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考研资料

电力电子技术实验

2020-01-05 00:12:58 范文大全

范文一:电力电子技术实验

第三章 电力电子技术实验

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性负载、 电阻—电感性负载及反电势负载下的工 作情况;

(3) 熟悉 TCA785锯齿波移相触发电路的工作原理。

二、实验所需挂件及附件

三 、实验线路及原理

图 3-1为单相桥式整流带电阻电感性负载,其输出负载 R 用 D42三相可调电阻器,将两个 900Ω接成并联形式,电抗 L d 用 DJK02面板上的 700mH ,直流电压、电流表均在 DJK02面板上。 触发单元采用 DJK03-1组件挂箱上的“ TCA785锯齿波移相触发电路”。

四、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)单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。

五 、预习要求

(1) 阅读电力电子技术教材中有关单相桥式全控整流电路的有关内容;

(2) 学习本教材第二章中有关 TCA785锯齿波触发电路的有关内容,了解其工作原理及 其应用。

六、实验方法

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 DJK03-1的“外接 220V ”端,按下“启动”按钮,打开 DJK03-1电源 开关,用示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。

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(G1、 K1接 VT1, G4、 K4接 VT6, G2、 K2接 VT4, G3、 K3接 VT3),注意不能把相序接反,否则无法进行 整流并有可能损坏电路。 将 DJKO2上的正桥和反桥触发脉冲开关都打到 “断” 的位置 , 并使 U lf 和 U lr 悬空,以确保晶闸管不被误触发。

带反电势负载时,需要注意直流电动机必须先加励磁。

1. 单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。

接上电阻负载 R ,并调节电阻使其阻值最大。合上主电路电源,逐渐增加 U ct (调节 RP2),测量在不同 α角(60°、 90°)时整流电路的输出电压 U d =f(t ) ,晶闸管的端电

图 3-1 单相桥式整流实验原理图

压 U VT =f(t )的波形,并记录相应 α时的 U d 和交流输入电压 U 2的值于表 3-1中。

2.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 U ct 时的输出电压 U d =f(t ) ,晶闸管端 电压 U VT =f(t )波形,并记录相应 α时的 U d 和交流输入电压 U 2的值于表 3-2中。 表 3-2

3.单相桥式全控整流电路供电给反电势负载(选做) 。

拆除平波电抗器与负载电阻 R ,接入直流电动机,直流电动机须先加励磁。

(a ) 调节 U ct (RP2) ,使直流电动机的转速在 1500r/min左右,记录此时交流输入 电压 U 2的值、 U d 值与波形。

(b ) 直流电动机回路中串入平波电抗器(L=700mH) ,重复(a )的观察。

七.实验报告

1. 绘出单相桥式晶闸管全控整流电路带电阻性负载情况下, α=60°、 90°时的 U d 、 U VT 波形。

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 α=60°、 90°时的 U d 、 U VT 波形,并加以分析且与理想波形相比较。

3.作出实验整流电路的特性 U d /U2=f(α) 。

4.实验心得体会。

实验二 单相桥式有源逆变电路实验

一.实验目的

1.加深理解单相桥式有源逆变的工作原理,掌握实现有源逆变的条件。 2.了解产生逆变颠覆现象的原因。

三.实验线路及原理

图 3-2为单相桥式有源逆变原理图,三相电源经三相不控整流,得到一个上负下正的 直流电源, 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。 “三相 不控整流”是 DJK10上的一个模块,其“心式变压器”在此做为升压变压器用,从晶闸管逆 变出的电压接“心式变压器”的中压端 Am 、 Bm ,返回电网的电压从其高压端 A 、 B 输出,为避 免输出的逆变电压过高而损坏心式变压器, 故将变压器接成 Y/Y接法。 图中的电阻 R 和触发电 路与整流电路所用相同。另外,将 DJK10挂件中的 X 与 Y 相连, X

m 与 Y m 相连。

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。

图 3-2 单相桥式有源逆变原理图

四.实验内容

1.单相桥式有源逆变电路的波形观察。

2.有源逆变到整流过渡过程的观察。

3.逆变颠覆现象的观察。

五、预习要求

阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的内容,掌握实现有源逆变的基本条件。 六.实验方法

1.单相有源逆变实验

按图接线。

(a )将限流电阻 R 调整至最大。

(b ) 合上主电源, 用示波器观察逆变电路输出电压 U d =f(t ) , 晶闸管的端电压 U VT =f (t )波形,并绘出 β在分别等于 30°、 60°和 90°时, U d 、 U VT 波形并记录相应 β时的 U d 和交流输入电压 U 2

2.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。

4.逆变颠覆的观察

当 β=30°时,继续减小 U ct (RP2),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。

七.实验报告

1.画出 β=60°、 90°时, U d 、 U VT 的波形。

2.分析逆变颠覆的原因,逆变颠覆后会产生什么后果?

