电力电子试验

电力电子技术实验指导书电气工程系刘建宏南京航空航天大学二ＯＯ八年十二月目录DDSX-1电力电子技术实验主控制屏说明..................................4实验一三相桥式全控整流电路的实验研究.....................................8实验二BUCK变换器的实验研究...................................................12实验三BOOST变换器的实验研究.................................................16实验四单端反激式变换器的实验研究...........................................20实验五单端正激式变换器的实验研究...........................................24实验六半桥、全桥开关电路实验...................................................26前言电力电子技术在生产实践中得到了广泛的应用,究其原因是新的电力器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件不断出现。所有这些都使对能量的控制和变换达到了高频率、高效率、高功率密度、高功率因数、和高可靠性的水平。而为适应科技、生产发展的需要，本课程的实验内容也方兴未艾。电力电子技术是一门实验性很强的学科，只有在“做中学，学中做”才能真正深化这门专业课程的学习。我校实验装置中原理性挂箱大都是南京航空航天大学自主研制开发的实验设备，着重于相控整流实验和直-直变换器实验，要求学生掌握基本实验方法与训练基本实验技能，并在此基础上充分运用实验设备对各种电路进行全方位深入研究，探究实际与理想情况产生差异的原因，并思考可能的解决方案。“探寻已有科学理论的差错与失效，永远是促使科学进步的重要手段之一”（爱因斯坦）。希望大家共勉。4DDSX-1电力电子技术实验主控制屏说明一、技术指标及要求1.工作电源：三相四线（或三相五线）380V±5%，频率50Hz2.输入电源功率：1.5kVA3.外形尺寸：长（1800）×宽（700）×高（1600）单位（mm）4.绝缘电阻：5MΩ二、各部件主要功能和使用说明：1、DDS01“电源控制屏”简介（1）将DDS01主控制屏三相四线插头插入相应插座中，实验主控制屏同时提供并联三相四线电源插座、可以用于设备之间的电源互插。方便实验室电源布线。考虑到进线负荷，实验系统设备级连数量请控制在三台以内。（2）合上三相四线漏电断路器，设备供电，可以投入正常工作。（3）合上钥匙开关（钥匙开关置于开状态），电源进入隔离变压器原边，低压控制电源给电（36V），各部件（仪表等）进入工作状态。主控制屏停止按钮（红色）点亮。（4）通过开关选择可以控制输出电压大小（220V还是380V）。通过调节主控制屏左侧调压旋钮可以预调节输出电压。（5）挂箱插入主控制屏的相应插座中，各部件进入工作状态。在今后使用过程中根据实验的需要灵活更换。（6）主控制屏上告警记录指示为0，表明正常初始化，进入计数工作状态。（7）电源控制屏提供多路电源插座，用于各挂箱电源工作：▼7芯电源插座：给各仪表等挂箱工作使用，钥匙开关启动后工作。该电5源插座安装于主控制屏的大凹槽内。1、2——36V电源、3、4——保护信号、5（R）、6（T）、7（GND）——仪表通信▼8芯（9芯）电源插座：给触发电路挂箱（DDS03）专用，钥匙开关启动后工作。该电源插座安装于主控制屏的大凹槽内。（2、3、4、5—三相四线电源、6、7——过流保护及电流反馈、8——过流保护输出信号）▼3芯两线电源插座一:提供220V交流电源，为电力电子实验挂箱使用，钥匙开关后工作。该电源插座安装于主控制屏的大凹槽内。▼3芯两线电源插座二（中间圆脚）:提供220V交流电源。