电力电子技术实验讲义.pdf

《电力电子技术实验讲义.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术实验讲义.pdf（43页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、 电力电子技术实验讲义 内蒙古大学电子信息工程学院自动化系 1/43 目录 实验一 安全规程与实验规程1 实验二 单结晶体管触发电路实验6 实验三 单相桥式半控整流电路实验8 实验四 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 特性实验13 实验五 直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）16 实验六 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验23 实验七 单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验28 实验八 整流电路有源功率因数校正33 2/43 实验一 安全规程与实验规程 一、实验目的：1、掌握安全规程及实验规程、安全用电知识、操作规范，以确保实验过程中的人身安全。2、熟悉实验设备的主电路。二

2、、实验所需挂件及附件：序号 型号 备注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块 三、实验内容：1、安全规程及实验规程的教育。2、主电路图各组成部分的观察与连接。四、预习要求：阅读电力电子技术教材中有关安全操作的内容。五、思考题：该实验的操作要求与以前的弱电实验有什么不同？六、实验报告：1、画出实验主电路图。2、写出实验安全操作规程。3/43 附录：一、实验安全规程 为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全及设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：1、在实验过程中，绝对不允许双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体当作负载使用。2、为了提高学生的安

3、全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断电源后方可进行。3、为了提高试验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。4、如果在实验过程中发生告警，应仔细检查线路以及电位器的调节位置，确定无误后，方可重新进行实验。5、在实验过程中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成试验，以免损坏仪表、电源或负载。6、电源控制屏以及各挂件所使用的保险丝规格和型号是经我们反复试验选定的，不得私自改变其型号和规格，否则可能会引起不可预料的后果。7、在加电流、转速闭环前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈。8、除作阶跃启动试验外，系统启动前负载电阻必

4、须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸启动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。9、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。二、DJK01电源控制屏 电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源。同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用。在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有 12 芯、10 芯、4 芯、3 芯等插座，有源挂件的电源从这些插座提供。在控制屏两边设有单相三极 220V 电源插座及三相四

5、极 380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的 40W 日光灯。1、三相电网电压指示 三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。2、定时器兼报警记录仪 平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书）3、控制部分 4/43 它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电

6、路及励磁电源都有输出。4、三相主电路输出 三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调速电源选择开关”控制，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相处装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器可测定输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路输出电压信号。5、励磁电源 在按下启动按钮后

7、将励磁电源开关拨向“开”，则励磁电源输出为220V的直流电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护。励磁电源仅为直流电机提供励磁电流，由于励磁电源的容量有限，一般不要作为大电流的直流电源使用。6、面板仪表 面板下部设置有300V 数字式直流电压表和5A 数字式直流电流表，精度为 0.5 级，能为可逆调速系统提供电压及电流指示。面板上部设置有500V 真有效值交流电压表和 5A 真有效值交流电流表，精度为0.5 级，供交流调速系统实验时使用。7、电源控制屏启动程序与操作说明 1）、接通控制屏的三相四线电源。2）、电源控制屏启动时，先将总电源钥匙开关置于“开”的位置。此

8、时，电源左右两侧电源插座有电（220V），凹槽内的挂件电源插座有电;此时“停止”按钮指示灯（红色）亮，“启动”按钮指示灯(绿色)灭，计时兼报警纪录仪开始计时并显示时间。通过左上角的波段开关和电压表来观察三相输入电源是否正常，为防止电源开关频繁动作对电压表的冲击，平时请将波段开关置于空档。3）、按动“启动”按钮，红灯灭，绿灯亮；此时三相隔离变压器输出电压，选择“直流调速”时为 220V；选择“交流调速”时为 250V；直流励磁电源电压为 220V。在实验过程中严禁将主电路输出端及电流互感器输出短路，以免发生意外。4）、实验完毕，应先关闭所有挂件的电压电源开关或切断励磁电源，然后按动“停止”5/4