实验三 三相桥式半控整流电路实验

一.实验目的

1.了解三相桥式半控整流电路的工作原理及输出电压,电流波形。

2.了解晶闸管—电动机系统工作情况的内容,分析不同控制角 α及不同电感量时反 电势及负载电流的关系。

二.实验内容

1.三相桥式半控整流供电给电阻负载。

2.三相桥式半控整流供电给反电势负载。

3.观察平波电抗器的作用。

三.实验线路及原理

在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中, 可采用比三相全控桥式整流电路 更简单、 经济的三相桥式半控整流电路。 它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳 极接法的三相半波不可控整流电路串联而成,因此这种电路兼有可控与不可控两者的特 性。 共阳极组三个整流二极管总是自然换流点换流, 使电流换到比阴极电位更低的一相中 去, 而共阴极组三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一相中去。 输出整流电压 U d 的波形是三组整流电压波形之和,改变共阴极组晶闸管的控制角 α,可获得 0~2.34×U 2的直流可调电压。

具体线路参见图 3-3。

五.注意事项

1.供电给电阻负载时,注意负载电阻允许的电流,电流不能超过负载电阻允许的最 大值,供电给反电势负载时,注意电流不能超过电机的额定电流(I d =1A) 。

2.在电动机起动前必须做好以下几点:

(1)先加上电动机的励磁电流,然后才可使整流装置工作。

(2)起动前,必须置控制电压 U ct (由 RP2控制 ) 于零位,使得整流装置的输出电压 U d 最小。合上主电路后,才可逐渐加大控制电压。

3.主电路的相序不可接错,否则可能烧毁晶闸管。

4.示波器的两根地线与外壳相连,使用时必须注意两根地线需要等电位,避免造成 短路事故。

图 3-3 三相桥式半控整流电路工作原理图

六.实验方法

1.三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作研究

合上主电源,调节负载电阻,使 I d 不小于 100mA ,否则可控硅由于存在维持电流,容 易时断时续。

(1) 调节 U ct , , 观察在 30°、 90°等不同移相范围内, 整流电路的输出电压 U d =f(t ) , 晶闸管端电压 U VT =f(t )的波形,并加以记录。

(2)读取本整流电路的特性 U d /U2=f(α) 。

2. 三相半控桥式整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作研究 (观察平波电抗器的 作用 )

(a )观察不同移相角 α(30°、 90°)时的输出 U d =f(t ) ,并记录相应的 U d 、 I d 值以 及 U d =f(t )波形图。

(b )求取整流电路的输入—输出特性 U d /U2=f(α) 。

3.三相半控桥式整流电路在供电给反电势负载时的工作研究

置电感量较大时(L=700mH) ,调节 U ct , ,使直流电动机的转速在 1200r/min左右,记 录此时交流输入电压 U 2的值、整流后的输出电压 U d 值与波形。

七.实验报告

1.作出整流电路的输入—输出特性 U d /U2=f(α) 。

2.比较本整流装置在电阻性负载和电阻电感性负载下工作时 U d 的波形。

八.思考题

本实验电路在电阻性负载、电动机负载工作时能否突加一阶跃控制电压?为什么?

实验四 单相交流调压电路实验

一、实验目的

1、加深理解单相交流调压电路的工作原理;

2、加深理解交流调压电路感性负载对移相范围的要求;

3、了解 KC05晶闸管移相触发器的原理与应用。

二、实验设备及仪器

三、实验线路与原理

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,它具有锯齿波线性好,移相范围宽, 控制方式简单, 有失交保 护且输出电流大等优点。

单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成,如图 3-4所示。 图中电阻 R 用 D42三相可调电阻,将两个 900Ω接成并联接法。

图 3-4 单相交流调压电路原理图

四、实验内容

1、 单相交流调压器带电阻性负载;

2、 单相交流调压器带电阻—电感性负载。

五、预习要求

1、阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容,掌握交流调压的工作原理;

2、 学习本教材第二章中有关单相交流调压触发电路的内容, 了解 KC05晶闸管触发集成 电路的工作原理以及在交流调压电路中的应用。

六、思考题

交流调压器在带电感性负载时可能会出现什么现象?如何解决?

