电力电子技术实验大纲:电力电子技术实验指导

电力电子技术实验大纲

电气信息学院专业中心实验室

2015版

我们需要什么样的专业课实验报告书？

进入大三以后，我们会面对很多专业课程实验项目，如何让这些实验的报告体现出它应该有的“专业”性？ 撇开具体的实验内容不谈，实验报告应该具有以下共同的特质： 1． 报告具有尽可能丰富的实验信息。

实验的工作条件——什么能力的设备及仪表、实验团队的分工构成——协作和管理、实验预期结果——工作的目标和期望等等，这些都是成就一个专业工程师必要和有益的铺垫。

2． 实验数据的处理手段应体现专业性。

面对大量的数据处理和分析，必须充分利用信息化手段，请从本次实验起摒弃手绘坐标纸之类的落后方法，不要让报告失去应有的客观性和专业性。

3． 实验结果不能如同陈列的僵尸躺在报告上，应该赋予它鲜活的血肉和生命力。 ● 测试结果（数据或波形图等）应附有明确的测试条件说明，应有足够的量纲标识； ● 实验结果与理论预期的比对是必要的，误差分析应该是实实在在的，不要务虚；

● 实验结果说明了什么？请拿出你的评估和看法，如同一场电影看罢，总会有所评价一样，提炼和升华是学

习的高层次境界；

● 对现有实验方案的优劣应有所思考，可以试试提出优化方案或展望；

● 数据结果可以不准确，方案可以不完美，但发自内心原生态的思考是绝对不可或缺的和最最重要的，它是

一份报告的价值所在，也为老师所乐见。

4． 一次实验是有限的，但对它的思考应该是无限的。

报告在具备基本要素的前提下，不要太拘泥于固定的模板格式，不要太局限于实验本身的范畴，如果报告上出现了由此而衍生的许许多多，例如扩展虚拟仿真实验、扩展方案的讨论、扩展的器件或设备描述、扩展的应用案例、扩展的数据分析„，对于教授者和学业者，就是莫大的幸事。如果你是这样做的，就不用去重复做许多泛泛的实验，举一反三即可。

5． 请强化报告的可读性，表现出你的热忱和投入。

写作考虑到读者的体验度了吗？要尽可能提升条理性和可视性，不要提交一份只有自己才能读懂的报告，当你调用所有的资源和手段投入到这份报告之中时，或许能从中读出你的热情和心血，我就该向你致敬了。

一句话概之，请让我能从你的报告中感受到灵魂的跳跃„„

实验一、单相半控桥整流电路实验

一、

主要内容

1. 实现控制触发脉冲与晶闸管同步；

2. 观测单相半控桥在纯阻性负载时的移相控制特点，测量最大移相范围及输入-输出特性； 3. 观测单相半控桥在阻-感性负载时的输出状态，制造失控现象并讨论解决方案。

二、 方法和要领 1. 实现同步：

◆ 从三相交流电源进端取线电压Uuw （约230v ）到降压变压器（MCL-35）, 输出单相电压（约124v ）作为

整流输入电压u 2；

◆ 在（MCL-33）两组基于三相全控整流桥的晶闸管阵列（共12只）中，选定两只晶闸管，与整流二极管阵

列（共6只）中的两只二极管组成共阴极方式的半控整流桥，保证控制同步，并外接纯阻性负载。 思考：接通电源和控制信号后，如何判断移相控制是否同步？

2. 半控桥纯阻性负载实验（负载保持最大电阻值）：

◆ 最大移相范围测试：调整控制量u ct ，测量并记录Ud 、α的有效边界值，用数码相机记录α最小、最大和

90o 时的输出电压u d 波形（注意：负载电阻不宜过小，确保当输出电压较大时， Id 不超过0.6A ）； 思考：如何利用示波器测定移相控制角的大小？

◆ 输入-输出特性测试：在最大移相范围内，调节不同的控制量u ct 2、

控制信号ct 和整流输出Ud 的大小，要求有效数据不低于8组。 思考：如何规划有价值的数据采样分布规律？——在报告中加以说明。

3. 半控桥阻-感性负载（负载加入L=200mH ）实验：

◆ 观测并记录α最小、最大和90o 时的输出电压u d 波形，观察其特点（Id ≤0.6A ）；

◆ 固定α=90o ，调节负载电阻由最大逐步减小（使输出电流分别处于断续、临界连续和连续0.5A 三种情况，

Id ≤0.6A ）。对应三个不同负载阻抗角条件，记录电流id 波形，测量变压器原边功率因数cos φ1、有功功率P 1和负载电阻R L ，并核算对应的ωL 、tg Φ和输出电流纹波系数。 思考：如何在负载回路获取负载电流的波形？

