电力电子技术实验讲义（修订）2020.docx

电力电子技术实验讲义（修订一）一、实验目的(1)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。(2)掌握单相半波可控整流电路在电阻性负载及电阻电感性负载时的工作以及其整流 输出电压(Ud)波形。(3) 了解续流二极管的作用。二、实验所需挂件及附件序号型号备 注1电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”模块2DK03晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”、“电感”、“二极管”等模块3DK05单相晶闸管触发电 路该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块4DQ27三相可调电阻器调到最大,最小处附近时不要用力过猛5双踪示波器实验室自备6万用表实验室自备三、实验线路及原理将DK05挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DK03挂件面板上的正桥 中的任意一个晶闸管的门极和阴极，接线如图2-13所示。图中的R负载用450。电阻(将两个 900 c接成并联形式)。电感在DK03面板上，有100mH, 200mH、700mH三档可供选择，本实 验中选用直流电压表及直流电流表从DK03挂件上得到。二极管在DK03上(或选用DK08 挂件)。DK05 挂件主电路电源输出<A>电阻性负载单结晶且 体管触v 发电路A电阻电感性负载If Y1 VDP图2T3单相半波可控整流电路接线图 四、实验内容(1)单结晶体管触发电路的调试。(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。(3)单相半波可控整流电路带电阻性负载时Ud/U2= f(a)特性的测定。(4)单相半波可控整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。五、实验方法(1)单结晶体管触发电路的调试特别注意：”主电路电源输出”局部左边U, V, W三相电压是未经隔离的交流380V电压(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为220V左右，而“主电路电源输出“局部右边A, B, C三相电压是经隔离变压器输出的交流220V电压(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为127V左右，三相输出端A、B、C处的发光管发光时，可向外电路提供220V/L 5A的三相交流电源，且左右局部 两个中线N之间是没有电气连接的，请不要混用。用两根导线将电源控制屏“主电路电源输出” A与B间的220V交流线电压（隔 离变压器输出）接到DK05的“外接220V”端，按下“启动”按钮，翻开DK05电源 开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单 结晶体管触发电路输出电压等波形。调节移相电位器RP1,观察锯齿波的周期变化及输出脉 冲波形的移相范围能否在30°170°范围内移动？（2）单相半波可控整流电路接电阻性负载触发电路调试正常后，按图2T3电路图接线。将电阻器调在最大限值位置，按下“启动” 按钮，用示波器观察负载电压U4、晶闸管VT两端电压人的波形，调节电位器RP1,观察a =30。、 60°、90°、120°、150°时山、IM的波形，并测量直流输出电压口和电源电压U2,记录于 下表中。a30°60°90°120°150°也Ud （记录值）Ud/U2Ud （计算值）计算公式：Ud=0. 45U2(1+cos a )/2（3）单相半波可控整流电路接电阻电感性负载将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器L串联而成）。暂不接续流 二极管VD1,在不同阻抗角阻抗角<i>=tg'（coL/R）,保持电感量不变，改变R的电阻值，注 意电流不要超过1A情况下，观察并记录a =30°、60°、90°、120°时的直流输出电压 值%及的波形。a30。60°90°120°150°Ud （记录值）Ud/U2Ud （计算值）接入续流二极管VD1,重复上述实验，观察续流二极管的作用，以及人”波形的变化。a30°60°90°120°150°U2Ud （记录值）Ud/U2Ud （计算值）计算公式：Ud = 0. 456(1 十cos a )/2六、实验报告（1）画出a =90°时，电阻性负载和电阻电感性负载的山、加波形。（2）画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）的实验曲线，并与计算值山的对应曲线相比拟。 七、考前须知（1）参照第一节的考前须知。(2)在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相 触发电路来完成实验。(3)在实验中，触发脉冲是从外部接入DK03面板上晶闸管的门极和阴极，此时,请不要 用扁平线将DK03、DK04的正反桥触发脉冲“输入”“输出”相连，并将以及U”悬空，防止误 触发。(4)为防止晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接通 主电路。在接通主电路前，必须先将控制电压U”调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接 通主电路后，才可逐渐加大控制电压八，防止过流。要选择合适的负载电阻和电感，防止过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大 的电阻值。(5)由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作， 其通过的电流不能太小，否那么可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。在本实验装置中， 要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。(6)在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发 脉冲产生的位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在 同步电压的下半周，所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否那么实验就无法顺利完成。