电子电气类专业《电力电子学实验》讲义
实验一：直流斩波电路(设计性)的性能研究
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 NMCL-22组件
3 示波器（自备）
4 万用表（自备）
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。）
五、具体实验项目参数如下：
六、实验报告：
记录实验波形，分析各种控制电路在不同的占空比驱动下的输出电压情况。
实验二：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—电感性负载及反电势负载时的工作。
3．熟悉NMCL—05锯齿波触发电路的工作。
二、实验线路及原理
参见图4-7。
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．单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。
四、实验设备及仪器
1．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．NMCL—18组件（适合NMCL—Ⅱ)或NMCL—31组件（适合NMCL—Ⅲ）。
3．NMCL—33组件或NMCL—53组件（适合NMCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）
4．NMCL—05组件或NMCL—05A组件
5．NMEL—03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。
6．NMCL-35三相变压器。
7．双踪示波器 (自备)
8．万用表 (自备)
五、注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05挂箱，故NMCL-33（或NMCL-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．NMCL-05面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-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NMCL-35三相变压器，原边为220V，低压绕组为110V。
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NMCL—05（或NMCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接NMCL—18的U、V输出端（如您选购的产品为NMCL—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NMCL-35和NMCL-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。
NMCL-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a=90°。
断开主电源，连接NMCL-35和NMCL-33。
（注：如您选购的产品为NMCL—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a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a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a=90°，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使a前移时，若电流太大，可增加与L相串联的电阻加以限流。
5．单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。
把开关S合向左侧，接入直流电动机，短接平波电抗器，短接负载电阻Rd。
（a）调节Uct，在a=90°时，观察Ud=f（t），id=f（t）以及UVT=f（t）。注意，交流电压UUV须从0V起调，同时直流电动机必须先加励磁。
（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供电给电阻负载情况下，当a=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a=90°时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。
3．作出实验整流电路的输入—输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（a）及Ud/U2=f（a）。
4．实验心得体会。
实验三：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．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。
二、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。
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。
晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成，见图4-15。
四、实验设备及仪器
1．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．NMCL—18组件（适合NMCL—Ⅱ)或NMCL—31组件（适合NMCL—Ⅲ）。
3．NMCL—33（A）组件或NMCL—53组件（适合NMCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）。
4．NMCL—05组件或NMCL—05A组件或NMCL—54组件。
5．MEL-03组件（或自配滑线变阻器450W，1A)
6．二踪示波器（自备）
7．万用表（自备）
五、注意事项
在电阻电感负载时，当a<j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．单相交流调压器带电阻性负载
将NMCL-33（或NMCL—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。
NMCL-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a=150°。
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a角时各波形的变化，并记录a=60°，90°，120°时的波形。
注：如您选购的产品为NMCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同
2．单相交流调压器接电阻—电感性负载
（1）在做电阻—电感实验时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻和电感量。可采用直流伏安法来测量内阻，如图6-1所示，电抗器的内阻为
RL=UL/I
电抗器的电感量可用交流伏安法测量，如图6-2所示，由于电流大时对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。
ZL=UL/I
电抗器的电感量为
这样即可求得负载阻抗角
在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。
（2）断开电源，接入电感（L=700mH）。
调节Uct，使a=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，使Uuv=220V。用二踪示波器同时观察负载电压u和负载电流i的波形。
调节电阻R的数值（由大至小），观察在不同a角时波形的变化情况。记录a>φ，a=φ，a<φ三种情况下负载两端电压u和流过负载的电流i的波形。
也可使阻抗角φ为一定值，调节a观察波形。
注：调节电阻R时，需观察负载电流，不可大于0.8A。
（说明：如采购的是NMCL—Ⅴ型，则触发电路为KJ004集成电路，具体应用可参考相关教材。电阻性负载可采用两只300Ω电阻相串联。）
七、实验报告
1．整理实验中记录下的各类波形
2．分析电阻电感负载时，a角与j角相应关系的变化对调压器工作的影响。
3．分析实验中出现的问题。
实验四：单相交直交变频电路
一、实验目的
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，对单相交直交变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系
二、实验内容
1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形
2．观察变频电路驱动电机时的输出波形
3．观察电机工作情况
三、实验设备和仪器
1． 电力电子及电气传动主控制屏
2． NMCL-22组件
3． MEL-03组件
4． 双踪示波器（自备）
5． 万用表（自备）
四、实验方法
1．SPWM波形的观察
按下左下方的开关S5
(1)观察"SPWM波形发生"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Ur的对应关系。
(3)观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM(3端与地端)。
2．逻辑延时时间的测试
将"SPWM波形发生"电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和2端波形,并记录延时时间Td.。
3．同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试
分别将“隔离驱动”的G和主回路的G'相连，用双踪示波器分别同时测量G1、E1和 G2、E2， G3、E3和 G4、E2的死区时间。
4．不同负载时波形的观察
按图5-19接线。先断开主电源和开关S1。将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，
（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），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。
（2）当负载为电阻电感时（6、8端相联，9端和7端接一电阻），观察负载电压和负载电流的波形。
*选做实验：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NMCL-18, NMCL-33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4-12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．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．NMCL—18组件（适合NMCL—Ⅱ)或NMCL—31组件（适合NMCL—Ⅲ）。
3．NMCL—33（A）组件或NMCL—53组件（适合NMCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）
4．MEL-03可调电阻器（或滑线变阻器1.8K, 0.65A）
5．NMCL-35芯式变压器
6．二踪示波器（自备）
7．万用表（自备）
五、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NMCL-18电源开关，给定电压有电压显示。
（2）用示波器观察NMCL-33（或NMCL-53，以下同）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NMCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使a=150o。
2．三相桥式全控整流电路
按图接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大(450W)。
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。
注：如您选购的产品为NMCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同
调节Uct，使a在30o~90o范围内，用示波器观察记录a=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。
3．三相桥式有源逆变电路
断开电源开关后，将S拨向右边的不控整流桥，调节Uct，使a仍为150O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a=90O、120O、150O时, 电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。
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。
说明：如果采用的组件为NMCL—53或NMCL—33（A），则触发电路是KJ004集成电路，具体应用可参考相关教材。
六．实验报告
1．画出电路的移相特性Ud=f(a)曲线
2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）
3．画出三相桥式全控整流电路时，a角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形
4．画出三相桥式有源逆变电路时，β角为150O、120O、90O 时的ud、uVT波形
5．简单分析模拟故障现象