七、实验方法

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,并将 U lf 和 U lr 悬空,以避免晶闸管误触发。

1、单相交流调压器带电阻性负载

将 DJK02面板上的两个晶闸管反向并联构成交流调压器,将触发器的输出脉冲端 G1、 K1, G2、 K2分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极,接上电阻性负载,通电后调节“单 相调压触发电路”上的电位器 RP2,观察在不同 α角时各点波形的变化,并记录 α=30°、 90°时晶闸管两端电压 U VT 的波形、负载电压的波形及数值。

2、单相交流调压器带电阻—电感性负载

接入电阻电感性负载,同时使电阻 R 为定值(阻抗角 φ一定) 。通电后,调节“单相调 压触发电路”上的电位器 RP2,用双综示波器同时观察在不同 α角(30°、 90°)下负载电 压和负载电流的波形并记录其数值。

八、实验报告

1、整理实验中所记录的各类波形与数据;

2、分析在电阻电感性负载时, α角与 φ角相应关系的变化对调压器工作的影响。

范文二:电力电子实验

课程名称:电力电子技术 成 绩:

新能源与动力工程学院

电力电子技术实验报告

姓名: 李渊琴

学号: 201110822

班级: 电力工程与管理1101班

日期: 2014年6月3日

I

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822 单相交流调压电路的设计与仿真

一( 实验目的

1)单相交流调压电路的结构、工作原理、波形分析。

2) 在仿真软件Matlab中进行单相交流调压电路的建模与仿真,并分析其波形。

二(实验内容

(一)单相交流调压电路电路(纯电阻负载)

1电路的结构与工作原理

1.1电路结构

单相交流调压电路的电路原理图(电阻性负载)(截图) 1.2 工作原理

电阻负载单相交流调压电路中,VT1和VT2可以用一个双向晶闸管代替,在交流电源的正半周和负半周,分别对晶闸管的开通叫进行控制就可以调节输出电压。正负半周触发角时刻起均为过零时刻。在稳态情况下。应使正负半周的触发角相同。可以看出。负载电压波形是电源电压波形的一部分,负载电流和负载电压的波形相同。

2建模

在MATLAB新建一个Model,同时模型建立如下图所示:

1

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822

ContinuousPulseGeneratorpowerguigmakDetailed ThyristorDetailed Thyristor1mgi+ka-Current Measurement+Voltage Measurement++vvSeries RLC Branch--AC Voltage SourceScopeVoltage Measurement1

PulseGenerator1

单相交流调压电路的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.触发脉冲设置

2

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822 b.示波器参数设置

第一个波形为晶闸管电流的波形,第二个波形为晶闸管电压的波形,第三个波形为负载电流的波形,第四个波形为负载电压的波形,第五个波形为电源电压的波形,第六个波形为触发脉冲的波形。

3仿真结果与分析

a.触发角α=0?,MATLAB仿真波形如下:

α=0?单相交流调压电路仿真结果(截图)

b. 触发角α=30?,MATLAB仿真波形如下:

α=30?单相交流调压电路仿真结果(截图)

3

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822 c. 触发角α=60?,MATLAB仿真波形如下:

α=60?单相交流调压电路仿真结果(截图)

d. 触发角α=90?,MATLAB仿真波形如下:

α=90?单相交流调压电路仿真结果(截图)

4

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822

e. 触发角α=120?,MATLAB仿真波形如下:

α=120?单相交流调压电路仿真结果(截图)

f. 触发角α=150?,MATLAB仿真波形如下:

α=150?单相交流调压电路仿真结果(截图)

4小结

通过设计可以总结出,ɑ的移相范围为0?ɑ?π。ɑ=0时,相当于晶闸管一直导通,输出电压为最大值,U。=U1。随着ɑ的增大,U。逐渐减小。知道ɑ=π时,U。=0。此外,ɑ=0时,功率因数=1,随着ɑ的增大,输入电流滞后于电压且发生畸变,也逐渐降低。

5

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822 (二)单相交流调压电路(阻感负载)

1电路的结构与工作原理

1.1电路结构

单相交流调压电路的电路原理图(阻感性负载)(截图)

1.2 工作原理

当电源电压U2在正半周时,晶闸管VT1承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通,在α时刻来了一个触发脉冲,晶闸管VT1导通,晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止,当电源电压反向过零时,由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化,故电流不能马上为零,随着电源电流下降过零进入负半周,电路中的电感储存的能量释放完毕,电流到零,晶闸管VT1关断。

当电源电压U2在负半周时,晶闸管VT2承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通,在π+α时刻来了一个触发脉冲,晶闸管VT2导通,晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止,当电源电压反向过零时,由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化,故电流不能马上为零,随着电源电流下降过零进入负半周,电路中的电感储存的能量释放完毕,电流到零,晶闸管VT2关断。

2建模

在MATLAB新建一个Model,命名为dianlu4,同时模型建立如下图所示:

6

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822

Continuous

powerguiPulsegmGeneratorakDetailed Thyristor

Detailed Thyristor1mgi+ka-Current Measurement

+Voltage Measurement++vv-Series RLC Branch-AC Voltage SourceScopeVoltage Measurement1

PulseGenerator1

单相交流调压电路(阻感性负载)的MATLAB仿真模型 2.1 模型参数设置

a.触发脉冲设置

7

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822 b.示波器参数设置

第一个波形为晶闸管电流的波形,第二个波形为晶闸管电压的波形,第三个波形为负载电流的波形,第四个波形为负载电压的波形,第五个波形为电源电压的波形,第六个波形为触发脉冲的波形。