(7)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A,保证线性。2-3单相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的(1)理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。(2)掌握实现有源逆变的条件。(3)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等模块2DK03晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块3DK05单相晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块4DK12变压器实验该挂件包含“三相芯式变压器”、“三相不控整 流”等模块5DQ27三相可调电阻器调到最大,最小处附近时不要用力过猛6双踪示波器自备7万用表自备三、实验线路及原理图2-15为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用450 C可调电阻器(将两个900 Q接成并联形式)，电抗LJ1JDK03面板上的200mH,直流电压、电流表均在DK03面板上。触 发电路采用DK05挂件上的“锯齿波同步移相触发电路I、II ”锯齿波触发脉冲Gl, K1加到 VT1的控制极和阴极，锯齿波触发脉冲G4, K4加到VT6控制极和阴极。锯齿波触发脉冲G2, K2加到VT4的控制极和阴极，锯齿波触发脉冲G3, K3加到VT3控制极和阴极。图2T6为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个直流电源(实 验时注意电源的极性)，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器返 馈回电网。“芯式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“芯式变压 器”的中压端Am、Bm,返回电网的电压从其高压端A、B输出，变压器接成Y/Y接法。图中的 电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相同。有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。线电压220V三相电源输出D K O5锯齿波触发电路【裾齿波触发电路II图2T5单相桥式整流实验原理图线电压220V三相电源输出三相芯式变压器呻2kVT2 2®T4 R-L_L_1_£1三相不控整流线电压220V三相电源输出O5锯齿波触发电路【裾齿波触发电路H图2-16单相桥式有源逆变电路实验原理图四、实验内容（1）单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。（2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。（3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。五、实验方法（1）特别注意：“主电路电源输出”局部左边U, V, W三相电压是未经隔离 的交流380V电压（两相之间线电压），它们和中线N之间的相电压为220V左右， 而“主电路电源输出”局部右边A, B, C三相电压是经隔离变压器输出的交流220V 电压（两相之间线电压），它们和中线N之间的相电压为127V左右，三相输出端A、 B、C处的发光管发光时，可向外电路提供220V/L 5A的三相交流电源，且左右部 分两个中线N之间是没有电气连接的，请不要混用。（2）触发电路的调试用两根导线将电源控制屏“主电路电源输出”上与8间的220V交流线电压（隔离变压器输 出）接到DK05的“外接220V”端，按下“启动”按钮，翻开DK05电源开关，这时挂件中所有 的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。将控制电压必调至零（将电位器RP2顺时针旋到底），观察同步电压信号和“5”点火的波 形，调节偏移电压L（即调RP3电位器），使a =180°。将锯齿波触发电路的输出脉冲端分别接至全控桥中相应晶闸管的门极和阴极，注意不要 把相序接反了，否那么无法进行整流和逆变。在实验中，请不要用扁平线将DK03、DK04的正反 桥触发脉冲“输入”“输出”相连，确保晶闸管不被误触发。（3）单相桥式全控整流按图2T5接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持以偏移电压不变（即 RP3固定），逐渐增加（调节RP2）,在（1=0°、30°、60°、90°、120°时，用示波器观 察、记录整流电压口和晶闸管两端电压L1的波形，并记录电源电压IL和负载电压LL的数值于下 表中。a30°60°90°120°U?U.j （记录值）Ud （计算值）计算公式:Ud=O. 9Uz(l+cos a )/2(4)单相桥式有源逆变电路实验按图2T5接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持U,偏移电压不变(即 RP3固定),逐渐增加Ik (调节RP2),在B=30°、60。、90°时,观察、记录逆变电流L和 晶闸管两端电压上的波形，并记录负载电压IL的数值于下表中。30060°90°Ud (记录值)Ud (计算值)(5)逆变颠覆现象的观察调节八,使a =150° ,观察以波形。突然关断触发脉冲(可将触发信号拆去)，用双踪 慢扫描示波器观察逆变颠覆现象，记录逆变颠覆时的山波形。六、实验报告(1)画出 a =30°、60°、90°、120°、150° 时Ud和加的波形。(2)画出电路的移相特性Ud=f (a)曲线。(3)分析逆变颠覆的原因及逆变颠覆后会产生的后果。七、考前须知(1)在实验中，触发脉冲是从外部接入DK03面板上晶闸管的门极和阴极，此时,请不要 用扁平线将DK03、DK04的正反桥触发脉冲“输入”“输出”相连，并将U“及U»悬空，防止误 触发。(2)为了保证从逆变到整流不发生过流，其回路的电阻R应取比拟大的值，但也要考虑 到晶闸管的维持电流50mA,保证可靠导通。