9、3 按钮开关、切断主电路电源，最后将钥匙开关置于“关”的位置，切断总电源。三、实验规程 l实验课前要认真预习，做好必要的准备工作，如做好预习报告，阅读注意事项，未预习者不得参加实验，实验课不得无故迟到。2实验时，实验者应认真仔细，注重培养独立分析问题和解决问题的能力，要有协作精神，同组合作者要团结互助、共同探讨、互相学习。3接完线路，应先自行检查，再请教师复查后才能接通电源，进行实验。改接线路时，必须先切断电源。4实验完毕，所记录数据经教师审阅签字后，方可拆线，实验报告无教师签字无效。5未经许可，不得乱用与本次实验无关的设备器材，不得将实验室物品携出室外。6要爱护仪器设备，凡损坏仪器设备者，应

10、填写损坏单。对于不听从教师指导和违反操作规程而损坏仪器设备者，除写出书面检讨外，还应进行赔偿。7维护实验室内的整洁与肃静，严禁随地吐痰，大声喧哗。实验完毕后，断掉电源，将用过的导线，仪器设备整理好放归原位，并做好值日工作。四、安全用电知识 1不得带电接线或拆、改线路，安装、更换保险丝。2合闸与拉闸操作要果断可靠，操作者不应面对刀闸，以防电弧喷出烧伤。3线路接好通电时，必须通知本组同学，同组者要相互密切配合，以防发生意外。4仪表设备应放置合理，避免导线跨越电源刀闸、仪表、旋转或运动的机械部分。各种设备要可靠放置，防止跌落摔坏设备。5实验中，如发现有超量程、过热、异味、异声、冒烟、火花等，应立即切

11、断电源再处理故障。6实验时，要精神集中，严肃认真。7不得穿湿衣湿鞋或湿手赤足做实验，以防引起触电事故。8使用仪器设备时，必须先阅读有关附录内容的说明，了解设备的规格，使用方法等。严格按额定值使用，调节电源或电路参数时，应密切监视电表指针，以免损坏设备。9实验室总电源由指导教师操作，无指导教师在场，学生不得自行通电实验。10自觉维护人身及实验设备安全。6/43 输入件元输件出元定时时间继电器线圈器PLC元件PLC元件SQ继电接触器控制元件继电接触器控制元件SBYXYXFRSQSBKMKMTTTY接触器线圈KT线圈KTKTKM动合触点动断触点动断触点动断触点动合触点动合触点接触器动合辅助触点接触器

12、动断辅助触点常闭延时闭合触点常闭延时断开触点行程开关动合触点动合按钮动断按钮行程开关动断触点热继电器动断触点线圈附：PLC元件与继电控制元件对照表 7/43 实验二 单结晶体管触发电路实验 一、实验目的(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。二、实验所需挂件及附件 序号 型 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2 DJK03 晶闸管触发电路 该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。3 双踪示波器 自备 三、实验线路及原理 单结晶体管触发电路的工作原理已作过介绍。四、实验内容 (1)单结

13、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。五、预习要求 阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。六、思考题(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中 C1 的数值有什么关系?8/43(2)单结晶体管触发电路的移相范围能否达到 180?七、实验方法(1)单结晶体管触发电路的观测 将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导

14、致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30170范围内移相?(2)单结晶体管触发电路各点波形的记录 当30o、60o、90

15、o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图1-9的各波形进行比较。八、实验报告 画出=60时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。九、注意事项 双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器

16、上同时观察到两个信号，而不发生意外。9/43 实验三 单相桥式半控整流电路实验 一、实验目的（1）加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。（2）了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。二、实验所需挂件及附件 序号 型 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3 DJK03 晶闸管触发电路 该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4 DJK06 给定及实验器件 该挂件包含“二极管”以及“开关”等几个

17、模块。5 D42 三相可调电阻 6 双踪示波器 自备 7 万用表 自备 三、实验线路及原理 本实验线路如图3-4所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK03挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个 900接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电流表从DJK02挂件获得。10/43 3-4 单相桥式半控整流电路实验线路图 四、实验内容(1)锯齿波同步触发电路的调试。(2)

18、单相桥式半控整流电路带电阻性负载。(3)单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。(4)单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。(2)了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用。六、思考题(1)单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?(2)在加续流二极管前后，单相桥式半控整流电路中晶闸管两端的电压波形如何?七、实验方法(1)将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用双踪

