电力电子技术实验指导书级自动化汇总.doc

电力电子技术实验指导书级自动化汇总

37
2020年4月19日
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南昌大学科技学院信息学科部
自动化系

（第二版）
（ 9月开始执行）

11月
（适合电气专业和自动化专业）

目 录

实验一、单相锯齿波移相触发电路的研究…………………………………………1
实验二、单相全波可控整流电路……………………………………………………3
实验三、单相桥式半控整流电路……………………………………………………5
实验四、三相桥式全控整流电路……………………………………………………7
实验五、Buck—Boost变换电路研究………………………………………………10
实验六、单相交流调压电路…………………………………………………………12
实验七、单相交流调功电路…………………………………………………………14
实验八、半桥型开关电源电路的研究………………………………………………16
实验九、晶闸管直流电机调速电路研………………………………………………18
附录（接线图）

实验一 单相锯齿波移相触发电路的研究
一、实验目的
1、了解锯齿波移相触发电路 的工作原理。
2、了解锯齿波移相触发电路 的一般特点。
二、实验内容
1、用示波器观察触发电路各测试点，记录各点波形，分析电路的工作原理。
三、实验设备与仪器
1、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）— DT02单元 。
2、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或者“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”—　DP01单元 。
3、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
四、实验电路的组成及实验操作

图1 集成锯齿波移相触发电路
1、实验电路的组成：
集成单相锯齿波移相触发电路的面板布置见图1，图中给出了集成电路的内部原理示意图。集成电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电路、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路组成。
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源电压选择开关置于“3”位置，即将主电源相电压设定为220V；取出主电路的一路输出“U”和输出中线“L01”连接到“DP01”单元隔离变压器的交流输入端“U”和“L01” ；“DP01”单元的同步信号输出端“A”和“B”连接到锯齿波移相触发电路（DT02）的同步信号输入端“A”和“B”。然后，依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关以及主电路。调节DT02单元的移相控制电位器“RP1”，用示波器分别观测触发器单元各测试点，并记录各点波形，参考教材相关章节的内容，分析电路工作原理。实验完毕，依次切断主电路、挂箱电源开关、控制电路以及系统总电源开关，最后拆除实验导线。
五、实验报告
1、观察并记录触发电路各测试点电压波形。
2、分析触发电路的组成和工作原理。
3、分析锯齿波触发电路与单结晶体管触发电路的区别。

实验二、单相全波可控整流电路
一、实验目的
1、掌握单相全波可控整流电路的基本组成和工作原理。
2、熟悉单相半全波可控整流电路的基本特性。
二、实验内容
1、验证单相全波可控整流电路的工作特性。
三、实验设备与仪器
1、“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DE08、DE09单元
2、“触发电路挂箱Ⅰ（DST01）— DT02单元
3、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DP01、DP02单元
4、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
四、实验电路的组成及实验操作

图 2　单相全波可控整流电路示意图
1、实验电路的组成原理：
实验电路主要由触发电路、脉冲隔离、功率开关（晶闸管）、电源及负载组成。主电路原理示意见图2。单相全波可控整流电路又叫单相双半波可控整流电路，它采用带中心抽头的电源变压器配合两只晶闸管实现全波可控整流电路。就其输入输出特性而言与桥式全控整流电路类似，区别在于电源变压器的结构、晶闸管上的耐压以及整流电路的管压降大小。其电路自身特点决定了单相全波整流电路适合应用于低输出电压的场合。
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“3”位置，即主电源相电压输出设定为220V。按 附图1完成实验接线。将DT02单元的控制电位器逆时针旋到头，经指导教师检查无误后，可上电开始实验。依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关、主电路；用示波器监测负载电阻两端的波形，顺时针缓慢调节DT02单元的控制电位器，观察并记录负载电压波形及变化情况，分析电路工作原理。实验完毕，依次关闭系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路以及系统总电源。
五、实验报告
1、经过实验，分析单相全波可控整流电路的工作原理和工作特性。
2、拟定数据表格，分析实验数据。
3、观察并绘制有关实验波形。
（1）、带电阻负载时的整流电压波形
ωt
ud

（2）、带电阻串联大电感负载时的整流电压波形

ωt
ud

实验三、单相桥式半控整流电路
一、实验目的
1、掌握单相桥式半控整流电路的基本组成。
2、熟悉单相桥式半控整流电路的基本特性。
二、实验内容
1、验证单相桥式半控整流电路的工作特性。
三、实验设备与仪器
1、“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DE08、DE09单元
2、“触发电路挂箱Ⅰ（DST01）— DT02单元
3、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DP01、DP02单元
4、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
四、实验电路的组成及实验操作