2-4三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的(1)理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。(2) 了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等模块2DK03晶闸管主电路3DK04三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”、“正、反桥功放”等 模块4DK08给定及实验元器件该挂件包含“给定”模块5DQ27三相可调电阻器调到最大、最小处附近时不要用力过猛6DK12三相芯式变压器该挂件包含“三相芯式变压器和不控整流”电路6双踪示波器自备7万用表自备三、实验线路及原理实验线路如图2-20及图2-21所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三 相不控整流电路组成，触发电路为DK04中的集成触发电路，由KC04、KC4k KC42等集成芯片 组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的原理可参考有关资料，三相桥式 整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的相关内容。图中的R用450Q （将两个900c接成并联形式）：电感L在DK03面板上，选用200mH,直 流电压、电流表由DK03获得。在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流电路一致，芯式变压器用作升压变压器， 逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am、Bm、Cm,返回电网的电压从高压端A、B、C输出, 变压器接成Y/Y接法。四、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。五、实验方法（1） DK03和DK04上的“触发电路”调试 翻开总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入 的三相电网电压是否平衡。用弱电导线将DK03上的“三相同步信号输出端”和DK04 “三相同步信号输入”端相 连，翻开DK04电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测 孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DK08上的“给定”输出也直接与DK04的移相控制电压L相接（要共地），将给定 开关S：拨到接地位置（即八=0）,调节DK04上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同 步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使a=170°。适当增加给定心的正电压输出，观测DK04上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到 单窄脉冲和双窄脉冲。将DK04面板上的山端接地，用20芯的扁平电缆，将DK04的“正桥触发脉冲输出”端 和DK03 “正桥触发脉冲输入”端相连，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲 是否正常。c 220V)三相电源输出VT12 VT62kVT2给定Ug Uct触发电路正桥功放电阻性负载电阻电感性负载RCl KI C2 K2 C3 K3 C4 K4 G5 K5 C6KfjuTf图2-20三相桥式全控整流电路实验原理图<A)11L.»Zgv” zgvT3*T5Xu Am -Yn BmTm( 220V) 三相电源输出iQn 1Qt2LIT_£Z1三相不控电整流( 220V)三相电源输出给定Ugci KlC2 13 C3 K3 01 瞿 15C6 16JUlf图2-21三相桥式有源逆变电路实验原理图(2)三相桥式全控整流电路按图2-2()接线，将DK08上的“给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最大 阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使a角在30°150°范围 内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流L保持在0.6A左右(注意L不得超 过0.65A)。用示波器观察并记录a =30°、60°及90°时的整流电压U和晶闸管两端电压U” 的波形，并记录相应的匕数值下表中。a30°60°90°u2Ud (记录值)Ud/U2Ud (计算值)计算公式:山=2. 34U2cos a(060°)7T Ud=2. 34U2l+cos(a+ )(60"120")3(3)三相桥式有源逆变电路按图2-21接线，将电源控制屏上的“给定”输出调到零(逆时针旋到底)，将电阻器放 在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使B角在30°90° 范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流L保持在0.6A左右(注意L不得超 过0.65A)。用示波器观察并记录B =30°、60°、90°时的电压山和晶闸管两端电压风的波 形，并记录相应的口数值于下表中。330°60°90°u2Ud (记录值)Ud/U2Ud (计算值)计算公式:Ud=2. 34U2cos(180°-P)六、实验报告(1)画出电路的移相特性山=f(a)。(2)画出触发电路的传输特性a =f(Ujo(3)画出a =30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压LM的 波形。七、考前须知(1)为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大限值位置。2-5单相交流调压电路实验一、实验目的(1)理解单相交流调压电路的工作原理。(2)理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。