EE303 电力电子技术基础实验

电力电子技术实验电力电子技术实验实验指导书上海交通大学电气工程实验中心2014年2月电力电子技术实验目录实验一单相桥式全控整流电路实验.........................................................................................1实验二三相桥式全控整流及有源逆变电路实验.........................................................................6实验三直流斩波电路（Buck—Boost变换器）实验..............................................................11实验四绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路实验.....................................................14实验五移相控制全桥零电压开关PWM变换器实验.............................................................19实验六单端正、反激式开关电源实验.....................................................................................23实验七直流斩波电路的性能实验.............................................................................................251/26实验一单相桥式全控整流电路实验一．实验目的1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。2．研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻—电感性负载时的工作。3．熟悉MCL—05锯齿波触发电路的工作。二．实验线路及原理参见图1-1。三．实验内容1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。四．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—01组件。3．MCL—02组件。4．MCL—05组件。5．MEL—03三相可调电阻器。6．MEL—02三相芯式变压器。7．双踪示波器8．万用表五．注意事项1．本实验中触发可控硅的脉冲来自MCL-05挂箱，故MCL-01的内部脉冲需断X12/26插座相连的扁平带需拆除，以免造成误触发。2．电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。4．MCL-05面板的锯齿波触发脉冲需导线连到MCL-01面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。5．逆变变压器采用MEL-02三相芯式变压器，原边为220V，中压绕组为110V，低压绕组不用。6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。六．实验方法1．将MCL—05面板左上角的同步电压输入接MCL—01的U、V输出端，“触发电路选择”拨向“锯齿波”。2．断开MEL-02和MCL-02的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压Uuv至220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。MCL-01的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使=150°。断开主电源，连接MEL-02和MCL-02。3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。按图1-1接线，将电感L短接、RP调至最大(450)。合上主电路电源，调节Uct，求取在不同角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）的波形，并记录相应时的Ud和交流输入电压U2值。Ud理论值Ud=0.9U2(1+cos)/2U2为变压器副边输出电压30°60°90°U2Ud若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。4．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。将电感L短接线断开、RP调至最大(450)。调节Uct，求取在不同角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压Ud=f（t），负载电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形并记录相应时的Ud、U2值。30°60°90°U2Ud注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负载3/26电流不能超过0.8A，Uct从零起调。改变电感值（L=100mH），观察=90°，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使前移时，若电流太大，可增加与L相串联的电阻加以限流。七．实验报告1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下,当=30°,60°，90°时的Ud、UVT波形，并加以分析。2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当=30°,60°，90°时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。3．作出实验整流电路的移相特性Ud=f（），输入—输出特性Ud/U2=f（）曲线。4．实验心得体会。附录：锯齿波同步移相触发电路锯齿波同步移相触发电路由同步检测，锯齿波形成，移相控制，脉冲形成，脉冲放大等环节组成，其原理图如图1-14所示。由VD1,VD2,C1,R1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻和宽度。由VST1,V1,R3等元件组成的恒流源电路及V2,V3,C2等组成锯齿波形成环节。控制电压Uct,偏移电压Ub及锯齿波电压在V4基极综合叠加，从而构成移相控制环节。V5,V6构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。元件RP装在面板上，同步变压器副边已在内部接好。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:7-Oct-2002SheetofFile:D:\USER\MCL\mcl05\mcl05.DdbDrawnBy:-15R110KC11uFVD11N4001VD21N4001V23DG6CR247KVST12CW51V13CG23R34.7KRP4.7KR4200C2474V33DG6CR510KR63.3KR73.3KR86.8KV43DG6CVD31N4001R96.2KC3104R1030KV53DG6CR116.2KVD41N4001C4104VD51N4001V63DG6CR1247C5474VD61N4001TPVD71N4001VD81N4001UbUc图1-14锯齿波触发电路4/26MEL-02MCL-01MCL-02220V/110V主控制屏输出VT1VT3VT4VT6RPG1G2G3G4K1K2K3K4锯齿波触发电路Uct220V~MCL-05MCL-01G7UUVVWWL1L2L31U11U22U12U21V11V22V12V21W11W22W12W2AVA:直流电流表。量程为2AV:直流电压表。量程为300VL:平波电抗器。选700mHG1、K1接VT1G2、K2接VT6G3、K3接VT4G4、K4接VT3RP：选MEL-03的900殴电阻并联图1-1单相桥式全控整流AKGL(700mL)VT1VT6VT4VT3RP1+15V450欧Uct61Ublf5/26MCL-33AVT1VT3VT4VT6RPG1G2G3G4K1K2K3K4锯齿波触发电路Uct220V~MCL-36MCL-317+15V0V-15VAVA:直流电流表。量程5AV:直流电压表。量程300VG1、K1接VT1G2、K2接VT6G3、K3接VT4G4、K4接VT3AKGL(700mL)VT1VT6VT4VT3RP1+15V450欧Ug61+15V-15V0VL:平波电抗器。选700mHRP：选MEL-03的900殴电阻并联图1-1(B)单相桥式全控整流1U11U22U12U21V11V22V12V21W11W22W12W2MCL-35MCL-32TU1V1W1W2V2U2NN6/26实验二三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一．实验目的1．熟悉MCL-01,MCL-02组件。2．熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。3．了解集成触发器的调整方法及各点波形。二．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．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。三．实验线路及原理实验线路如图2-1所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。四．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—01组件。3．MCL—02组件。4．MEL-03可调电阻器。5．MEL-02芯式变压器6．二踪示波器7．万用表五．实验方法7/261．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）打开MCL-01电源开关，给定电压有电压显示。（2）用示波器观察MCL-01的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。（5）将给定器输出Ug接至MCL-01面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使=150o。2．三相桥式全控整流电路按图2-1接线，将RP调至最大(450)。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V。调节Uct，使在30o~90o范围内，用示波器观察记录=30°、60°时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。Ud理论值Ud=1.35U2cosU2为变压器副边输出电压整流逆变30°60°β30°60°90°U2U2UdUd3．三相桥式有源逆变电路断开电源开关后，断开1和2连线，将1和3相连，2和4相连，调节Uct，使仍为150°左右。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V合上电源开关。调节Uct，观察β=30°、60°、90°时,电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。Ud理论值Ud=-1.35U2cosβU2为变压器副边输出电压4．电路模拟故障现象观察。在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。六．实验报告1．画出电路的移相特性Ud=f()曲线2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f()3．画出三相桥式全控整流电路时，角为30°、60°时的ud、uVT波形8/264．画出三相桥式有源逆变电路时，β角为30°、60°、90°时的ud、uVT波形5．简单分析模拟故障现象9/26MEL-02MCL-01MCL-02主控制屏输出VT1VT3VT4VT6RPUUVVWWL1L2L31U11U22U12U21V11V22V12V21W11W22W12W2AVAKGVT5VT2LRCVD1VD2VD3VD4VD5VD6MCL-01MCL-02UVW700mH*A:直流电流表。量程为2AV:直流电压表。量程为300VL:平波电抗器。选700mHRP：选MEL-03的900殴电阻并联图2-1三相桥