“SPWM 波形发生“电路输出的正弦信号 Ur 波形(2 端与地端)，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。 VT4DVT2D电 流 取 样 图 5-19E48WVU1G+36L37CGE11(2)观察三角形载波 Uc 的波形(1 端与地端)，测出其频率,并观察 Uc 和 Ur 的对应关系。(3)观察经过三角波和正弦波比较后得到的 SPWM(3 端与地端) 。2逻辑延时时间的测试将“SPWM 波形发生“电路的 3 端与“DLD“的 1 端相连，用双踪示波器同时观察“DLD“的 1 和 2 端波形,并记录延时时间 Td.。3同
19、一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试分别将“隔离驱动”的 G 和主回路的 G相连，用双踪示波器分别同时测量 G1、E1 和 G2、E2 ， G3、E3 和 G4、E2 的死区时间。4不同负载时波形的观察按图 5-19 接线。先断开主电源和开关 S1。将三相调压器的 U、V、W 接主电路的相应处， ，将主电路的 1、3 端相连，（1）当负载为电阻时（6 、7 端接一电阻） ，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波 Ur 的频率可调范围内，改变 Ur 的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。（2）当负载为电阻电感时（6、8 端相联，9 端和 7 端接一电阻） ，观察负载电压和
20、负载电流的波形。12*选做实验：三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的1熟悉 NMCL-18, NMCL-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2三相桥式有源逆变电路3观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。三、实验线路及原理实验线路如图 4-12 所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。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链。三相桥式整流及有源逆变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1NMCL 系列教学
21、实验台主控制屏。2NMCL18 组件（适合 NMCL)或 NMCL31 组件（适合 NMCL） 。3NMCL33（A）组件或 NMCL53 组件（适合 NMCL、）4MEL-03 可调电阻器（或滑线变阻器 1.8K, 0.65A）5NMCL-35 芯式变压器6二踪示波器（自备）7万用表（自备）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 NMCL-18 电源开关，给定电压有电压显示。（2）用示波器观察 NMCL-33（或 NMCL-53，以下同）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
22、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 1V2V 的脉冲。13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 VT1VT6 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 NMCL-33 面板的 Uct 端，调节偏移电压 Ub，在 Uct=0时，使=150 o。2三相桥式全控整流电路按图接线，S 拨向左边短接线端，将 Rd 调至最大(450)。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压 Uuv、U vw、U wu，
23、从0V 调至 220V。注：如您选购的产品为 NMCL、，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同调节 Uct，使在 30o90o 范围内，用示波器观察记录 =30O、60 O、90 O 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。3三相桥式有源逆变电路断开电源开关后，将 S 拨向右边的不控整流桥，调节 Uct，使仍为 150O 左右。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压 Uuv、U vw、U wu，从0V 调至 220V 合上电源开关。调节 Uct，观察 =90O、120 O、150 O 时,
24、电路中 ud、 uVT 的波形，并记录相应的Ud、U 2 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。说明：如果采用的组件为 NMCL53 或 NMCL33（A） ，则触发电路是 KJ004 集成电路，具体应用可参考相关教材。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（ ）3画出三相桥式全控整流电路时，角为 30O、60 O、90 O 时的 ud、u VT 波形4画出三相桥式有源逆变电路时， 角为 150O、120 O、90 O 时的 ud、u VT 波形5简单分析模拟故障现象14+15V-0Ug1W1U1V+15VUblfctVT3-0kAVT1GVT5 2W12V12U11W21U21V2 2W2U2VVT6VT4VT2 CRL10mH5270mHAVD4VD6V VD1VD3 图4-12 三相桥式全控整流及有源逆变VD2 VD5
