试谈电力电子实验室规范.doc

电力电子实验室规范
1．确保人身安全。注意通电前人体避免和电路相关裸线接触。不得在实验室内开玩笑，以免发生意外。严禁穿拖鞋进入实验室。
2．确保设备安全。详细阅读设备的使用说明，方可上机操作设备。一般情况下，不随意调整设备运行参数，以免给设备带来损坏。
3．确保接线安全。(1)弱电的线不能插在强点线的插孔上；（2）线不够长时，不能相接，以确保人身和设备安全。
4．实验指导：同学们在实验过程中遇到问题时，首先要通过查阅相关资料。如果问题仍无法解决，可以找本班同学交流探讨。若问题依然存在，再找相关的指导老师。
5.工位“三包”： 实验过程中最好将示波器摆放到实验桌的顶部以方便使用并保持实验工位附近的整洁。各工位的同学离开实验室前（或实验结束后），必须整理好工位。具体包括：切断各自工位设备的电源，整理导线、摆放桌椅，处理垃圾等等。
6.实验班级注意事项：
1）每次实验前各班必须指定一个同学作为当日的值日生，该同学协助实验室老师组织和管理好本次实验，值日生必须提前联系相关实验室老师以便师生都做好相应的准备。
2）值日生必须在该次实验完毕后在相应的实验项目管理卡上签名确认。
3）值日生必须督导全体同学做好工位三包。
4）值日生离开实验室的时候之前应切断总电源（含动力电源和照明电源以及风扇、空调等），并将实验室门 反锁。
5）值日生必须最后走。

电子信息与电气工程系
电力电子技术实验室
电力电子与伺服控制系统实验装置部分挂箱说明
一．NMCL—31A挂箱
NMCL—31A由G（给定），零速封锁器（DZS），速度变换器（FBS），等部份组成。
1. G（给定）：
原理图如图1-1。
它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：
（1）0V突跳到正电压，正电压突跳到0V；
（2）0V突跳到负电压，负电压突跳到0V；
（3）正电压突跳到负电压，负电压突跳到正电压。
正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小（调节范围为0-±13V左右）。数值由面板右边的数显窗读出。
只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求。
（1）若S1放在“正给定”位，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳；
（2）若S1放在“负给定”位，扳动S2，能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳；
（3）S2放在“给定”位，扳动S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。
使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则容易烧坏限流电阻。
二．NMCL-33挂箱：
NMCL—33由脉冲控制及移相，双脉冲观察孔，一组晶闸管，二组晶闸管及二极管，电流反馈及过流保护电路组成。
本实验台提供相位差为60O，经过调制的“双窄”脉冲（调制频率大约为3~10KHz），触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ublr和Ublf进行控制。当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路进行放大。当Ublr接地时，第二组脉冲放大电路进行工作。脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制，当Uct端输入正信号时，脉冲前移，Uct端输入负信号时，脉冲后移，移相范围为100—1600。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。
双脉冲观察孔输出相位差为60o的双脉冲，同步电压观察孔，输出相电压为30V左右的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。
使用注意事项：单双脉冲及同步电压观察孔在面板上俱为小孔，仅能接示波器，不能输入任何信号。
1. 脉冲控制。
面板上部的六档直键开关控制接到晶闸管的脉冲，1、2、3、4、5、6分别控制晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发脉冲，当直键开关按下时，脉冲断开，弹出时脉冲接通。
2. 一桥晶闸管由六只5A/800V组成。
3. 二桥晶闸管由六只5A/800V构成，另有六只5A/800V二极管。
使用注意事项：外加触发脉冲时，必须切断内部触发脉冲。
三、实验装置的特点
1．该实验装置可以开出《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》等课程的配套实验；
2．实验挂箱内容丰富，可完成常规的验证性、综合性和开发研究性试验。
3．可用于电力电子技术课程设计后的模拟调试和数据测取等。
学生应充分利用实验时间和充分利用实验设备完成相关知识的学习和掌握。
实验一 单相半控桥整流电路的研究

一．实验目的
1.了解各种触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
2.对单相半控桥整流电路电阻、电感、反电势3种负载工作情况的波形进行全面分析。
4.实验中出现的问题加以分析和排除。
二．实验电路
图1-1单结晶体管触发电路 图1-2 单相半控桥电路

