《电力电子技术》实验指导书（第3版长江大学电信学院
《电力电子技术》 实验指导书(第 3 版) 长江大学电信学院
目录实验名称页码3实验1锯齿波同步移相触发电路与单相桥式半控整流电路实验实验28三相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验311直流斩波电路实验14实验4电力晶体管（GTR）特性与驱动电路研究22实验5绝缘栅双极型晶体管（IGBT)特性与驱动电路研究2
2 目 录 实验名称 页码 实验 1 锯齿波同步移相触发电路与单相桥式半控整流电路实验 3 实验 2 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 8 实验 3 直流斩波电路实验 11 实验 4 电力晶体管(GTR)特性与驱动电路研究 14 实验 5 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究 22
实验一锯齿波同步移相触发电路与单相桥式半控整流电路实验一。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。3.研究单相桥式半控整流电路在电阻负载，电阻一电感性负载及反电势负载时的工作。4.进一步理解可控硅的开关条件，了解续流二极管在电路中的作用。5.掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。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3.单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载4.单相桥式半控整流电路供电给电阻一电感性负载（带续流二极管）。5.单相桥式半控整流电路供电给反电势负载（带续流二极管）。6.单相桥式半控整流电路供电给电阻一电感性负载（断开续流二极管）三：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—II）3.MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL一II、IⅢI、V）4.MCL—05组件或MCL—05A组件5.MEL一03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。6.MEL一02三相芯式变压器。4.双踪示波器5.万用表四：实验方法1.触发电路实验（1）.如图1所示，将MCL-05面板上左上角的同步电压输入接MCL一18的U、V端（如您选购的产品为MCL一IⅢI、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U=220v，并打开MCL一05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，示波器的地线接手“7”端。以下均同先将控制电压Uct（即U）调到零，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Ucix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
3 实验一 锯齿波同步移相触发电路与单相桥式半控整流电路实验 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。 3．研究单相桥式半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。 4．进一步理解可控硅的开关条件，了解续流二极管在电路中的作用。 5．掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。 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 3．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。 4．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（带续流二极管）。 5．单相桥式半控整流电路供电给反电势负载（带续流二极管）。 6．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（断开续流二极管） 三．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。 4．双踪示波器 5．万用表 四．实验方法 1. 触发电路实验 （1）．如图 1 所示，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—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。以 下均同. 先将控制电压 Uct (即 Ug)调到零，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 U 3 与 U 5 的对应关系
MCL18MCL05UHU2L1U上控订星冷出360°oL2V传步读180°U.wt.L330°图1。锯齿波同步移相触发电路图2。脉冲移相范围（3).调节脉冲移相范围将MCL一18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（即调电位器RP2），使α=180，其波形如图2所示。调节MCL一18的给定电位器“Ug”输出电压，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时α=180°，Uct=Umax时，α=30°，以满足移相范围α=30180°的要求。（4）.调节Uct，使α=60，观察并记录UiUs及输出脉冲电压UGix1，Uc2kz的波形，并标出其幅值与宽度。（5).用导线连接“K1”和“K3”端，接双踪示波器地线。用双踪示波器观察“G1”和“G3”的波形，调节电位器RP3，使“G1”和“G3”间隔180（6）.将MCL—05（或MCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL一18的U、V输出端，“触发电路选择”拨向“锯齿波”。实验原理图如图3所示。?电阻电感性负载阻性负载I4vT1TR-VD3木二相电源输出VUiRSLd本vDI本vD2欢拉件图3。实验原理图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Ua=220v，并打开MCL一05面板右下角的电源开关。观察MCL一05锯齿波触发电路中各点波形是否正确，确定其输出脉冲可调的移相范围。并调节偏移电阻RP2，使Uct=0时，α=150°。注意观察波形时，须断开MEL-02和MCL-334
4 图 1。锯齿波同步移相触发电路 图 2。脉冲移相范围 （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（即调电位器 RP2），使=180O，其波形如图 2 所示。 调节 MCL—18 的给定电位器“Ug”输出电压，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=30 O ~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。 （5）．用导线连接“K1”和“K3”端，接双踪示波器地线。用双踪示波器观察“G 1”和“G 3” 的波形，调节电位器 RP3，使“G 1”和“G 3”间隔 1800。 （6）．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， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。实验原理图如图 3 所示。 图 3。实验原理图 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— 05 面板右下角的电源开关。观察 MCL—05 锯齿波触发电路中各点波形是否正确，确定其输出脉冲可调 的移相范围。并调节偏移电阻 RP2，使 Uct=0 时，α =150°。注意观察波形时，须断开 MEL-02 和 MCL-33 360° 180° 30° U2 ω t ω t U6