图 3　单相桥式半控整流电路示意图
1、实验电路的组成：
实验电路主要由触发电路、脉冲隔离、功率开关（晶闸管）、续流二极管、电源及负载组成。主电路原理见图3。半控整流电路是全控整流电路的简化，单相全控整流电路采用两只晶闸管来限定一个方向的电流流通路径，实际上，每个支路只要有一个晶闸管来限定电流路径对于可控整流电路来说就能够满足要求，于是将全控桥电路中的上半桥或者下半桥的一对管替换成二极管，就构成了单相半控整流电路。
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“3”位置，即主电源相电压输出设定为220V。按 附图2完成实验接线。将DT02单元的控制电位器逆时针旋到头，经指导教师检查无误后，可上电开始实验。依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关、主电路；用示波器监测负载电阻两端的波形，顺时针缓慢调节DT02单元的控制电位器，观察并记录负载电压波形及变化情况，分析电路工作原理。依次关断系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路电源；将负载换成电阻串联大电感，而且在负载两端反向并联续流二极管，上电，重复上述操作，观察并记录负载电压波形。实验完毕，依次关断系统主电路、挂箱电源开关、控制电路以及系统总电源。
五、实验报告
1、经过实验，分析单相半控整流电路的工作特性和工作原理。
2、拟定数据表格，分析实验数据。
3、观察并绘制有关实验波形。
（1）、带电阻负载时的整流电压波形
ωt
ud

（2）、带电阻串联大电感负载时的整流电压波形
ωt
ud

4、分析电感负载并联反向续流二极管的作用。

实验四、三相桥式全控整流电路
一、实验目的
1、掌握三相桥式全控整流电路的基本组成和工作原理。
2、熟悉三相桥式全控整流电路的基本特性。
二、实验内容
1、验证三相桥式全控整流电路的工作特性。
2、验证不同负载对整流输出电压波形的影响。
三、实验设备与仪器
1、“电力电子变换技术挂箱Ⅳ（DSE05）”或“可控硅主电路挂箱（DSM01）” — DM01单元
2、“触发电路挂箱Ⅱ（DST02）— DT04单元
3、主控“信号检测电路”—DD05单元
4、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）”— DP03单元（灯泡负载）
5、主控“电机接口电路”—DD11、DD16单元（电阻和电感负载）
6、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器

图4　三相桥式全控整流电路示意图
四、实验电路的组成及实验操作
1、实验电路的组成：
实验电路主要由触发电路、脉冲隔离、功率开关（晶闸管）、电源及负载组成。负载选择灯泡或者电阻要根据设备配置情况而定。三相全控桥主电路包含六只晶闸管，在工作时，同时有不处在同一相上的两只管导通，每隔60º会有一次换相，输出电压在每个交流电源周期内会有六次相同的脉动，就输出电压纹波而言，较三相半波可控整流电路小一半。示意图如图4所示：
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“1”位置，即主电源相电压输出设定为52V。按 附图3完成实验接线。将DG01单元的正给定电位器逆时针旋到头，经指导教师检查无误后，可上电开始实验。依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关；将DT04单元脉冲的初始相位整定到α=120°位置，闭合主电路；用示波器监测负载电阻两端的波形，顺时针缓慢调节DG01单元的正给定电位器，观察并记录负载电压波形跟随α 的变化情况，分析电路工作原理。实验完毕，依次断开系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路；改变负载特性，将电DD11单元的电感L1串入负载回路，重复实验，记录负载电压波形跟随α 的变化情况。若系统配有直流电动机，还能够将电动机作为负载，重复上述实验操作，记录相关波形。实验完毕依次断开系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路以及系统总电源。
五、实验报告
1、经过实验，分析三相桥式全控整流电路的工作特性及工作原理。
2、拟定数据表格，分析实验数据。
3、观察并绘制有关实验波形。
（1）、带电阻负载时的整流电压波形
ωt
ud

（2）、带电阻串联大电感负载时的整流电压波形
ωt
ud

（3）、带反电动势（电动机）负载时的整流电压波形
ωt
ud

4、分析三相全控整流电路与三相半控整流电路的区别。

实验五、Buck-Boost变换电路研究
一、实验目的
1、掌握Buck-Boost变换电路的基本组成和工作原理。
2、熟悉Buck-Boost变换电路的基本特性。
二、实验内容
1、验证Buck-Boost变换电路的工作特性。
三、实验设备与仪器
1、“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）” —— DE05、DE10单元
2、“触发电路挂箱Ⅰ（DST01） —— DT03单元
3、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”—— DP01、DP02单元
4、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
四、实验电路的组成及实验操作

