2021年电力电子核心技术试验指导书课时

电力电子技术 试验指导书

兰勇

青岛大学

自动化工程学院电气工程系试验室

20XX.9

试验一 三相半波可控整流电路研究试验

一．试验目标

了解三相半波可控整流电路工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电

感性负载时工作。

二．试验线路及原理

三相半波可控整流电路用三只晶闸管，和单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。不足之处是晶闸管电流即变压器二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。

试验线路见图1-1。

图1-1三相半波可控整流试验电路

三．试验内容

1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时工作。

2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时工作。

四．试验设备及仪表

1．MCL系列教学试验台主控制屏。
2．MCL—51组件
3．MCL—52组件
4．MCL—53组件
5．MCL—组件

1．整流电路和三相电源连接时，一定要注意相序。

2．整流电路负载电阻不宜过小，应使Id不超出0.8A，同时负载电阻不宜过大，确保Id超出0.1A，避免晶闸管时断时续。

3．正确使用示波器，避免示波器两根地线接在非等电位端点上，造成短路事故。

六．试验方法

1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时工作
接上电阻性负载，合上主电源：
（a）改变控制电压Uct，观察在不一样触发移相角α时，可控整流电路输出电压Ud=f（t）和输出电流波形id=f（t），并统计对应Ud、Id、Uct值。

（b）统计不一样α时Ud=f（t）及id=f（t）波形图。

2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时工作
接入MCL—电抗器L=700mH，，可把原负载电阻Rd调小，监视电流，不宜超出0.8A
观察不一样移相角α时输出Ud=f（t）、id=f（t），并统计对应Ud、Id值，统计不一样α时Ud=f（t）、id=f（t），Uvt=f（t）波形图。

七．试验汇报

1．画出三相半波可控整流电路主电路原理图。

2．绘出本整流电路供电给电阻性负载，电阻—电感性负载时Ud=f（t），id=f（t）及Uvt=f（t）（在α=0°、30°、90°、120°情况下）波形，并进行分析讨论。

1．怎样确定三相触发脉冲相序？它们间分别应有多大相位差？ 八．思索

试验二 三相桥式全控整流电路研究试验

一．试验目标

了解三相桥式全控整流电路工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电

感性负载时工作。

二．试验内容

1．研究三相桥式全控整流电路供电给电阻性负载时工作。

2．研究三相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载时工作。

三．试验线路及原理

试验线路图2-1所表示。主电路由6只晶闸管组成，其中3只按共阴极接法，3只按共阳极接法。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后双窄脉冲链。

图2-1三相桥式全控整流试验电路

四．试验设备及仪器

1．MCL系列教学试验台主控制屏。
2．MCL—51组件
3．MCL—52组件
4．MCL—53组件
5．MCL—组件
6．双踪示波器。
7．万用电表。

接上电阻性负载，合上主电源：
（a）改变控制电压Uct，观察在不一样触发移相角α时，可控整流电路输出电压Ud=f（t）和输出电流波形id=f（t），并统计对应Ud、Id、Uct值。

（b）统计不一样α时Ud=f（t）及id=f（t）波形图。

3．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时工作
接入MCL—电抗器L=700mH，，可把原负载电阻Rd调小，监视电流，不宜超出0.8A
观察不一样移相角α时输出Ud=f（t）、id=f（t），并统计对应Ud、Id值，统计不一样α时Ud=f（t）、id=f（t），Uvt=f（t）波形图。

六．试验汇报

1．画出三相桥式全控整流电路主电路原理图。

2．绘出本整流电路供电给电阻性负载，电阻—电感性负载时Ud=f（t），id=f（t）及Uvt=f（t）（在α=0°、30°、90°情况下）波形，并进行分析讨论。

试验三 直流斩波电路性能研究试验

一．试验目标

熟悉降压斩波电路（BuckChopper）和升压斩波电路(BoostChopper)工作原理，掌握这两种基础斩波电路工作状态及波形情况。

二．试验内容

1．SG3525芯片调试。

2．降压斩波电路波形观察及电压测试。
3．升压斩波电路波形观察及电压测试。

三．试验设备及仪器

1．MCL系列教学试验台主控制屏。

2．MCL-16组件。3．MCL-组件。4．万用表。5．双踪示波器

四．试验方法

1．SG3525调试。
原理框图见图3-1。

图3-1PWM波发生器SG3525原理框图
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，并统计其波形频率和幅值。

用导线分别连接“5”、“6”、“9”，用示波器观察“5”端波形，并统计其波形、频率、幅度，调整“脉冲宽度调整”电位器，统计其最大占空比和最小占空比。

Dmax= Dmin=

图3-2直流斩波电路
（1）切断MCL-16主电源，分别将“主电源2”“1”端和“直流斩波电路”“1”端相连，“主电源2”“2”端和“直流斩波电路”“2”端相连，将“PWM波形发生”“7”、“8”端分别和直流斩波电路VT1G1S1端相连，“直流斩波电路”“4”、“5”端串联电阻负载。

（2）检验接线正确后，接通控制电路和主电路电源(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，观察输出电压u0波形及输出电流i0波形，统计PWM信号占空比D，ui、u0平均值Ui和U0。

（3）切断主电路电源，断开“主电路2”和“降压斩波电路”连接，断开“PWM波形发生”和VT1连接，分别将“直流斩波电路”“6”和“主电路2”“1”相连，“直流斩波电路”“7”和“主电路2”“2”端相连，将VT2G2S2分别接至“PWM波形发生”“7”和“8”端，直流斩波电路“10”、“11”端，分别串联电阻负载。