3仿真结果与分析

a. 触发角α=30?,MATLAB仿真波形如下:

α=30?单相交流调压电路仿真结果(阻-感性负载)(截图)

b.触发角α=60?,MATLAB仿真波形如下:

α=60?单相交流调压电路仿真结果(阻-感性负载)(截图)

8

班级:电力工程与管理1101 姓名:李渊琴 学号:201110822

c.触发角α=90?,MATLAB仿真波形如下:

α=90?单相交流调压电路仿真结果(阻-感性负载)(截图) 4小结

单相交流调压电路用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R电感L串联组成主电路,因为比电阻性负载多了一个电感,在感应电动势的作用下,输出的电压都延迟了一段。

9

范文三:电力电子实验

《电力电子技术综合设计实践与探究》 研究报告

学 院:

学 号:

姓 名:

专 业:

地 点:

指导教师:

西北工业大学自动化学院

2016年 6月

项目名称 基于 PWM 控制 BOOST 变换器设计

一、目的

1.熟悉 BOOST 变换电路工作原理,探究 PID 闭环调压系统设计方法。

2.熟悉专用 PWM 控制芯片工作原理,

3.探究由运放构成的 PID 闭环控制电路调节规律,并分析系统稳定性。 二、内容

设计基于 PWM 控制的 BOOST 变换器,指标参数如下:

⏹输入电压:9V ~15V ;

⏹输出电压:24V ,纹波 <1%;

⏹输出功率:30W

⏹开关频率:40kHz

⏹具有过流、短路保护和过压保护功能,并设计报警电路。

⏹具有软启动功能。

⏹进行 Boost 变换电路的设计、仿真(选择项)与电路调试

三、实验仪器设备

1.示波器

2.稳压电源

3.电烙铁

4.计算机

5.万用表

四、研究内容

(一)方案设计

本设计方案主要分为 4个部分:1) Boost 变换器主电路设计; 2) PWM 控 制电路设计; 3)驱动电路设计; 4)保护电路设计。系统总体方案设计框图如图 1.1所示。

图 1.1 系统总体方案设计框图

1.主电路参数设计 [1,2]

电路设计要求:输入直流电压 9~15V,输出直流电压 24V ,输出功率 30W , 输出纹波电压小于输出电压的 1%,开关频率 40kHz , Boost 电路工作在电流连续 工作模式(CCM )。

Boost 变换器主电路如图 1.2所示,由主开关管 Q 、电感 L 、滤波电容 C 、功率 二极管 VD 和负载 R 组成。

图 1.2 Boost 变换器主电路

1)电感计算

忽略电路损耗, 工作在 CCM 状态, 根据 Boost 电路输出电压表达式可得 PWM 占空比:

min max

15

110.37524

9110.625

24

d o d o U D U U D U =-=-==-=-=

即, 0.3750.625D ≤≤。

由于 2(1) 2oB

o s D D I U T L

-=,当 D=0.375时临界电流为最大,为使电路工作在

CCM 状态,有 max o oB I I >,即

225(1) 0.375(10.375) 242.51035.16221.25

o s o D D L U T H I μ--⨯->=⨯⨯⨯=⨯

取输出电流纹波小于 40%,即:

22

2

5(1) 40%(1) 0.375(10.375) 24

2.510175.7840%40%1.25

o o

s o o o s o I D D U T I LI D D U L T H

I μ-∆-=<-⨯-⨯>

=⨯⨯=⨯

综上,取电感为 180H μ的磁环电感。 2)输出滤波电容计算

由输出电压纹波小于 1% 得:

5

1%0.6252.5101.25

81.381%0.0124

o s o

o o s o o U DT I U CU DT I C F U μ-∆=<⨯⨯⨯>

==⨯

实际选用 220/50F V μ的高频电解电容。 3)主开关管选取

主开关管承受的最大漏源电压为最大输出电压 24V , 考虑到过载条件, 开关 管最大实际漏源电流为:

5

DSmax

6

1(1) 1.25242.51032120.5818010

o L L o s I D D I I I U T A D L ---⨯⨯=+∆=+=+≈-⨯⨯ 考虑到实际电压电流尖峰和冲击,电压电流耐压分别取 2.5和 2倍裕量,即 应选取耐压高于 60V ,最大电流 6A 。实际选用 IRF540N 型 MOSFET 管,最大 漏源电压 100V , 最大漏极电流 22A , 通态电阻 0.055Ω, 最高开关频率超过 10MHz 。 4)功率二极管选择

因系统开关频率为 40KHz ,频率较高,故考虑选用快恢复二极管。二极管 最大承受电压为 24V ,最大电流为 1.25A ,故实际选取 600V/ 30A的快恢复二极