◆ 保持控制角α

脉冲信号（模拟封锁脉冲），制造失控。记录失控前后的u d 波形，提出测试方法判断哪一只晶闸管失控。

o

三、 实验报告要求

1． 实验基本内容（实验项目名称、已知条件及实验完成目标）。

2． 实验条件描述（主要设备仪器的名称、型号、规格等；小组人员分工：主要操作人、辅助操作人、数据记录人

和报告完成人等）。

3． 实验过程描述（含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等）。 4． 实验记录及数据处理（含电路波形、原始数据记录单、计算处理及工程特性曲线等）。

5． 实验综合评估（分析实验与理论数据的偏差，评估实验方案及结果的可信度，提出可能的优化改进方案等）。 6． 实验虚拟仿真（软件自选），完成对应实验条件下电路各典型波形的测试和观察。 7． 实验研讨必修问题：

◆ 同步控制：阐述选择实验面板晶闸管序号构成半控桥的依据。

◆ 理论和实际：测绘电阻负载时u d = f (α) 和u d = f (u ct) 的实验特性曲线，将实验u d = f (α) 与理论推算u d =

f (α) 特性曲线（在同一坐标系内）相比较，分析差异性成因。

◆ 阻感负载：分析阻-感性负载时，输出电流波形id 与教材所示是否有差异，为什么？电路能否接纯感性负

载工作（如果有足够大的电感量），为什么？

◆ 功率： “阻—感负载”第2小项目中，判断并分析变压器cos φ1的变化是否取决于负载tg Φ的变化？ ◆ 数据提炼：若以u d = f (u ct) 的实验特性曲线作为该直流受控电源的静态数学模型建模依据——直流电压

放大器，试提出建模方案，并核定该模型的近似放大系数Ks ≈？

实验二、三相全控桥整流及有源逆变实验

一、

主要内容

1. 观测分析整流状态下（阻性负载、阻-感性负载）u d ，u VT 波形；

2. 观测分析逆变状态下（阻-感性-反电动势负载）u d ，u VT 波形及逆变功率测量；

二、 方法和要领

1. 连接三相整流桥及逆变回路

◆ 由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至三相降压变压器（MCL-35）, 输出三相电源（线电压约110~130v）

作为三相变流桥的交流输入；

◆ 由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至由二极管组成的三相不可控全波整流桥，作为逆变时负载回路的

电动势源（大小恒定的电压源）；

◆ 由双刀双置开关构成整流和逆变选择回路（严禁主回路带电时切换此开关）；

◆ 约定整流、逆变临界控制点为Uct = 0，当Uct ﹥0时，处于整流移相控制；Uct ﹤0时处于逆变移相控制：

2. 整流工作

◆ 阻性负载测试：双置开关选择整流回路，负载电阻设定为最大，加正给定电压。 1) 观测并记录整流状态下α≈0O ，60O ，90O 时u d 、u 波形（注意限制Id ≤0.8A ）； 2) α≈0O 时封锁任1只晶闸管的脉冲信号，记录u d 的波形及大小值；

3) α≈0O 时封锁任2只晶闸管的脉冲信号，记录u d 的波形及大小值；（一次：共阴极组2只；一次：阴极阳极组各1只）

◆ 阻-感（300Ω+ 700mH )负载测试：双置开关选择整流回路，观测并记录α=30O ，90O 时u d 、u VT 波形（注意限

制Id ≤0.8A ）；α= 0O 时任意封锁1只和2只晶闸管的脉冲信号，记录u d 的波形及大小值。

3. 逆变工作

断掉主回路电源，将负载回路切换到逆变条件，注意逆变电动势源的直流极性。

◆ 选负给定信号，负载为（最大电阻+700mH），合上电源，观测逆变状态下β=60O ，90O 时u d ，u VT 波形； ◆ 在恒定负载情况下（最大电阻+电感700mH ，直流反电动势E 基本恒定），在最大逆变移相范围内，测定电网