图 5　Buck-Boost电路拓扑结构图
1、电路的组成：
实验电路主要由PWM波形发生器、光电隔离、功率开关、电源及负载组成。Buck-Boost电路的主电路拓扑结构见图5，它是基本斩波电路的一个典型电路，能够实现升、降压斩波控制。电路中电感L3和电容CP3的值都很大，因此电感中的电流和电容两端的电压在一个开关周期内能够近似认为恒定，于是电路的输入电压E，输出电压Uo，导通占空比α之间满足如下关系：
Uo =
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“3”位置，即主电源相电压输出设定为220V。按附图4完成实验接线。将DT03单元的模式开关S1拨向下，波形发生器设定为PWM工作模式；调解电位器RP3,将三角波发生器的输出频率为5kHz；模式开关S2拨向上（占空比在1～90%内可调），将脉宽控制电位器RP2逆时针调到头，此时占空比设定为最小值；经指导教师检查无误后，可上电开始实验。依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关、主电路；用示波器监测负载电阻两端的波形，顺时针缓慢调节DT02单元的控制电位器，观察并记录负载及各测试点电压波形及变化情况，分析电路工作原理。实验完毕，依次关闭系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路以及系统总电源。
五、实验报告
1、经过实验，分析Buck-Boost电路的工作特性及工作原理。
2、观察并绘制有关实验波形。

实验六、单相交流调压电路
一、实验目的
1、掌握单相交流调压电路的基本原理和组成。
2、熟悉单相交流调压电路的基本特性。
二、实验内容
1、验证单相交流调压电路的工作特性。
2、观测单相交流调压电路的工作波形。
三、实验设备与仪器
1、“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）” —— DE08、DE09单元
2、“触发电路挂箱Ⅰ（DST01） —— DT02单元
3、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”—— DP01、DP02单元
4、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
四、实验电路的组成及实验操作
1、实验电路的组成：
实验电路主要由双向晶闸管（以两个反并联单向晶闸管替代）、交流电源、单相锯齿波移相触发器、脉冲隔离以及负载组成。在电源的正半周期，触发信号到来时，正方向的晶闸管具备条件开通，在电源的过零点自然关断；进入电源的负半个周期，当触发脉冲到来时，反方向的晶闸管具备条件而开通，在电源再次过零时自然关断；如此，只要控制晶闸管的导通时间，就能够控制正负半周的导通时间，从而达到调压的目的。
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“3” 位置，即主电源相电压输出设定为220V。按 附图5完成实验接线。将DT02单元的移相控制电位器RP1逆时针旋到头；经指导教师检查无误后，可上电开始实验。依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关，最后闭合主电路；用示波器监测负载电阻两端的波形，顺时针缓慢调节RP1，观察并记录负载电压波形的变化情况，分析电路工作原理。将电阻负载后串入一个电感负载重复到上步骤，分析在感性负载下电路的工作情况。实验完毕依次断开系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路以及系统总电源。
五、实验报告
1、经过实验，分析单相交流调压电路的工作原理和工作特性。
2、分析不同负载性质对电路的输出波形的影响。

实验七、单相交流调功电路
一、实验目的
1、掌握单相交流调功电路的基本原理和组成。
2、熟悉单相交流调功电路的基本工作特性。
二、实验内容
1、验证单相交流调功电路的工作特性。
2、观测单相交流调功电路的工作波形。
三、实验设备与仪器
1、“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DE08、DE09单元
2、“触发电路挂箱Ⅰ（DST01）— DT03单元
3、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DP01、DP02单元
4、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
四、实验电路的组成及实验操作
1、实验电路的组成：
实验电路主要由双向晶闸管（以反并联单向晶闸管替代）、单相交流电源、可调同步脉冲列发生器、脉冲隔离以及负载组成。交流调功电路是以交流电源周波数为单位进行控制。其主电路形式与交流调压电路没有区别，只是控制方式不同。电路不是在交流电源的每个周期内对输出电压波形进行控制，而是让电源几个周期经过负载，再断开几个周期，周而复始，经过改变周期数的比值来调节负载消耗的平均功率。正因为电路直接控制输出的平均功率，故此被称为交流调功电路。这种控制方式主要应用于时间常数大，没必要频繁控制的场合。
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“3” 位置，即主电源相电压输出设定为220V。按附图6完成实验接线。将DT03模式开关S1拨向下方；调节脉宽控制电位器RP2，逆时针调节电位器，占空比设定为10%；开通时间控制电位器RP4逆时针旋到头；经指导教师检查无误后，可上电开始实验。依次闭合控制电路、挂箱上的电源开关，最后闭合主电路；用示波器监测负载两端的波形，顺时针缓慢调节给定电位器RP4，观察并记录负载电压波形的变化情况，分析电路工作原理。实验完毕依次断开系统主电路、挂箱上的电源开关、控制电路以及系统总电源。
五、实验报告
1、经过实验，掌握三相交流调压电路的工作原理和工作特性。
2、分析不同负载性质对电路的输出波形的影响。
3、记录不同工作状态下的输出电压波形。