(3) 了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”,“可调电阻器”， “交流电流表”，“交流电压表”等模块2DK05单相晶闸管触发电路该挂件包含“单相交流调压触发电路”3DK08实验元器件该挂件包含“双向晶闸管”4双踪示波器自备5万用表自备三、单相交流调压触发电路的介绍单相交流调压触发电路采用KCO5集成晶闸管移相触发器(KC05的电路内部原理图见附 录)。该集成触发器适用于触发双向晶闸管或两个反向并联晶闸管组成的交流调压电路，具 有失交保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发电路。单相交流调压触发电路原理图2-22所示。图2-22单相交流调压触发电路原理图同步电压由KC05的15、16脚输入，在TP2点可以观测到锯齿波，RP1电位器调节锯齿波的 斜率，RP2电位器调节移相角度，触发脉冲从第9脚，经脉冲变压器输出。四、实验线路及原理本实验采用KC05晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶 闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、 有失交保护、输出电流大等优点。单相晶闸管交流调压器如图2-22所示。图中电阻R用450Q (将两个900。接成并联接法) 或那么用220V灯泡负载(DK08), “双向晶闸管”由DK08取得，交流电压、电流表由DK01电源 控制屏上得到，电抗器Ld从DK03上得到，用700mH。2 220V)三相电源输出2-22单相交流调压主电路原理图 四、实验内容(1) KC05集成移相触发电路的调试。(2)单相交流调压电路带电阻性负载。(3)单相交流调压电路带电阻电感性负载。第一章实验的基本要求3第二章 电力电子技术实验工程62-4西门子TCA785集成触发电路实验62-5单相半波可控整流电路实验92-7单相桥式全控整流及有源逆变电路实验122T1三相桥式全控整流及有源逆变电路实验152-12单相交流调压电路实验 18第三章现代电力电子器件特性及典型线路实验213-3直流斩波电路的性能研究213-4 SPWM单相交直交变频原理实验28五、实验方法(2) KC05集成晶闸管移相触发电路调试特别注意：“主电路电源输出”局部左边U, V, W三相电压是未经隔离的交流 380V电压(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为220V左右，而“主 电路电源输出“局部右边A, B, C三相电压是经隔离变压器输出的交流220V电压 (两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为127V左右，三相输出端A、B、 C处的发光管发光时，可向外电路提供220V/1. 5A的三相交流电源，且左右局部 两个中线N之间是没有电气连接的，请不要混用。用两根导线将电源控制屏“主电路电源输出”的A, B 220V交流线电压接到DK05的“外 接220V”端，按下“启动”按钮，翻开DK05电源开关，用示波器观察“1”“5”端及脉 冲输出的波形。调节电位器RP1,观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2,观察输出脉冲的移 相范围如何变化，移相能否到达170。，记录上述过程中观察到的各点电压波形。(2)单相交流调压带电阻性负载将DK05面板上的单相交流调压触发电路的输出脉冲端“Gl”、“K1”接至主电路双向 晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压网的波 形。调节''单相调压触发电路”上的电位器RP2,观察在不同a角时各点波形的变化，并 记录 a =30。、60°、90°、120° 时的波形。(3)单相交流调压接电阻电感性负载在进行电阻电感性负载实验时，需要调节负载阻抗角的大小，因此应该知道电抗器 的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻，如图2-23所示。电抗器的内阻为：Rl=Ul/I(2-1)电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图2-24所示。由于电流大时，对电抗器的电 感量影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。图2-23用直流伏安法测电抗器内阻Zl华电抗器的电感为_ Jz J - 尺J Z-/2可coL= arctan% + %图2-24用交流伏安法测定电感量(2-2)(2-3)这样，即可求得负载阻抗角在实验中，欲改变阻抗角，只需改变可调电阻器R的电阻值即可。切断电源，将L与R串联，改接为电阻电感性负载。按下“启动”按钮，用双踪示波 器同时观察负载电压口和负载电流h的波形。调节R的数值，使阻抗角为一定值，观察在不同 a角时波形的变化情况，记录a >“、a=a V”三种情况下负载两端的电压口和流 过负载的电流L波形。六、实验报告(1)整理、画出实验中所记录的各类波形。(2)分析电阻电感性负载时，a角与6角相应关系的变化对调压器工作的影响。七、考前须知(1)可参考实验一的考前须知(2)本实验也可采用用反并联晶闸管取代双向晶闸管，自己可进行设计。第三章现代电力电子器件特性及典型线路实验3-1直流斩波电路的性能研究一、实验目的(|)熟悉直流斩波电路的工作原理。(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。(3) 了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。二、实验所需挂件及附件序号型号备 注1DK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”3DK07直流斩波电路4DQ27三相可调电阻器5DKU单相调压与可调负载慢扫描示波器自备万用表自备三、实验线路及原理1、主电路、降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图3-3所示。图中V为全控型器件, 选用IGBT。D为续流二极管。由图3-3b中V的栅极电压波形Uge可知，当V处于通态时，电源 U向负载供电，UD=Uio当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压Ud近似为零，至 一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：Ut) =U = u = aU o .I nn %+% T式中ton为v处于通态的时间，tofr为V处于断态的时间，T为开关周期，。