管 MUR1560。

2.控制电路设计

本设计的控制部分采用集成控制芯片 SG3525,以简化控制电路的设计并提 高系统的可靠性, SG3525控制电路图如图 1.3所示。

图 1.3 SG3525控制电路图

1)开关频率的设计

开关频率由 SG3525的第 5、 6、 7引脚所接的定时电容 T C 、定时电阻 T R 和 放电电阻 D R 确定,其计算公式为:

39

11

40(0.7) (0.73.310200) 1010T D T f KHz R R C -=

=≈+⨯⨯+⨯⨯

故选取 3.3T R K =Ω, 10T C nF =, 200D R =Ω,对应开关频率为 40KHz 。 2)电压调节器设计

为了使电路具有较好的动态和稳态性能,本设计通过在 SG3525的 1、 2、 9引脚加入相应的 PI 电压调节环节, 从而使输出电压 o U 恒定在 24V 。 选取 PI 的调 节参数分别:电阻, 1/1000i K =,即 1210R K =Ω, 131R K =Ω, 4100C nF =。

3.驱动电路设计

如图 1.4所示是主开关管 MOSFET 管驱动电路,是由三极管 Q1和 Q2组成 的推挽电路。 开通时, 提供 +15V电压信号, 关断时提供 -5V 电压信号, 使 MOSFET 可以快速的可靠地开通关断。 该驱动电路输入为控制电路的输出即 PWM 波, 输 出接 MOSFET 的栅极(G 极)。

图 1.4 驱动电路

4.过压保护电路设计

如图 1.5所示是过压保护电路原理图, 主要由比较放大器 LM358、 D 触发器 74HC7AH 和 LED 灯构成。保护电路的过压临界电压设定为 27V 。

由原理图可知,比较器的反相端的参考电压为 2.5V (将 SG3525的 16引脚 所提供的 5.1V 基准电压通过一个电位器分压得到),比较器同相端的过压信号 是从主电路的反馈端接入的。当输出电压超过 27V 时,比较器的输出由低电平 跳变为高电平, 而此时 D 触发器的 Q 端随输入端跳变到高电平, LED 灯被点亮, 并给 SG3525的 10引脚一个外部关断信号,使控制电路输出被禁止,从而实现 电路故障保护功能。

同时, 将 105的电容和 1K 电阻跨接在 5.1V 电压与 GND 之间, 并从中间抽 头接入 D 触发器复位端 1端。这样,在开始上电时,电容相当于开路,使复位 端置于高电平,起到复位的作用;当过压时,产生触发脉冲,电容充电,使得最 终在 RC 时间内电容充电完成, 复位端置低电平, 整个 D 触发器等待被过压信号 触发。而一旦过压信号消失,电容放电,复位端重新置于高电平,电路复位,保

护功能取消,电路继续正常工作。

图 1.5 过压保护电路原理图

图 2.3 保护电路仿真结果

(二)系统仿真验证

(三)系统实验验证

1.电路的焊接与调试

为进行系统实验验证, 首先需要按照所设计的电路原理图, 在多功能印制板 上进行电路的焊接与调试, 如图 3.1所示是本系统电路原理图。 根据系统的构成, 将主要分为 PWM 控制电路、 主电路、 保护电路这三个部分来进行电路的焊接与 调试。

图 3.1 系统原理图

1) PWM 控制电路

PWM 控制电路焊接完成并且检查无误后, 首先进行开环调试。 具体方法是:①将 SG3525的 1脚和 9脚之间所接的闭环控制回路断开, 然后 1脚和 9脚短接, 观察 11、 14脚是否有 PWM 波输出。若无 PWM 输出,则逐步排查电路。若有 PWM 波输出,则通过调节 2脚所接的可调电位器来调节占空比。②检查推挽电 路的输出波形,正常情况下应该是有正有负的 PWM 波,且 PWM 波的最大值应 大于 5V , 最小值应小于 -1V 。 可以通过调整推挽电路的电阻参数, 来完成高质量 的 PWM 波输出。

2)主电路

主电路的焊接应当注意:①因为主功率线所流过的电流比较大 (带负载时将 近 3A ),故应使用比较粗的铜线。②主电路与控制电路是共地的,能否可靠共 地对实验能否顺利完成起到了至关重要的作用。 ③焊接完成后, 接入电感, 并将 PI 闭环控制回路接入 SG3525的 1脚和 9脚,设置好 PI 调节的参数,检查无误 后即可上电调试。④上电时应使主电路的输入电压逐渐升高至 9V ,同时用示波 器观测主电路的输出端电压变化,当输入稳定在 9V 时调节 SG3525的 2脚的电 位器,使主电路输出电压稳定在 24V 。至此,主电路调试完成。

3)保护电路

保护电路也比较简单,按照原理电路图焊接即可。首先 SG3525的 10脚与 GND 断开,然后再将过压信号经触发器 5脚输出后接回 SG3525的 10脚。本设 计的临界电压设定为 27V ,当主电路的输出电压升到 27V 时,比较器输出电压 跳到高电平,此时 D 触发器 Q 端跳变到高电平,红灯点亮, SG3525的 PWM 输 出被禁止;当输出电压低于 27V 时,红灯自动熄灭, PWM 正常输出。至此,保 护电路调试完成。