为电机实验挂箱使用，如有过载现象则切断该路输出电源，保证实验设备的安全。该电源插座安装于主控制屏的大凹槽内。▼3芯三线电源插座一:提供三相线电压220V交流电源。如有过载现象则切断该路输出电源，保证实验设备的安全。该电源插座安装于主控制屏的下部的分隔内。▼3芯三线电源插座二（中间圆脚）：提供三相线电压163V交流电源，供DT03使用（直流220V励磁电源和同步励磁电源）。如有过载现象则切断该路输出电源，保证实验设备的安全。该电源插座安装于主控制屏的下部的分隔内。特别注意：1、上部凹槽内的电源插座定义和电源等级和下部分隔内的电源插座定义和电源等级不一样，不可任意插接，以免损坏设备。2、为保证系统的正常使用，部件电源插座连接时系统应处于断电状态。3、主控制屏的上部凹槽内的第一个8芯插座为DDS03专用插座，切勿插接任何其它设备，以免损坏。（8）按下DDS01主控制屏上的绿色按钮，主控制屏输出交流电源（可以通过调压器调节）。同时各三芯电源插座通电。可以提供各部件工作电源。在系统中加装了断相指示功能，如有缺相现象，则相应的输出LED告警指示。6（9）如有漏电（50V）、过流保护等现象，主控屏输出将切断，同时发出声、光告警。复位后方可重新启动。漏电电压调整在50V以内。延时过流电流整定在3.5A，瞬时过流电流整定在5A。（10）若输出电源选择开关指向电力电子（220V）档，则调压输出昀大为220V，超过此电压，系统则出现过压保护动作告警。复位后方可重新启动。在进行电力电子、电机控制等实验时将开关置于220V档。若输出电源选择开关指向电机拖动（380V）档，则调压输出昀大为380V，超过此电压，系统则出现过压保护。（11）DDSX具有相序保护功能，若系统进线不符合标准输入，则相序指示灯点亮，不能正常工作，改变输入的电源相序即可正常工作。（12）主控制屏输出留有RS232串口通信接口，具有通信功能的部件单元通过RS232串口可和数据管理器或计算机相连。（13）提供荧光灯照明开关和荧光灯输出插座，以及照明开关。78实验一三相桥式全控整流电路的实验研究一、实验目的理解三相全控桥式整流电路触发脉冲形成过程及特点加深对三相全控桥式整流电路工作原理和特性的理解理解并比较电阻负载和电感负载情况下工作原理及特性二、实验内容掌握KC04芯片的功能及用法，理解触发脉冲的形成、双脉冲触发时序的生成，掌握晶闸管触发电路基本工作过程。熟悉三相全控桥式整流电路主电路的基本拓扑，研究电阻性负载和电感性负载情况下电路工作波形及基本电量关系。三、预习要求1)预习《电力电子技术》KC04芯片内容，分析触发电路原理。2)复习三相桥式全控整流电路及其触发电路的相关内容。四﹑实验仪器可控硅整流电路及其触发电路实验挂箱、直流电源挂箱、负载箱、万用表、电流表挂箱、电压表挂箱、示波器、导线及示波器插头。五、实验设备要求输入电压：36V±10%，50Hz，三相交流电。输出电压：连续调节。六、实验步骤第一次接线：先关闭可控硅实验挂箱的所有开关。１)将可控硅实验挂箱的直流电压进线端+20V、地、-20V与直流电源箱中的输出电压相连。２)将可控硅三相电压输入端与主屏上供给的３６Ｖ三相电压相连。触发电路的调试1）接通电源。2）分别调节RW1、RW2、RW3使三个KC04芯片的第4管脚斜率接近一致（即调节KC04芯片1、芯片2、芯片3的锯齿波斜率使其接近一致）。3）用示波器观察并记录触发电路板一路KC04线路中的主要点的波形：4管脚、9管脚、11管脚、12管脚、1管脚、15管脚及驱动三极管集电极的波形。注意同时观察4管脚、9管脚两个波形，观察它们与形成的脉冲之间的关系。理解KC04芯片触发脉冲的形成过程。第二次接线：1)将主电路接成三相桥式全控整流电路。2)将可控硅实验挂箱主电路输出端与负载箱电阻两端相连。将电阻值调到150Ω.主电路外接电阻负载电路的调试1)调节RP和RP0即调节偏移电压和移相控制电压，便可控制脉冲触发时刻，达到移相目的。