为导通占空比, 简称占空比或导通比(cFi°/r)。由此可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为Ui,假设减小占 空比。，那么Uo随之减小，由F输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。(a)电路图(b)波形图图3-3降压斩波电路的原理图及波形、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图3-4所示。电路也使用一个全控 型器件V,由图3-4b中V的栅极电压波形Uge可知，当V处于通态时，电源Ui向电感L1充电， 充电电流基本恒定为h,同时电容Ci上的电压向负载供电，因Ci值很大，基本保持输出电压 U。为恒值。设V处于通态的时间为小，此阶段电感L|上积蓄的能量为Uihlon。当V处于断态 时Ui和L共同向电容Ci充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为ton、那么在此期间电 感L释放的能量为(Uo-Ui)h所。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感Li积蓄的能量与释 放的能量相等，即：UiI|tcn=(Uo-Ui) 11 toffu =且 U.=Lu.° fofffoff上式中的T/tofGl,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。电路图(b)波形图图3-4升压斩波电路的原理图及波形、升降压斩波电路(Boosl-Buck Chopper)升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图3-5所示。电路的基本工 作原理是：当可控开关V处于通态时，电源Ui经V向电感Li供电使其贮存能量，同时Ci维持 输出电压U。基本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感L冲贮存的能量向负载释放。可见, 负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：Ot qp .I I假设改变导通比a,那么输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当时为降 压，当时为升压。电路图波形图图3-5升降压斩波电路的原理图及波形、Cuk斩波电路Cuk斩波电路的原理图如图3-6所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时， ULiV回路和负载RL2CzV回路分别流过电流。当V处于断态时，UiLiCiD 【可路和负载RL2-D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压 为：Uo =-Ui=-Ul.“ T-to -a假设改变导通比。，那么输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<l/2时 为降压，当时为升压。图3-6 Cuk斩波电路原理图、Scpic斩波电路Sepic斩波电路的原理图如图3-6所示。电路的基本工作原理是：可控开关V处于通态时，UiLV回路和C2VL2回路同时导电，Li和L2贮能。当V处于断态时，UiLiC2DR 101路及LlDRI可路同时导电，此阶段Ui和Li既向R供电，同时也向C?充电，C2贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为：un=u：假设改变导通比。，那么输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<l/2时 为降压，当时为升压。Li c图3-7 Sepic斩波电路原理图、Zeta斩波电路4*Zeta斩波电路的原理图如图3-8所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态 时，电源Ui经开关V向电感Li贮能。当V处于断态后，Li经D与C2构成振荡回路，其贮存的能 量转至C2,至振荡回路电流过零，L上的能量全部转移至C2上之后，D关断，C2经L2向负载 R供电。输出电压为：图3-8 Zeia斩波电路原理图假设改变导通比。，那么输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<aG/2时 为降压，当"2<aG时为升压。2、控制与驱动电路控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General公司生产的专用PWM控 制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图3-9所示，它采用恒频脉宽调制控制方案， 内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比拟器、分频器和保护电路等。调节 Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波 (即PWM信号)。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原理与性能指标可参阅 相关的资料。四、实验内容(1)控制与驱动电路的测试(2)六种直流斩波器的测试图3-9 SG3525芯片的内部结构与所需的外部组件五、思考题(1)直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？(2)为什么在主电路工作时不能用示波瑞的双踪探头同时对两处波形进行观测？六、实验方法1、控制与驱动电路的测试(1)启动实验装置电源，开启DK07控制电路电源开关。(2)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur,用双踪示波器分别观测SG3525的第11脚与第14 脚的波形，观测输出PWM信号的变化情况，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511 (A)占空比(%)14(B)占空比()PWM占空比()(3)用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。