2.实验波形

1)输出电压纹波图

2)焊接电路图

(四)分析与讨论 1.实验中的注意事项

1)实验中的用电安全,电烙铁的使用安全等。

2) MOSFET 管应正确使用,面朝标签三个管脚从左往右依次为 G 端、 D 端和 S 端,否则易出现问题。

3)注意万用板的外圈内圈区分,一圈接地(低电平)一圈接高电平。

4) 在焊接过程中器件的极性区分, 尤其注意电解电容不可反接否则易引起危险。

5)焊接主电路时要使用粗线

6)连线时,应尽量防止连线间的交叉,以免造成过大纹波以及寄生电感。

7)焊接后应将器件的多余管脚剪断,防止造成意外短路。

8)测试过程中注意示波器电源的共地问题,且电源负端应与地端连接。

2.实验中的问题及解决

1)焊接过程中没有注意芯片的台座的方位,理论上是台座与芯片的缺口方向应 该是一致的, 但是我们没有注意这个问题, 结果导致芯片与其他器件的焊接位置 出现错误,幸亏及时发现,并且加以修改,最后解决了问题。

2)主电路焊接完成后,我们已得到 24V 负载电压,但是测出的波形文波过大, 毛刺偏多, 学长建议我们并联一个 220微法电解电容以减小波形毛刺。 并联电容 后效果很明显,文波明显减少了,达到了指标。

3)在焊接过压保护电路后,我们继续测试波形,但是发现测不出波形而且连之 前能测出的 PWM 波都没有了,并且发现接底和接电源的万用板外圈和内圈发烫, 起初没察觉到, 最后问了学姐, 才知道有可能是线路出现短路了, 经过不断的排 查,找到了原因,是有根电线被烫化了,导致接地和电源导通了。

4)再排除电路问题后,并且接完电源,我们发现电路一直被保护着,再检查电 路多次后, 发现没有问题, 换了芯片也没有问题, 最终发现只是因为电源电压提 供时是从 0v 到 15v 缓慢增加才有这个问题,只要直接提供 15v 电压就没有这问 题了。

(五)感想与体会

这次实验让我学到了很多东西, 也知道了自己的很多不足。 平时上课学到 的理论知识转化为实际的东西还是有难度的, 不是简单的课堂上的学习就能做 到的。 最后一次焊接电路是上学期科研训练时候, 焊接部分倒不是很难, 主要 是要注意如何排线美观合理, 如何更加方便直观的让别人知道你焊接的电路是

什么。 然后更重要的是如何调试, 一个电路不是焊接完就可以的。 电路焊接完 要检测波形,看看是否有问题并且出现了问题,要学会找到问题,解决问题, 这才是最重要的, 也是我最大的收获。 最终实验成功了, 这是我和我的队友共 同的成果,实验过程也要学会讨论,相互帮助,这样更有利于自己的学习。总 的来说,还是要加强自己的动手能力,需要在今后的学习中加强锻炼。

五、参考文献

[1]Power Electronics. Converters, Applications, and Design. 3rd Edition. Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins.2003.

[2]Multicomp.1N4148快速开关二极管功能说明书 .

[3]Philips.74HC74N D触发器功能说明书 .

[4]ST.IRF540 MOSFET功能说明书 .

[5]Texas Instruments Incorporated.LM358放大器功能说明书 .

[6]MCC.MUR1560快恢复整流二极管功能说明书 .

[7]Motorola.SG3525A PWM脉宽调制电路功能说明书 .

范文四:电力电子实验三

实验三、三相桥式全控整流电路实验

一、 实验目的

1. 熟悉 MCL — 18, MCL — 33组件。

2. 熟悉三相桥式整流电路的接线及工作原理。

二、 实验内容

1.MCL — 18的调试

2. 三相桥式全控整流电路

3. 观察整流状态下,模拟电路故障现象时的波形。

三、 实验线路及原理

实验线路如下图所示。 主电路由三相全控整流电路构成。 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。 三相桥式全控整流电路的工作原理 参见“电力电子技术”有关教材。

四、 实验设备及仪器

1.MCL —Ⅱ型电机控制教学实验台主控制屏。

2.MCL — 18组件

3.MCL — 33组件

4.MEL — 03可调电阻器(900 )

5. 二踪示波器

6. 万用表

五、 实验方法

1. 按上图接线,未上电源之前,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的双脉冲观察孔, 应有间隔均匀, 相互间隔

60度的幅度相同的双脉冲。

(3) 用示波器观察每晶闸管的控制极、 阴极, 应有幅度为 1V — 2V 的脉冲。

注:将面板上的 Ublf 接地 (当三相桥式全控整流电路使用Ⅰ组桥晶闸 管 VT1— VT6时) ,将Ⅰ组桥式触发脉冲的六个琴键开关均拨到“接 通” ,开关不按下为接通。