19、示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。11/43(2)锯齿波同步移相触发电路调试：其调试方法与实验三相同。令Uct=0时（RP2电位器顺时针转到底），170o。(3)单相桥式半控整流电路带电阻性负载：按原理图3-4接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管两端电压UVT和整流二极管两端电压UVD1的波形，调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在不同角时Ud、UVT、UVD1的波形，测量相应电源电压U2和负载电压Ud的数值，记录于下表中。30 60 90 120 150 U2 Ud(记录值)Ud/U2

20、Ud(计算值)计算公式:Ud=0.9U2(1+cos)/2(4)单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载 断开主电路后，将负载换成将平波电抗器Ld(70OmH)与电阻R串联。不接续流二极管VD3，接通主电路，用示波器观察不同控制角时Ud、UVT、UVD1、Id的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：30 60 90 U2 Ud(记录值)Ud/U2 Ud(计算值)12/43 在=60时，移去触发脉冲(将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉)，观察并记录移去脉冲前、后Ud、UVT1、UVT3、UVD1、UVD2、Id的波形。接上续流二极管VD3，接通主电路，观察不同控制角时Ud、UV

21、D3、Id 的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：30 60 90 U2 Ud(记录值)Ud/U2 Ud(计算值)在接有续流二极管 VD3 及=60时，移去触发脉冲(将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉)，观察并记录移去脉冲前、后 Ud、UVT1、UVT3、UVD2、UVD1和 Id的波形。(5)单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）要完成此实验还应加一只直流电动机。断开主电路，将负载改为直流电动机，不接平波电抗器 Ld，调节锯齿波同步触发电路上的 RP2 使 Ud由零逐渐上升，用示波器观察并记录不同 时输出电压 Ud和电动机电枢两端电压 Ua的波形。接上平波电抗器，重

22、复上述实验。八、实验报告(1)画出电阻性负载，电阻电感性负载时Ud/U2=f()的曲线。(2)画出电阻性负载，电阻电感性负载，角分别为30、60、90时的Ud、UVT的波形。(3)说明续流二极管对消除失控现象的作用。九、注意事项(1)为避免晶闸管意外损坏，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Uct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Uct，避免过流。要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。13/43 由于晶闸管具有一定的维

23、持电流，故要使晶闸管可靠工作，其通过的电流不能太小，否则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。(2)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，否则实验就无法顺利完成。(3)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。(4)在本实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”

24、的位置，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。(5)带直流电动机做实验时，要避免电枢电压超过其额定值，转速也不要超过1.2倍的额定值，以免发生意外，影响电机功能。(6)带直流电动机做实验时，必须要先加励磁电源，然后加电枢电压，停机时要先将电枢电压降到零后，再关闭励磁电源。14/43 实验四 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 特性实验 一、实验目的(1)掌握各种电力电子器件的工作特性。(2)掌握各器件对触发信号的要求。二、实验所需挂件及附件 序号 型 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2 DJK06 给定及实验器件 该挂件包

25、含“二极管”以及“开关”。3 DJK07 新器件特性实验 4 万用表 自备 三、实验线路及原理 实验线路如图：图 3-24 新器件特性实验原理图 将电力电子器件和负载电阻 R 串联后接至直流电源的两端，由 DJK06 上的给定为新器件提供触发信号，使器件触发导通。图中的电阻 R 用 DJK06 上的灯泡负载，直流电压和电流表可从 DJK01 电源控制屏上获得，电力电子器件在 DJK07 挂箱上，直流电源从电源控制屏的励磁电源取得。四、实验内容(1)晶闸管（SCR）特性实验。(2)可关断晶闸管（GTO）特性实验。15/43(3)功率场效应管（MOSFET）特性实验。(4)大功率晶体管（GTR）特

26、性实验。(5)绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。五、预习要求 阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。六、思考题 各种器件对触发脉冲要求的异同点？七、实验方法(1)按图 3-24 接线，将晶闸管（SCR）接入电路，在实验开始时，将给定电位器沿逆时针旋到底，关闭励磁电压。按下“启动”按钮，打开 DJK06 的开关，然后打开励磁开关，缓慢调节给定输出，同时监视电压表、电流表的读数，使之指示接近零（表示管子完全导通），记录给定电压 Ug、回路电流 Id以及器件的管压降 Uv。Ug Id Uv (2)将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO），重复上述步骤，并记录数据。Ug Id Uv (3)换成功