观测点A(U 脚)B(14 脚)PWM波形类型幅值A(V)频率f (Hz)(4)用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位 器，观测两路输出的PWM信号，测出两路信号的相位差，并测出两路PWM信号之间最小的 “死区”时间。2、直流斩波器的测试(使用一个探头观测波形)斩波电路的输入直流电压Ui由三相隔离变压器输出的单相交流电经DK11单相交流调压 器及单相桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源，观测Ui波形，记录其平均值(注：本 装置限定直流输出最大值为24V,输入交流电压的大小由调压器调节输出)。按以下实验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进行测试。(1)切断电源，根据DK07上的主电路图，利用面板卜的元器件连接好相应的斩波实验 线路，并接上电阻负载，负载电流最大值限制在200mA以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、分别接至V的G和E端。(2)检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。(3)用示波器观测PWM信号的波形、Uge的电压波形、Uce的电压波形及输出电压Uo和 二极管两端电压Ud的波形，注意各波形间的相位关系。(4)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur,观测在不同占空比(。)时，记录Ui、U。和。的数 值于下表中，从而画出Uo=f(。)的关系曲线。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比a (%)Ui(V)Uo(V)七、实验报告(1)分析图3-9中产生PWM信号的工作原理。(2)整理各组实验数据绘制各直流斩波电路的Ui/Uo-。曲线，并作比拟与分析.(3)讨论、分析实验中出现的各种现象。八、考前须知(1)在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否 那么会造成短路。(2)用示波器两探头同时观测两处波形时，要注意共地问题，否那么会造成短路，在观测 高压时应衰减1()倍，在做直流斩波器测试实验时，最好使用一个探头。3-2 SPWM单相交直交变频原理实验一、实验目的(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。(2)掌握SPWM波产生的基理。(3)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作 波形的影响。二、实验所需挂件及附件序号型号备 注1DK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出“ 等几个模块。2DK03晶闸管主电路该挂件包含“平波电抗器”等儿 个模块3DK11单相调压与可调负载4DK14单相交直交变频原理5双踪示波器自备6万用表自备三、实验线路及原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。实验电路 由三局部组成：即主电路，驱动电路和控制电路。（1）主电路局部：LO AD三相电源输出AC/DC （整流）DC/AC （逆变）图3-10主电路结构原理图如图3-10所示，交直流变换局部（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DK11单 相调压器提供50V交流电）；逆变局部（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路, 采用双极性调制方式。输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基 波）交流输出。本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载。（2）驱动电路：如图3-11（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L（或M57959L）, 其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。其特点如下： 采用快速型的光藕实现电气隔离。具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1 呈现高电平，经过流保护电路（见图3-12）,使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路， 起到了封锁保护作用。SPWMIM57962L图3-11驱动电路结构原理图STOPOCIH kl第一章实验的基本要求一、实验前的准备实验前的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应 先进行预习，从而提高实验质量和效率，否那么就有可能在实验时不知如何下手, 浪费时间，完不成实验要求，甚至有可能损坏实验装置。因此，实验前应做到:(1)复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。(2)阅读本教材中的实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实 验系统的工作原理和方法；明确实验过程中应注意的问题。(3)写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记 录表格等。(4)进行实验分组，一般情况下，电力电子技术实验分组为每组12人，交、 直流调速系统实验的实验小组为每组23人。二、实验的实施过程在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做 到以下几点：(1)实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次 实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。(2)指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、 仪器，