电力电子5个实验

锯齿波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路实验

一．实验目的

1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。 二．实验内容 1．锯齿波同步触发电路的调试。 2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。 三．实验线路及原理 锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”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—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ） 3．MCL—05组件 4．双踪示波器 5．万用表 五．实验方法 1．将MCL-05面板上左上角的同步电压输入接MCL—18的U、V端（如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的U、V输出端相连），“触发电路选择”拨向“锯齿波”。 2．三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v，并打开MCL—05MCL 18UgMCL 05面板右下角的电源开关。用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。 观察“3”~“5”孔波形及输出电压UG1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压U3与U5的对应关系。

3．调节脉冲移相范围

将MCL—18的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP），使?=180O。

调节MCL—18的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，?=180O，Uct=Umax时，?=30O，以满足移相范围?=30O~180O的要求。

4．调节Uct，使?=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形，并标出其幅值与宽度。

用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察UG1K1和UG3K3的波形，调节电位器RP3，使UG1K1和UG3K3间隔1800。

5．单相半波可控整流电路带电阻性负载

断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至MCL—33（或MCL—53）的VT1晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。负载Rd接可调电阻（可把MEL—03的900Ω电阻盘并联，即最大电阻为450Ω，电流达0.8A），并调至阻值最大。

合上主电源，调节主控制屏输出电压至Uuv=220V，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察?=30°、60°、90°、120°时负载电压Ud，晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形UVt。并测定Ud及电源电压U2，验证

? Ud?0.45U21?cos2 α U2,ud Ud U2 30° 60° 90° 120° 6．单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载，无续流二极管

串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变Rd数值）情况下，观察并记录?=30O、60O、90O、120O时的Ud、id及Uvt的波形。注意调节Rd时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。

7．单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。

接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。

三相可控整流电路实验

一．实验目的

了解三相半波可控整流电路的工作原理，熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作。

二．实验线路及原理

三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。三相桥式整流电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

实验线路见图。

三．实验内容

1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作。 2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。 3．研究三相桥式全控整流电路供电给电阻性负载时的工作。 4．研究三相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。

四．实验设备及仪表

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ） 4．MEL—03组件（900Ω，0.41A）或自配滑线变阻器. 5．双踪示波器。 6．万用电表。

五．注意事项

1．整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。

2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。

3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

六．实验方法

1．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—18电源开关，给定电压有电压显示。

（2）用示波器观察MCL-33（或MCL-53，以下同）的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，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。

2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作

合上主电源，接上电阻性负载，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwv，从0V调至110V：

（a）改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角α时，可控整流电路的输出电压Ud=f

（t）与输出电流波形id=f（t），并记录相应的Ud、Id、Uct值。

（b）记录α=90°时的Ud=f（t）及id =f（t）的波形图。

（c）求取三相半波可控整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。 （d）求取三相半波可控整流电路的负载特性Ud=f（Id）

注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同

3．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作

接入MCL—33的电抗器L=700mH，，可把原负载电阻Rd调小，监视电流，不宜超过0.8A（若超过0.8A，可用导线把负载电阻短路），操作方法同上。

（a）观察不同移相角α时的输出Ud=f（t）、id=f（t），并记录相应的Ud、Id值，记录α=90°时的Ud=f（t）、id=f（t），Uvt=f（t）波形图。

（b）求取整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

MCL-33kAAVT1GVT3VT5VT4VT6VT2V 4．三相桥式全控整流电路 图4-9 三相半波可控整流电路调节Uct，使?在30o~90o范围内，用示波器观察记录?=30O、60O、90O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。 断开电源，在电路中串入700mH电感，重复以上步骤。 单相桥式全控整流及其有源逆变电路实验

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。

4．加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握有源逆变条件。 5．了解产生逆变颠覆现象的原因。

二．实验线路及原理

参见图

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。 3．单相桥式有源逆变电路的波形观察。 4．有源逆变到整流过渡过程的观察。 5．逆变颠覆现象的观察。

四．实验设备及仪器

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ） 4．MCL—05组件或MCL—05A组件

5．MEL—03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。 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-33（或MCL-53，以下同）的内部脉冲需断X1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-33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。 7．带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。

六．实验方法

1．将MCL—05（或MCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL—18的U、V输出端（如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的U、V输出端相连）， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。