实际吸收直流功率Pk = f (Ud)的函数曲线（不低于8组数据点）。已知，三相全控桥电源回路输出端等效内阻Rn=26Ω。

三、 实验报告要求：

1. 实验项目名称

2. 实验基本内容（已知条件及实验要求）

3. 实验条件描述（主要设备仪器的名称、型号、规格等；小组人员分工：主要操作人、辅助操作人、数据记录人

和报告完成人）

4. 实验过程描述（含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等）； 5. 实验数据处理（含原始数据清单、计算结果、特性曲线等）；

6. 误差分析（对实验方案、结果进行可信度分析，提出可能的优化改进方案）； 7. 实验之后进行如下讨论：

◆ 分析比较整流工作时，阻性负载和阻感负载再缺相(丢失一路触发信号) 故障下，Ud 瞬时波形的差异性？ ◆ 整流状态下阻-感负载时，α=90O 时ud 的瞬时波形一定有正负半波对称吗，为什么？

◆ 说明逆变状态下，逆变电源的负载波形是电路上哪两端的波形？为什么逆变输出电压Ud 越高，负载电流Id 越

小？

◆ 做出Pk = f (Ud)特性曲线，并对其变化趋势作定性分析。

实验三 半桥型开关稳压电源的性能研究

一、

主要内容

1． 熟悉PWM 专用芯片SG3525的基本功能和应用特色，测试其典型功能端波形； 2． 测试和分析半桥型开关电源在开环和闭环两种模式下的输出性能

二、

i. 1) 2) 3) 4)

主要实验内容和技术要领

PWM 控制芯片SG3525的特性测试

连接：选择SG3525工作于“半桥电源”模式，短接误差调节器PI 参数反馈端（屏蔽PI 调节）。

测试：接通SG3525工作电源。用示波器分别观察锯齿波振荡器观测点和A （或B ）路PWM 信号的波形，连接：断开SG3525工作电源，将光电藕输出信号端与半桥电路中的Power-MOSFET 管正确相连。

测试：再次接通接通SG3525工作电源，观察Power-MOSFET 管VT 1的驱动控制信号U GS ，记录波形周期宽

构成开环电压系统向负载供电

并记录波形的频率和峰值，调节“脉冲宽度调节”电位器，记录其占空比可调范围(最大、最小占空比) 。

度T 、幅值U GS 及上升t r 、下降时间t f 。 ii. 1) 2)

连接：确认主电路和控制电路的电源开关处于断开状态，将“主电源1”的输出端链接至半桥电路的输入端，测试：分别接通主电路和控制电路的电源，调节“脉冲宽度调节”电位器，在不同占空比情况下，记录占空

构成闭环电源系统，测试稳压性能

连接半桥输出负载R1+R2（负载电阻约为3+30Ω）。 比和输出电源电压u o 大小（不低于8组数据）。 iii. 1)

连接：开放误差调节器PI 参数反馈端，从“半桥型开关稳压电源”输出端“13”取电压反馈信号连至SG3525

的反馈输入“2”端，并将“半桥型稳压电源”的“9”端和“PWM 波形发生”的地端相连（共地）。

2)

测试：连接半桥输出端的3Ω负载电阻（R1），调节PWM 占空比使电源输出端电压u 0为5V ——作为输出标

准值；然后将负载电阻改变至33Ω（R1+R2），测量输出电压u 0的值，计算负载阻抗变化约十倍时的负载调整率（抗负载变化的电压稳定能力）：

U 0-5V

⨯100% U 0

断开输出端“13”电压反馈信号，重新屏蔽误差调节器反馈输入端，回复到开环状态，重复上述3Ω和33Ω不同负载时“5V ”输出电压的负载调整率。与闭环系统的结果进行比较。

三、

实验报告要求

1． 实验基本信息（项目名称、已知条件及实验要求）。

2． 实验条件描述（主要设备仪器的名称、型号、规格等；小组人员分工：主要操作人、辅助操作人、数据记录人

和报告完成人）。

3． 实验过程描述（含每个步骤的实验方法、电路原理图等）。

4． 实验数据处理（含原始数据清单、计算结果及工程特性曲线，。 5． 误差分析（分析方案、方法、仪器、操作等可能带入的必然、偶然误差因素）。

6． 实验之后：

● 根据实验数据，生成开环时Uo=f (σ%)的函数曲线（负载为R 1+R2，不少于8组数据点）。

● 为什么在2、3步要分别将“误差调节器”的“3”，“4”两点短接或断开？分析闭环后的稳压控制是如何

实现的。

● 在系统开环工作状态下，当PWM 占空比σ%

判断它们是否同步，并分析原因。（选作项目）