(4) 将给定输出 Ug 接至 MCL — 33面板的 Uct 端, 在 Uct=0时, 调节偏移

电压 Ub ,使 306090α= 、 、 。

(注:把示波器探头接到三相桥式整流 输出端即 Ud 波形,探头地线接到晶闸管阳极) 。 2. 三相桥式全控整流电路 (1) 电阻性负载

按图接线,将 Rd 调至最大 450Ω(900Ω并联) 。

三 相 调 压 器 逆 时 针 调 到 底 , 合 上 电 源 , 调 节 主 控 制 屏 输 出 电 压

U V V W W U

U U U 、 、 ,从 0V 调至 70V (指相电压) 。调节 Uct ,使 α在 3090 范围内变化,用示波器观察记录 306090α= 、 、 时,整流电压 () d u f t =的波 形,晶闸管两端电压 () VT u f t =的波形,并记录相应的 Ud 和交流输入电压 U2数值。

(2) 电感性负载

按图接线,将电感线圈(700mH )串入负载, Rd 调至最大 450Ω。

调 节 Uct , 使 α在 3090 范 围 内 变 化 , 用 示 波 器 观 察 记 录

306090

α=

、 、 时,整流电压 () d u f t =的波形,晶闸管两端电压 () VT u f t =的 波形,并记录相应的 Ud 和交流输入电压 U2数值。

(3) 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 d u 波形。

六、 实验数据记录处理及分析

1. 画出电路的移相特性 () d U f α=曲线 (1) 电阻负载

30

4050

60708090

电 阻 负 载 移 相 特 性 Ud=f(a )

开 通 角 a/度

输 出 电 压 /V

(2) 电感负载

30

4050

60708090

开 通 角 /a

输 出 电 压 /V

电 感 性 负 载 移 相 特 性 Ud=f(a )

2. 作出整流电路的输入—输出特性 Ud/U2=f(a ) 进过数据处理得到输入—输出特性数据如下表:

表二、整流电路输入—输出特性数据(2U =70V)

作输入输出特性曲线: (1) 电阻性负载

30

4050

60708090

电 阻 性 负 载 输 入 输 出 特 性

U d /U 2

开 通 角 /a

(2) 电感性负载

30

40

50

6070

80

90

电 感 性 负 载 输 入 输 出 特 性

开 通 角 /a

U d /U 2

3. 画出三相桥式全控整流电路时, 306090α= 、 、 时的 d VT u u 、 波形

4. 简单分析模拟故障现象

进行模拟故障是我们关断了 VT6的触发脉冲, 得到在电感性负载 30α= 的输 出波形图如下:

电感性负载 30

α= 的输出波形图

由波形图我们可以分析,因为 6号晶闸管的触发脉冲被关断,使得 VT6在Ⅵ、 Ⅰ两个时段无法导通,输出电压出现错误。

范文五:电力电子实验

实验一 三相桥式全控整流电路实验

一、实验目的

(1)加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理。

(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”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”等几个模块。 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

实验线路如图1所示。主电路由三相全控整流电路组成,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。三相桥式整流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均使用D42三相可调电阻,将两个900Ω接成并联形式。

图1 三相桥式全控整流电路图

四、实验内容

(1)三相桥式全控整流电路。

(2)在整流状态下,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)学习有关集成触发电路的内容,掌握该触发电路的工作原理。

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)在本实验的整流时,对α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芯的扁平电缆,将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输

DJK02-1电源开关,拨动 “触发脉冲指示”钮子开关,使“窄”的发光管入”端相连,打开

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U直接与DJK02-1上的移相控制电压U相接,将给定开关Sgct2拨到接地位置(即U=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ct

压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形,使α=150?(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角,它的0?是从自然换流点开始计算,前面实验中的单相晶闸管电路的0?移相角表示从同步信号过零点开始计算,两者存在相位差,前者比后者滞后30?)。

?适当增加给定U的正电压输出,观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形,此时应观测g

到单窄脉冲和双窄脉冲。

?用8芯的扁平电缆,将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连,使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。

?将DJK02-1面板上的U端接地,用20芯的扁平电缆,将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”lf

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VT1,VT6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1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α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I保持在0.6A左右(注意I不得超过dd0.65A)。用示波器观察并记录α=30?、60?及90?时的整流电压U和晶闸管两端电压U的dvt波形,并记录相应的U数值于下表中,U为三相电源输出电压。 d2

α 30? 60? 90?