27、率场效应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。Ug Id Uv (4)换成大功率晶体管（GTR），重复上述步骤，并记录数据。16/43 Ug Id Uv (5)换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。Ug Id Uv 八、实验报告 根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。九、注意事项（1）在实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，避免误触发。(2)为避免晶闸管意外损坏，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。

28、在接通主电路前，必须先将控制电压Uct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Uct，避免过流。要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。由于晶闸管具有一定的维持电流，故要使晶闸管可靠工作，其通过的电流不能太小，否则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。(3)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

29、题，否则实验就无法顺利完成。(4)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过 1A，保证线性。17/43 实验五 直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）一、实验目的(1)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 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2 DJK09 单相调压与可调负载 3 DJK20 直流斩波电路 4 D42 三相可调电阻 5 慢扫描示波器 自备 6 万用表 自备 三、实验线路及原理 1、主电路 、降压

30、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 4-14 所示。图中 V 为全控型器件，选用 IGBT。D 为续流二极管。由图 4-14b 中 V 的栅极电压波形 UGE可知，当 V 处于通态时，电源 Ui向负载供电，UD=Ui。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：式中 ton为 V 处于通态的时间，toff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(=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值 U

31、O最大为 Ui，若减小占空比，则 UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。iionioffononoaUUTtUtttU18/43 VDLCUo-+-+UEGCRi11UD+-(a)电路图 (b)波形图 图 4-14 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 4-15 所示。电路也使用一个全控型器件 V。由图 4-15b 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 I1,同时电容 C1上的电压向负载供电，因 C1值很

32、大，基本保持输出电压 UO为恒值。设 V 处于通态的时间为 ton，此阶段电感 L1上积蓄的能量为 UiI1ton。当 V处于断态时 Ui和 L1共同向电容 C1充电，并向负载提供能量。设 V 处于断态的时间为 toff，则在此期间电感 L1释放的能量为(UO-Ui)I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期 T 内电感 L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：UiI1ton=(UO-Ui)I1toff 上式中的 T/toff1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。VDLCUo-+-+EGCUi11RI1+-UD(a)电路图 UGEUDtttUOtontoffTUiioffioffoff

33、onoUtTUtttU19/43 UGEUDtttUO(b)波形图 图 4-15 升压斩波电路的原理图及波形、升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图 4-16 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 L1供电使其贮存能量，同时 C1维持输出电压 UO基本恒定并向负载供电。此后，V 关断，电感 L1中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：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 01/2 时为降压，

34、当 1/21 时为升压。VDLC-+UEGCi11Uo+-RUD+-(a)电路图 UGEUDtttUO(b)波形图 图 4-16 升降压斩波电路的原理图及波形 iiononioffonoUaaUtTtUttU120/43、Cuk 斩波电路 Cuk 斩波电路的原理图如图 4-17 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V 处于通态时，UiL1V 回路和负载 RL2C2V 回路分别流过电流。当 V 处于断态时，UiL1C2D 回路和负载 RL2D 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：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 01/2 时为降压，

35、当 1/21 时为升压。VDLC-+UEGLCCUo+-Ri1221 图 4-17Cuk 斩波电路原理图、Sepic 斩波电路 Sepic 斩波电路的原理图如图 4-18 所示。电路的基本工作原理是：可控开关 V 处于通态时，UiL1V 回路和 C2VL2回路同时导电，L1和 L2贮能。当 V 处于断态时，UiL1C2DR 回路及 L2DR 回路同时导电，此阶段 Ui和 L1既向 R 供电，同时也向C2充电，C2贮存的能量在 V 处于通态时向 L2转移。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 01/2 时为降压，当 1/21 时为升压。VDLC-+UEGL