检验接线正确后，接通主电路和控制电路电源。改变脉冲占空比D，观察输出电压u0波形及输出电流i0 波形，统计PWM信号占空比D，ui、u0平均值Ui和U0。 （4）试验完成后，断开主电路电源，拆除全部导线。
（2）试验过程当中先加控制信号，后加“主电路电源2”。

（3）做升压试验时，注意“PWM波形发生器”“S1”一定要打在“直流斩波”，假如打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2”内部熔断丝。

六．试验汇报

1．分析PWM波形发生原理
2．统计在某一占空比D下，降压斩波电路中，MOSFET栅源电压波形，输出电压u0波形，输出电流i0波形，并绘制降压斩波电路Ui/Uo-D曲线，和理论分析结果进行比较，并讨论产生差异原因。

试验四 单相交流调压电路研究试验

一．试验目标

1．加深了解单相交流调压电路工作原理。

2．加深了解交流调压感性负载时对移相范围要求。

二．试验内容

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．试验线路及原理

本试验采取了锯齿波移相触发器。该触发器适适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸

管电路交流相位控制，含有控制方法简单优点。

晶闸管交流调压器主电路由两只反向晶闸管组成，见图4-1。

图4-1单相交流调压电路

四．试验设备及仪器

1．MCL系列教学试验台主控制屏。
2．MCL—51组件。
3．MCL—52组件。
4．MCL—53组件。
5．MCL—组件。

6．二踪示波器
7．万用表

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直流分量。损坏元件。为此主电路可经过变压器降压供电，这么即可看到电流波形不对称现象，又不

会损坏设备。

六．试验方法

1．单相交流调压器带电阻性负载
将MCL—53上两只晶闸管VT1，VT4反并联而成交流电调压器，将触发器输出脉冲端G1、K1，G3、K3分别接至主电路对应VT1和VT4门极和阴极。把开关S打向左边，接上电阻性负载（可采取两只900Ω电阻并联），并调整电阻负载至最大。

MCL-51给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调整锯齿波同时移相触发电路偏移电压电位器RP2，使=150°。

合上主电源，用示波器观察负载电压u=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）波形，调整Uct，观察不一样角时各波形改变，并统计=60，90，120时波形。

2．单相交流调压器接电阻—电感性负载
（1）在做电阻—电感试验时需调整负载阻抗角大小，所以须知道电抗器内阻和电感量。可采取直流伏安法来测量内阻，电感量可用交流伏安法测量。测得了电抗器内阻

七．试验汇报

1．整理试验中统计下各类波形
2．分析电阻电感负载时，角和角对应关系改变对调压器工作影响。3．分析试验中出现问题。

试验五 单相交直交变频电路性能研究试验

一．试验目标

熟悉单相交直交变频电路组成，关键熟悉其中单相桥式PWM逆变电路中元器件作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时工作情况及其波形

作全方面分析，并研究工作频率对电路工作波形影响。

二．试验内容

1．测量SPWM波形产生过程中各点波形。
2．观察变频电路输出在不一样负载下波形。

三．试验设备及仪器

1．MCL系列教学试验台主控制屏。
2．MCL-16组件。

3．电阻、电感元件。
4．双踪示波器。

5．万用表。

四．试验原理

图5-1单相交直交变频电路单相交直交变频电路主电路图5-1所表示。

本试验中主电路中间直流电压ud由交流电整流而得，而逆变部分别采取单相桥式PWM逆变电路。逆变电路中功率器件采取600V8AIGBT单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT驱动电路采取美国国际整流器企业生产大规模MOSFET和IGBT专用驱动集成电路1R2110，控制电路图5-2所表示，以单片集成函数发生器ICL8038为关键组成，生成两路PWM信号，分别用于控制VT1、VT4和VT2、VT3两对IGBT。ICL8038仅需很小外部元件就能够正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz。

图5-2SPWM发生器

五．试验方法

1．SPWM波形观察
（1）观察正弦波发生电路输出正弦信号Ur波形（“2”端和“地”端），改变正弦波频率调整电位器，测试其频率可调范围。

和U2对应关系：
（2）观察三角形载波Uc波形（“1”端和“地”端），测出其频率，并观察Uc

（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到SPWM波形（“3”端和“地”端），

互锁延迟时间。

2．驱动信号观察
在主电路不接通电源情况下，S3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM波形发生”G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“单相交直交变频电路”对应端相连。经检验接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI和VT2驱动信号，VT3和VT4驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号波形，幅值和互锁延迟时间。

3．S3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”输出端“1”和“单相交直交变频电路”“1”端相连，“主电源2”输出端“2”和“单相交直交变频电路”“2”端相连，将“单相交直交变频电路”“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱（将一组900 （将量程切换到Ω/0.41A并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω）和直流安培表
2A挡）。将经检验无误后，S3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调整负载电阻阻值使输出负载电压波形达成最好值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。

4．当负载为电阻时，观察负载电压波形，统计其波形、幅值、频率。在正弦波Ur频率可调范围内，改变Ur频率多组，统计对应负载电压、波形、幅值和频率。 5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流波形。

七．试验汇报

1．绘制完整试验电路原理图。

2．电阻负载时，列出数据和波形，并进行讨论分析。

3．电阻电感负载时，列出数据和波形，并进行讨论及分析。

4．分析说明试验电路中PWM控制是采取同时调制还是异步调制。

5．为使输出波形尽可能靠近正弦波，能够采取什么方法。

6．分析正弦波和三角波之间不一样载波比情况下负载波形，了解改变载波比对输出功率管和输出波形影响。