U 2

U(记录值) d

UU d/2

U(计算值) d

O计算公式:U=2.34Ucosα (0,60) d2

,oo U=2.34U[1+cos(a+)] (60,120) d23

八、实验报告

(1)画出电路的移相特性U =f(α)。 d

画出触发电路的传输特性α =f(U)。 (2)ct

(3)画出α=30?、60?、90?、120?、150?时的整流电压U和晶闸管两端电压U的波dVT形。

(4)简单分析模拟的故障现象。

九、注意事项

(1)为了防止过流,启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。

(2)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。 (3)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。

实验二 直流斩波电路原理实验

一、实验目的

(1)加深理解斩波器电路的工作原理。

(2)掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法。

(3)熟悉斩波器电路各点的电压波形。

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”等几个模块。

2 DJK05 直流斩波电路 该挂件包含触发电路及主电路两个部分。

3 DJK06 给定及实验器件 该挂件包含“给定”等模块。

4 D42 三相可调电阻

5 双踪示波器 自备

6 万用表 自备

三、实验线路及原理

本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器,主电路如图1所示。其中VT1为主晶闸管,VT2为辅助晶闸管, C和L1构成振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。当接通电源时,C经L1、VD1、L2及负载充电至+U,此时VT1、VT2均不导通,当主脉冲到来时,VT1d0

导通,电源电压将通过该晶闸管加到负载上。当辅助脉冲到来时,VT2导通,C通过VT2、L1放电,然后反向充电,其电容的极性从+U变为-U,当充电电流下降到零时,VT2自行关断,d0d0

此时VT1继续导通。VT2关断后,电容C通过VD1及VT1反向放电,流过VT1的电流开始减小,当流过VT1的反向放电电流与负载电流相同的时候,VT1关断;此时,电容C继续通过VD1、L2、VD2放电,然后经L1、VD1、L2及负载充电至+U,电源停止输出电流,等待下一个周期的触d0

发脉冲到来。VD3为续流二极管,为反电势负载提供放电回路。

从以上斩波器工作过程可知,控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽, 从而可达到调节输出直流电压的目的。VT1、VT2的触发脉冲间隔由触发电路确定。实验接线如图2所示,电阻R用D42三相可调电阻,用其中一个900Ω的电阻;励磁电源和直流电压、电流表均在控制屏上。

图1 斩波主电路原理图 图2 直流斩波器实验线路图

四、实验内容

(1)直流斩波器触发电路调试。

(2)直流斩波器接电阻性负载。

(3)直流斩波器接电阻电感性负载(选做)。

五、预习要求

(1)阅读电力电子技术教材中有关斩波器的内容,弄清脉宽可调斩波器的工作原理。

(2)学习有关斩波器及其触发电路的内容,掌握斩波器及其触发电路的工作原理及调试方法。

六、思考题

(1)直流斩波器有哪几种调制方式?本实验中的斩波器为何种调制方式?

(2)本实验采用的斩波器主电路中电容C起什么作用?

七、实验方法

(1)斩波器触发电路调试

1、RP2,RP1调节锯齿波的上下电平位置,而RP2为调节锯 调节DJK05面板上的电位器RP

齿波的频率。先调节RP2,将频率调节到200Hz,300Hz之间,然后在保证三角波不失真的情况下,调节RP1为三角波提供一个偏置电压(接近电源电压),使斩波主电路工作的时候有一定的起始直流电压,供晶闸管一定的维持电流,保证系统能可靠工作,将DJK06上的给定接入,观察触发电路的第二点波形,增加给定,使占空比从0.3调到0.9。

(2)斩波器带电阻性负载

?按图2实验线路接线,直流电源由电源控制屏上的励磁电源提供,接斩波主电路(要注意极性),斩波器主电路接电阻负载,将触发电路的输出“G1”、“K1”、“G2”、“K2”分别接至VT1、VT2的门极和阴极。

?用示波器观察并记录触发电路的“G1”、“K1”、“G2”、“K2”、波形,并记录输出电压U及晶闸管两端电压U的波形,注意观测各波形间的相对相位关系。 dVT1

?调节DJK06上的“给定”值,观察在不同τ(即主脉冲和辅助脉冲的间隔时间)时Ud的波形,并记录相应的U和τ,从而画出U=f(τ/T)的关系曲线,其中τ/T为占空比。 dd

τ

U d

(3)斩波器带电阻电感性负载(选做)

要完成该实验,需加一电感。关断主电源后,将负载改接成电阻电感性负载,重复上述电阻性负载时的实验步骤。

八、实验报告

(1)整理并画出实验中记录下的各点波形,画出不同负载下U=f(τ/T)的关系曲线。 d

(2)讨论、分析实验中出现的各种现象。

九、注意事项

(1) 双踪示波器有两个探头,可同时测量两路信号,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上同时观察到两个信号,而不发生意外。

(2)触发电路调试好后,才能接主电路实验。

(3)将DJK06上的“给定”与DJK05的公共端相连,以使电路正常工作。

(4)负载电流不要超过0.5A,否则容易造成电路失控现象。

(5)当斩波器出现失控现象时,请首先检查触发电路参数设置是否正确,确保无误后将直流电源的开关重新打开。