调节RP和RP0使KC04芯片（一）的1脚触发脉冲在同步电压的30°时刻产生，这时即是主电路线电压的自然换向点。观察并记录输出电压波形、晶闸管上阳极-阴极间的电压波形。92)调节触发脉冲使触发脉冲从0°变到120°，观察并记录输出整流电压波形的变化和晶闸管阳极-阴极间电压波形的变化，用万用表直流电压挡测量输出整流电压值随α的变化情况，并绘制曲线。触发角度02442607896114120UO第三次接线：将主电路负载端换接入电感性负载。主电路外接电感负载电路的调试1)将主电路负载端换接入电感性负载。2)调节触发脉冲使触发脉冲从0°变到90°，观察输出电压波形的变化，并用万用表直流电压挡测量输出整流电压值随α的变化情况，并绘制曲线。触发角度02442607896UO3)关闭电源。七、实验报告：1）绘制实验要求曲线。注意记录触发电路波形时需按时序，以找出触发角产生时刻由哪些管脚电压的变化所决定。2）分析电感负载当α=90°时，为什么dU0?3）分析电感负载及电阻负载时的波形特点，并与理论波形进行比较。研究主电路在电感负载和电阻负载情况下的基本电量关系并与理论比较。4）如果将输入电压的相序改变一下输出波形会产生什么现象?101112实验二BUCK变换器的实验研究一、实验目的理解电压控制型脉宽调制原理，掌握PWM控制块的功能及使用方法，加深对降压式变换器工作原理及特性的理解。二、实验内容熟悉SG3525的原理及使用方法，理解PWM波产生过程；研究BUCK变换器开环状态下主电路电感电流连续情况基本电量关系及变换器的外特性。观察电压纹波，观察不同电感对连续点的影响。理解BUCK变换器闭环控制过程，掌握闭环性能指标。三、预习要求1)预习《电力电子技术》SG3525芯片内容介绍，分析控制电路原理。2)复习BUCK变换器的有关内容。四、实验仪器及设备直流电源挂箱、BUCK变换器实验挂箱、负载挂箱、电流表挂箱、电压表挂箱、万用表、示波器、导线及示波器插头。五、实验设备要求变换器的基本要求如下：输入电压：20~30V输出电压：15V（电压闭环）输出负载电流：0.1~1A工作频率：50KHz2%输出纹波电压：≤100mv六、实验步骤第一次实验接线：将BUCK变换器挂箱的所有开关关闭后再接线。控制电路研究：打开总电源和控制电路电源，调节电位器ＲＷ１，用示波器观察并记录占空比为某一定值时SG3525各管脚波形及驱动电路输出波形。注意观察SG3525的９脚、５脚波形和输出波形之间的关系，理解SG3525芯片PWM波产生过程。调节ＲＷ２观测PWM波频率的变化，通过测得的ＰＷＭ波计算ＰＷＭ波频率。第二次实验接线：把控制电路接20V直流电压，主电路接6-30V可调直流电压，将Ｌ１和Ｌ２的昀右端用导线连接上，把电感L1接入电路。主电路输出端接负载箱的电阻负载，在负载端串入一直流电流表，将开关Ｓ３打在开环状态。主电路研究：（一）、开环状态：（1）电感电流连续情况：打开主电路电源，使主电路工作电压为25V，观察电感支路的电流波形，调节负载，使电感工作在电流连续情况下。用示波器观察并记录占空比为某一定值时场效应管漏极—源极与栅级—源级间电压波形及它们之间的关系，理解场效应管13的工作原理。观察并记录电感支路、场效应管支路、二极管支路的电流波形，观测电感两端、二极管两端、负载两端的电压波形，理解工作过程。理解主电路各回路的电流情况。观测主电路输出电压随占空比D的变化情况，画出曲线，理解主电路的工作原理。Ui=恒定=25.0Vf=恒定=50KHzDUo（测量值）Uo（理想值）用示波器交流档观察输出电压纹波⊿UPP。求变换器的外特性：（D恒定，UO=F（io））D=0.3f=恒定=50KHzUi=恒定=25.0VioUOD=0.7f=恒定=50KHzUi=恒定=25.0ＶioUO（2）电感电流断续情况：改变负载，使电感电流断续，观测场效应管漏极—源极波形情况，观测电感支路、场效应管支路、二极管支路的电流波形，观测电感两端、二极管两端、负载两端