2．断开MEL-02和MCL-33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-18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?=90°。

断开主电源，连接MEL-02和MCL-33。

注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同

3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。

接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波电抗器。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Uct、Ud和交流输入电压U2值。

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。

断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压Uct时的输出电压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Uct时的Ud、U2值。

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。

5．有源逆变实验

（a）将限流电阻RP调整至最大（约450Ω），先断开MEL-02和MCL-33的连接线，合上主电源，调节Uuv=220V，用示波器观察锯齿波的“1”孔和“6”孔，调节偏移电位器RP2，使Uct=0时，β=10°，然后调节Uct，使β在30°附近。

（b）连接MEL-02和MCL-33，三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使Uuv=220V。用示波器观察逆变电路输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f

（t）波形，并记录Ud和交流输入电压U2的数值。

注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 （c）采用同样方法，绘出β在分别等于60°、90°时，Ud、UVT波形。

6．逆变到整流过程的观察

当β大于90°时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可用

示波器观察此变化过程。注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流，需要注意监视。

7．逆变颠覆的观察

当β=30°时，继续减小Uct，此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明逆变颠覆。当关断MCL—05面板的电源开关，使脉冲消失，此时，也将产生逆变颠覆。 VD2VD6VD4VD1VD3VD5kA图4-8 单相桥式有源逆变VT3GVT1VT4VT6斩波电路实验

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 电力电子教学试验台主控制屏 2 MCL-22组件 3 示波器 4 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

先按下开关s1

（1） 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）。测量“1”端。 （2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。

2．buck chopper

(1)连接电路。

将UPW(脉宽调制器)的输出端2端接到斩波电路中IGBT管VT的G端,分别将斩波电路的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

（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

（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

（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

（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。

交流——交流变流电路实验

一．实验目的

1．加深理解相控式单相交流调压电路的工作原理。

2．掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点与波形。

3．熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理。

二．实验内容

1．单相交流调压器带电阻性负载，单相交流调压器带电阻—电感性负载。 2．PWM专用集成电路SG3525性能测试控制电路相序与驱动波形测试

3．测量SPWM波形产生过程中的各点波形，观察变频电路输出在不同的负载下的波形。

三．实验线路及原理

本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。

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组成。

变频电路的主电路中间直流电压ud由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM逆变电路。

四．实验设备及仪器

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33（A）组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）。 4．MCL—05、MCL-16、MCL-22。

5．MEL-03组件（或自配滑线变阻器450?，1A) 6．二踪示波器 7．万用表

五．注意事项

在电阻电感负载时，当???时，若脉冲宽度不够会使负载电流出圈套的直流分量。损坏元件。为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。

六．实验方法

1．单相交流调压器

将MCL-33（或MCL—53）上的两只晶闸管VT1，VT4反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲端G1、K1，G3、K3分别接至主电路相应VT1和VT4的门极和阴极。

把开关S打向左边，接上电阻性负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大。

MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2，使?=150°。 kVT1G1U11U21V11V2AVT42U12U22V12V2三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，使Uuv=220V。用图4-15 单相交流调压电路示波器观察负载电压u=f（t），晶闸管两端电压uVT= f（t）的波形，调节Uct，观察不同?角时各波形的变化，并记录?=60?，90?，120?时的波形。 2．斩控式调压电路 SG3525性能测试 先按下开关s1。

（1）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）。测量“1”端。 （2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。 控制电路相序与驱动波形测试

将“UPW”的2端与控制电路的4端相连。将电位器RP左旋到底，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1、2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3、5与地端间波形； （3）主电路的4与5及6与5端间波形；

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，测试并记录负与mos管两端电压波形

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

3．交直交变频电路 SPWM波形的观察

（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。

（2）观察三角形载波Uc的波形（“1”端与“地”端），测出其频率，并观察Uc和U2的对应关系：

（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。

（4）观察对VT1、VT2进行控制的SPWM信号（“5”端与“地”端）和对VT3、VT4进行控制的SPWM信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端防号之间的互锁延迟时间。

驱动信号观察

在主电路不接通电源情况下，S3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM波形发生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。

S3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连， “主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱 （将一组900Ω/0.41A并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω） 和直流安培表（将量程切换到2A挡）。将经检查无误后，S3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。

当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。

当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。

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