图1-3 锯齿波同步触发电路

图1-4 集成触发电路
三．实验设备
1．电力电子与伺服控制系统实验装置：
挂箱模块：NMCL-35、NMCL-5A、NMCL-33、NMCL-31A、NMCL-331
电源模块：L1,L2,L3（之间线电压380V）；U1,V1,W1（之间线电压200V）；U2,V2,W2（之间线电压220V）；
2．仪器仪表设备：
万用表、双踪示波器、电阻负载
四．实验内容及步骤
1.调试单结晶体管、集成、锯齿波触发电路（选做）
使用NMCL-05A挂箱，用示波器观看并记录触发电路中各点波形。调节控制电压观察并记录各点电压波形的变化，以及输出脉冲的移动情况并估算移相范围。
2.单相半控桥电路电阻性负载的研究
1）使用NMCL-05A挂箱，选择好集成或锯齿波触发电路作为单相半控桥的触发电路。
2）将（NMCL-33挂箱）主电路接上电阻性负载（灯泡）并接通主电路电源电源，调节NMCL-31A挂箱的控制电压来改变α角，并作出ud/ u2 =f(α)的表格（如表1-1）和曲线。
3）用示波器观察并记录α=600时负载两端的电压ud 、晶闸管两端电压uT1的波形。
3.电阻电感负载（无续流二极管）的研究
将灯泡与电抗器串联后作为电路的负载，用示波器观察并记录α=300时负载两端的电压ud 、晶闸管两端电压uT1 、id（id就是灯泡两端的电压波形）的波形。
4.观察电阻电感负载（无续流二极管）的失控现象。
断开其中一只晶闸管的触发脉冲，观察ud、 uT1、 uT2、id的波形。判断是否有一个晶闸管一直导通另一个晶闸管一直关断，输出电压ud 的波形为正弦单相半波不可控整流电压波形。
5.观察电阻电感负载（接续流二极管）是否还有失控现象。
6.反电势负载实验（选做）
五．实验预习内容及注意事项（重点）
1.怎样通过观察ud的波形来判断α角为多少度？
2.电阻电感负载（无续流二极管）实验中ud的波形是否有负半波？
3.电阻电感负载（无续流二极管）的失控实验中，电感量相对灯泡电阻的比值较小时是否会发生失控？
4.续流二极管接反时，将带来什么后果？
5.使用双踪示波器时，2根探头的接地不能同时使用，为什么？
6.如果将触发电路的交流输入的2根电源线互相交换连接，这样对半控桥电路是否有影响，如果有那是什么影响（半控桥电路可以正常工作吗？）。
7. u2是主电路的输入电压，它是交流电压。ud是主电路的输出电压，它是直流电压，用万用表测量时要选择正确的量程。
8.相关参考图表
表1-1 ud/ u2 =f(α)的表格
α范围
0o --30o
30o --60 o
60 o --90 o
90 o --1200
实际α

Ud

U2

实验二 三相全控桥整流电路的研究

一．实验目的
1.进一步掌握各种触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
2.对三相全控桥整流电路电阻、电感、反电势3种负载工作情况的波形进行全面分析。
3.实验中出现的问题加以分析和排除。
二．实验电路
预习相关内容，实验接线请参考例图并画出正确的实验接线图。实验用的触发电路原理图见实验一。
三．实验设备
1．挂箱模块： (NMCL-35、NMCL-5A、NMCL-33、NMCL-31A、NMCL-331)
电源模块：L1,L2,L3（之间线电压380V）；U1,V1,W1（之间线电压200V）；U2,V2,W2（之间线电压220V）；
2．仪器仪表设备：万用表、双踪示波器、电阻。
四．实验内容及步骤
1.调试单结晶体管、集成、锯齿波触发电路（选做）
使用NMCL-05A挂箱，用示波器观看并记录触发电路中各点波形。调节控制电压观察并记录各点电压波形的变化，以及输出脉冲的移动情况并估算移相范围。
2.三相全控桥电路电阻性负载的研究
1）将NMCL-33挂箱连接成三相全控桥电路并接上电阻性负载（900Ω电阻要处于最大位置），并使用NMCL-35挂箱（三相变压器）将三相电压降压后输入到NMCL-33挂箱上，接通主电路电源电源，调节NMCL-31A挂箱的控制电压来改变α角，并作出ud/ u2 =f(α)的表格（如表2-1）和曲线。
2）用示波器观察并记录α=300和600时负载两端的电压ud 、晶闸管两端电压uT1的波形。
3.电阻电感负载（无续流二极管）的研究
将灯泡与电抗器串联后作为电路的负载，用示波器观察并记录α=300和600时负载两端的电压ud 、晶闸管两端电压uT1 、id（id就是灯泡两端的电压波形）的波形。
4. 电阻电感负载（接续流二极管）的研究
5.在电阻性负载状态下，观察故障发生时的各种波形
1）丢失脉冲
2）主电路电源断相
6.反电势负载实验（选做）
五．实验预习内容及注意事项（重点）
1.怎样通过观察ud的波形来判断α角为多少度？
2.电阻电感负载（无续流二极管）实验中ud的波形是否有负半波？
3.电阻电感负载（无续流二极管）是否会失控？
4.续流二极管接反时，将带来什么后果？
5.使用双踪示波器时，2根探头的接地不能同时使用，为什么？
6.如果将主电路的三相电源的任意2相互相交换，是否会对电路有影响？如果有那是什么影响（电路可以正常工作吗？）。
7. u2是主电路三相输入电源的相电压，它是交流电压。ud是主电路的输出电压，它是直流电压，用万用表测量时要选择正确的量程。
表2-1 ud/ u2 =f(α)的表格
α范围
0o --30o
30o --60 o
60 o --90 o
90 o --1200
实际α