实验八、半桥开关电源电路的研究
一、实验目的
1、了解半桥开关电源电路的基本原理。
2、了解SG3525控制方式和工作原理。
二、实验内容
1、观测半桥开关电源电路的工作特性。
三、实验设备与仪器
1、电力电子变换技术挂箱Ⅲ（DSE04）－DE13单元
2、“电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）” 或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”— DP01、DP02单元
3、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器

图6　半桥型开关稳压电源电路
四、实验电路的组成及实验操作
1、实验电路的组成：
实验电路比较简单，主要由半桥开关稳压电源（SPS）单元（如图6）和直流电源及负载组成。实验接线图如 附图7，认真预习与本实验相关的教材内容，参考教材和挂箱“电力电子技术挂箱Ⅲ（DE04）”完成本实验。
2、实验操作：
打开系统总电源，系统工作模式设置为“电力电子”。将主电源面板上的电压选择开关置于“3” 位置，即主电源相电压输出设定为220V。按 附图7完成实验接线。将DE13单元的给定电位器逆时针旋转至零，反馈电位器顺时针旋转至最大，经实验指导老师检查无误后，打开总电源开关，依次闭合控制电路、主电路。缓慢增大给定电压并适当减小反馈量，观测电路中各测试点的波形并做记录。完成实验后，依次闭合主电路、控制电路，最后关闭总电路开关。
注意：不能用示波器同时观测两个MOSFET的波形，否则会造成短路，严重损坏实验装置！
五、实验报告
1、 经过实验，分析半桥开关稳压电源工作特性及工作原理。
2、 整理实验中的数据波形。

实验九、晶闸管直流电机调速电路研究
一、实验目的
1、进一步了解晶闸管三相整流电路的工作原理。
3、熟悉晶闸管三相整流电路的应用。
二、实验内容
1、 用示波器观测在电动机负载下晶闸管整流输出电压并记录波形。
三、实验设备与仪器
1、“触发电路挂箱Ⅱ”或“触发电路挂箱Ⅱa”（DST02）— DT04单元
2、“给定单元挂箱（DSG01）” 或“给定及调节器挂箱（DSG02）”—DG01单元
3、三相同步变压器DD05单元
4、描双踪示波器、数字万用表等测试仪器
5、直流电动机、光电编码器（若已配）机组
四、实验电路的组成及实验操作
1、实验电路的组成
实验电路控制部分的组成与整定与电力电子实验四“三相桥式全控整流电路”触发电路一样。可参考完成本实验。主电路接线如 附图8。
2、实验操作
按 附图8接线，经老师检查无误后，闭合控制电路，检查控制问好分各电路工作完好。将实验台工作模式选择开关切换至“直流调速”档；电压档选择1，即相电压为52V；闭合主电路。缓慢增加给定电压，用示波器观测晶闸管整流输出装置电压波形并记录。观察电机起动过程。实验完闭后，依次断开主电路、控制电路，最后将总电源关闭。
五、实验报告
1、 分析电路工作过程及原理。
2、 绘制晶闸管整流装置在感性负载下的整流输出波形。

附录（接线图）

附图1 单相锯齿波移相触发的单相全波可控整流电路

附图2 锯齿波触发单相桥式半控整流电路

附图3 锯齿波移相触发的三相桥式全控整流电路

附图4　Buck-Boost变换电路实验研究

附图5 　单相交流调压电路

附图6 单相交流调功电路

附图7　半桥型开关电源电路的研究

附图8　晶闸管直流电机调速电路研究