36、CCUo-+Ri1221 图 4-18 Sepic 斩波电路原理图、Zeta 斩波电路 Zeta 斩波电路的原理图如图 4-19 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V 处于通态iiononioffonoUaaUtTtUttU1iiononioffonoUaaUtTtUttU121/43 时，电源 Ui经开关 V 向电感 L1贮能。当 V 处于断态后，L1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，L1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：ioUaaU1 VDLC-+UEGLCCUo-+Ri1212 图 4-19 Z

37、eta 斩波电路原理图 若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 01/2 时为降压，当 1/21 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 4-20 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、比较器、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

38、能指标可参阅相关的资料。图 4-20 SG3525 芯片的内部结构与所需的外部组件 22/43 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 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器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 DJK20 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)1.4 1.6 1.8

39、 2.0 2.2 2.4 2.5 11(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(11 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由三相调压器输出的单相交流电经DJK20挂箱上的单相桥

40、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 50V，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。23/43 按下列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 DJK20 上的主电路图，利用面板上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”、“V-E”分别接至 V 的 G 和 E 端。(2)检查接线正确后，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

41、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、UO和的数值于下表中，从而画出 UO=f()的关系曲线。Ur(V)1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5 占空比(%)Ui(V)Uo(V)七、实验报告(1)分析图 4-20 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，并作比较与分析。(3)讨论、分析实验中出现的各种现象。八、注意事项(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，否则会造成短路。(2)用示波器两探头同时观测两处波形时，要注意

42、共地问题，否则会造成短路，在观测高压时应衰减 10 倍，在做直流斩波器测试实验时，最好使用一个探头。24/43 实验六 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 一、实验目的(1)加深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 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 3 DJK02-1 三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放”等几个模块。4 DJK06 给定及实验器件 该挂件包含“二极管”以及“开关”

43、等几个模块。5 DJK10 变压器实验 该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6 D42 三相可调电阻 7 双踪示波器 自备 8 万用表 自备 三、实验线路及原理 实验线路如图3-10及图3-11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DJKO2-1中的集成触发电路，由KCO4、KC4l、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1-3节中的有关内容，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有关内容。图中的R用D42三相可调电阻，将两个900接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用70

44、0mH，直流电压、电流表由DJK02获得。25/43 在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心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。图3-10 三相桥式全控整流电路实验原理图 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。(3)在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观测主电路的各电压波形。五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。(2)阅读电力电子技术教材中有

45、关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。(3)学习本教材 1-3 节中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。26/43 图3-11 三相桥式有源逆变电路实验原理图 六、思考题(1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?在本实验中，主电路三相电源的相序可任意设定吗?(2)在本实验的整流及逆变时，对 角有什么要求?为什么?七、实验方法(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试 打开DJK01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。将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。用10芯的扁平电

46、缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1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DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1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=150。27/43 适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波

47、形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。(2)三相桥式全控整流电路 按图3-10接线，将DJK06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，使角在30150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Id保持在0.6A左右(注意Id不得超过0.65A)。用示波器观察并记

48、录=30、60、90时的整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。30 60 90 U2 Ud(记录值)Ud/U2 Ud(计算值)计算公式:Ud=2.34U2cos (060O)Ud=2.34U21+cos(a+3)(60o120o)(3)三相桥式有源逆变电路 按图3-11接线，将DJK06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，使角在3090范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超过0.65A)。用示波器观察并记录=30、60、90时的电压

49、Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。28/43 30 60 90 U2 Ud(记录值)Ud/U2 Ud(计算值)计算公式:Ud=2.34U2cos(180O-)(4)故障现象的模拟 当=60时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时的故障，观察并记录这时的Ud、UVT波形的变化情况。八、实验报告(1)画出电路的移相特性Ud=f()。(2)画出触发电路的传输特性=f(Uct)。(3)画出=30、60、90、120、150时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形。(4)简单分析模拟的故障现象。九、注意事项(1)可参考实验四的注意事项(1)、(2

50、)(2)为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。(3)三相不控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变用直流电源的电压值。(4)有时会发现脉冲的相位只能移动120左右就消失了，这是因为A、C两相的相位接反了，这对整流状态无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到120，使实验效果不明显，用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围。29/43 实验七 单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验 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)熟悉 ICL8038 的功能。(3)掌握 SPWM 波产生的基理。(4)分析交直交变频电路在不同负载