Ud

U2

图2-1 三相全控桥电路
图2-2 参考接线图
实验三 采用自关断器件的单相交流调压电路研究

一．实验目的
1．掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2．熟悉PWM专用集成电路SG3525的组成、功能、工作原理与使用方法。
二．实验内容
1．PWM专用集成电路SG3525性能测试
2．控制电路相序与驱动波形测试
3．带与不带电感时负载与mos管两端电压波形测试
4．在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。
三．实验系统组成及工作原理
随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管移相控制的交流调压设备，已逐渐被采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流斩波调压所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：
谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；
功率因数高，经滤波后，功率因数接近于1。
对其他用电设备的干扰小。
因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。
斩波调压的主回路由MOSFET及其反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时，则负载电阻RL上的电压波形如图3-1b所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输出端带有滤波环节时的负载端电压波形如图3-1c所示。
脉宽调制信号由专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。
控制系统中由变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS管VT1导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。
四．实验设备和仪器
1．NMCL-22实验挂箱 ； 2．万用表 ； 3．双踪示波器
五．实验方法
1．SG3525性能测试
先按下开关s1，锯齿波周期与幅值测量。测量“1” “2”端。
2．控制电路相序与驱动波形测试
将“UPW”的2端与控制电路的14端相连。将upw的电位器Rp右旋到大致中间的位置，按下开关s1、s6、s7，用双踪示波器观察并记录下列各点波形：
（1）控制电路的11、12与地端间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；
（2）控制电路的13、15与地端间波形；
（3）主电路的4与5及6与5端间波形；
3．不带电感时负载与mos管两端电压波形测试
将主电路的3与4短接，将upw的电位器Rp右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与mos管两端电压波形
4．带电感时负载与mos管两端电压波形测试
将主电路的3与4不短接，将upw的电位器rp右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与mos管两端电压波形
5．不同占空比D时的负载端电压测试
实验中，将电位器rp从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形
6．不同载波频率时的滤波效果比较
使电感接入电路，在s2、s3、s4合上与断开多种情况下，观察并记录负载两端波形。

图3-2 常规单相交流调压电路图

实验四 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．挂箱模块：电力电子教学试验台主控制屏NMCL-31A，NMCL-22组件
2．示波器、万用表
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.
1. SG3525性能测试
将NMCL-31A的控制电压接到NMCL-22的“3”端和“8”端，按下开关s1，进行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）即测量“1”端和“2”端，参考点是“4”端。
2．buck chopper
直流斩波电路的元器件参数
1
R1
1.8
Ω
7
L1阻值
0.2
Ω
2
R2
1.1
Ω
8
L2阻值
1.2
Ω
3
R3
1
Ω
9
L3阻值
0.5
Ω
4
R4
25
Ω
10
L4阻值
13.2
Ω
5
R5
5.2
Ω
11
C1
11uF
uF
6
R6
396.1
Ω
12
C2
12.7uF
uF
(1)连接电路。
将UPW(脉宽调制器)的输出端2和4端接到斩波电路中IGBT管VT的G和E端,分别将直流斩波电路的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。
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。
3．boost 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。
4．buck-boost chopper（选做）
（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
5．cuk chopper（选做）
（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
6．sepic chopper选做）
（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
7．zeta chopper（选做）
（1）照图接成zeta 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。