（或MCL一53组件）的连接线。2.单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载：按图4连接MEL-02和MCL-33（或MCL一53组件）（a）把开关S2合向左侧连上负载电阻Rd（可选择900Q电阻并联，最大电流为0.8A），并调节电阻负载至最大。MCL-18（或MCL一IⅢI型主控制屏，以下均同）的给定电位器RP1逆时针调到底，使Ut=0。三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源，调节主控制屏输出U=220V。调节MCL-18的给定电位器RP1，使α=90°，测取此时整流电路的输出电压Ua=f（t），输出电流ia-f（t）以及晶闸管端电压Ur=f（t）波形，并测定交流输入电压U2、整流输出电压U，验证,1+cosαUd=0.9U22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。（b）采用类似方法，分别测取α=60°，α=30°时的Ua、ia、Ut波形。3.单相桥式半控整流电路供电给电阻一电感性负载（a）把开关S1合向左侧接上续流二极管，把开关S2合向右侧接上平波电抗器，短接直流电动机电枢绕组A1A2。MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Ue.=0。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U=220V。（b）调节Uet，使α=90°，测取输出电压U=f（t)，电感上的电流it=f（t)，整流电路输出电流i=f（t）以及续流二极管电流iw-f（t）波形，并分析三者的关系。调节电阻Ra，观察ia波形如何变化，注意防止过流。（c）调节Uet，使α分别等于60°、90°时，测取Ua，iL，id，ivw波形。（d）断开续流二极管，观察U=f（t）)，ia=f（t)。突然切断触发电路，观察失控现象并记录Ua波形。若不发生失控现象，可调节电阻Ra。4单相桥式半控整流电路接反电势负载（1).断开主电路，改接直流电动机作为反电势负载（断开直流电动机电枢绕组A1A2的短接线。）短接平波电抗器，短接负载电阻Rd。MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uet=0。，合上主电源，调节主控制屏输出使Ua=220V。调节Uct，用示波器观察并记录不同α角时输出电压U、电流i及电动机电板两端电压ux的波形记录相应的U2和Ua的波形。（可测取α=60°，90°两点）。2).断开平波电抗器的短接线，接上平波电抗器（L=700mH），重复以上实验并加以记录五：实验报告1.整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。2.总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？3．如果要求Uct=0时，α=90，应如何调整？4.讨论分析实际移相范围能否从α=0°调起及其它实验现象。5.绘出单相桥式半控整流电路供电给电阻负载，电阻一电感性负载以及反电势负载情况下，当α=90°时的Ua、ia、Uvr、ivp等波形图并加以分析。6.作出实验整流电路的输入一输出特性Ua=f（Uet），触发电路特性Uet=f（α）及Ua/Uz=f（α）5
5 （或 MCL—53 组件）的连接线。 2．单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载： 按图 4 连接 MEL-02 和 MCL-33（或 MCL—53 组件）。 （a）把开关 S2 合向左侧连上负载电阻 Rd（可选择 900Ω 电阻并联，最大电流为 0.8A），并调节电 阻负载至最大。 MCL-18（或 MCL—Ⅲ型主控制屏，以下均同）的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。 三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源，调节主控制屏输出 Uuv=220V。 调节 MCL-18 的给定电位器 RP1，使α =90°，测取此时整流电路的输出电压 Ud=f（t），输出电流 id=f（t）以及晶闸管端电压 UVT=f（t）波形，并测定交流输入电压 U2、整流输出电压 Ud，验证 2 1 cos 0.9 2 Ud U 。 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。 （b）采用类似方法，分别测取α =60°，α =30°时的 Ud、id、Uvt波形。 3．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载 （a）把开关 S1 合向左侧接上续流二极管，把开关 S2 合向右侧接上平波电抗器，短接直流电动 机电枢绕组 A1A2。 MCL-18 的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。 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。 （b）调节 Uct，使α =90°，测取输出电压 Ud=f（t），电感上的电流 iL=f（t），整流电路输出电 流 id=f（t）以及续流二极管电流 iVD=f（t）波形，并分析三者的关系。调节电阻 Rd，观察 id波形如 何变化，注意防止过流。 （c）调节 Uct，使α 分别等于 60°、90°时，测取 Ud，iL，id，iVD波形。 （d）断开续流二极管，观察 Ud=f（t），id=f（t）。 突然切断触发电路，观察失控现象并记录 Ud波形。若不发生失控现象，可调节电阻 Rd。 4．单相桥式半控整流电路接反电势负载 (1).断开主电路，改接直流电动机作为反电势负载（断开直流电动机电枢绕组 A1A2 的短接线。） 短接平波电抗器，短接负载电阻 Rd。 MCL-18 的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。，合上主电源，调节主控制屏输出使 Uuv=220V。 调节 Uct ，用示波器观察并记录不同角时输出电压 Ud、电流 id及电动机电枢两端电压 uM的波形， 记录相应的 U2和 Ud的波形。（可测取α =60°，90°两点）。 2).断开平波电抗器的短接线，接上平波电抗器（L=700mH），重复以上实验并加以记录。 五．实验报告 1．整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。 2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？ 3．如果要求 Uct=0 时，=90O，应如何调整？ 4．讨论分析实际移相范围能否从=0O 调起及其它实验现象。 5．绘出单相桥式半控整流电路供电给电阻负载，电阻—电感性负载以及反电势负载情况下，当 α =90°时的 Ud、id、UVT、iVD等波形图并加以分析。 6．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（α ）及 Ud/U2=f（α ）