电力电子技术实验报告 0电气---答案

电力电子技术实验报告 0电气---答案

注意：实验报告一定要有实验结果。涂改的一定要弄得干净一点。

1：实验报告封皮和实验报告项目里面的每一项的日期，学时，名称等都要填，不能空着。除了第一次的实验是第⑦周的周四做的，其他的实验都是周一（从第9周第14周）。只有第三个实验是4学时，其他的6个都是2学时。

2：实验报告一定要有实验结果。只要画了的表格就要有内容，不能那么空着，如果不想填写那么多项，就把已经画的

表格擦干净按着下面我写的项目重新填写。:

3：按着我给的电子版的实验报告成绩进行修改，没有成绩的实验项目都要修改。4：实验报告答案部分用的批注的形式写的，认真看好批注内容。5：3号中午要把修改好的实验报告收齐。3号下午送到我办公室。

实验一：S05203001单相桥式半控整流电路实验注意是半控不是半波！所以和全桥的结果是一样的。下面这个是控制角α=30°时桥侧输出电压Ud波形。不管是电阻负载，阻感负载（不带续流二极管），阻感负载（带续流二极管）都是一样的，就画一个α=30°的就行了，晶闸管两侧的电压波形就不用画了。

α=30u°ddd

0t

理论计算公式和全桥一样。都是Ud＝0.9U2(1+cosα)/2。下面的表格不是要求全写，看实验报告要求和你自己已经画好的表格安排。一定不要把画好的表格随便用笔划掉。如果画了就都要填上，测量值按着和理论值误差30%以内填写。

从开始就没有画表格的至少要把电阻负载的表格部分都写上，也就是我加粗的部分要写上。电阻负载控制角α60°U250V90°50V22.522.522.5120°50V11.2511.2511.25Ud（测量值）Ud（计算值）33.75阻感负载（不带续流二极管）Ud（测量值）Ud（计算值）33.75阻感负载（带续流二极管）Ud（测量值）Ud（计算值）33.75实验二：

S05203002单相桥式全控整流电路实验理论计算公式Ud＝0.9U2(1+cosα)/2。

图形只要画下面控制角α=30°时桥侧输出电压Ud波形和晶闸管两侧的电压波形就可以了。α=30°：

0u0udiVT

t1t测量值按着和理论值误差30%以内填写。αU2Ud（测量值）Ud（计算值）0°50V4530°50V41.98560°50V33.7590°50V22.5120°50V11.25

实验三：S05203003三相桥式全控整流电路实验按教材P55-P57图2-18~2-21波形画图，只要画α=30°，α=90°的输出电压Ud的波形就可以了。在图上标注控制角。整流电压Ud的数值大部分同学没有写，那就不写了。

实验四：S05203004直流斩波电路实验，实验结果的图形大部分同学都画了。部分同学没有写实验结果，就是那个UL的测量值没有写。那个测量结果就是按着计算值差不多误差30%以内填写，不要和计算值完全相同。计算值的公式：UL=σU1（其中U1大概是80V，而占空比σ大部分同学都是写的30%和98%，具体怎么算也不用我计算吧）

实验五：S05203005单相交流调压电路实验

除了UΑ、UB、UC、UD与UE记录下来。还要求填写U0的测量值，按着计算公式：

Uo2112UsintdtU1sin212，如下表已经计算出来，U0测量值按着和理论值误差30%以内填写。U0

的波形图就按着教材画，也可以不画。不用涂抹的脏兮兮的。控制角αU1U0（测量值）U0（计算值）30°50V45.690°50V35.4120°50V28.9实验六：单相桥式有源逆变电路实验

桥侧输出电压波形如下：这个大概是逆变角为60度的波形。注意逆变角是从右向左变大。电流波形可以不画。α=60°：udOt30°-3960°-22.590°0Ud＝0.9U2cosα=-0.9U2cosβ其中，U2=50V。逆变角β越大，桥路电压计算平均值Ud值的绝对值就越小。

逆变角β直流电源E/V桥路电压测量平均值Ud桥路电压计算平均值Ud逆变电路电流Id/A40mA76mA120mA

实验七：单相交-直-交变频电路实验。部分同学没有写实验结果，就是那个表格没有画。表格画的项目较多的同学要填写全。实验只是让你们做两各K值，但是其他的就按着K值的比例来填就可以了。不要直接划掉。如果就按着实验做的两组K值填写的表格，就不用修改了。

扩展阅读：电力电子技术实验报告

课程名称电力电子技术

指导老师马海啸

学生姓名江海燕班级学号B08050801学院（系）自动化专业自动化

实验一功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究

一．实验目的

1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法。2．掌握MOSEET对驱动电路的要求。

3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法。

二．实验内容

1．MOSFET主要参数：开启阈值电压VGS(th)，跨导gFS，导通电阻Rds，输出特性ID=f(Vsd)等的测试。

2．驱动电路的输入，输出延时时间测试。

三．实验设备和仪器

1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分2．双踪示波器3．毫安表4．电流表5．电压表

四．实验线路

见图2-1

五．实验方法

1．MOSFET主要参数测试(1)开启阈值电压VGS(th)测试

开启阈值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时(通常取漏极电流ID=1mA)的最小栅源电压。

断开MCL-07中的电源（开关S），主回路的“1”端与MOS管的“25”端之间串入直流毫安表，测量漏极电流ID，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表，测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。

将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流ID=1mA时的栅源电压值即为开启阈值电压VGS(th)。

适当选择、读取7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表2-1。表2-1

ID(mA)Vgs(V)

0.12.860.43.010.73.0713.1153.30103.39203.

图2-1MOSFET实验电路

(2)跨导gFS测试

双极型晶体管(GTR)通常用hFE(β)表示其增益，功率MOSFET器件以跨导gFS表示其增益。跨导的定义为漏极电流的小变化量与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS=ΔID／ΔVGS。

典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和VDS=15V下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。

根据表2-1的测量数值，计算gFS=0.003Ω。(3)转移特性ID=f(Vsd)

栅源电压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。根据表2-1的测量数值，绘出转移特性曲线如下。MOSFET转移特性25漏极电流Id/mA201*105000.511.522.5栅源电压Ugs/V33.54

转移特性曲线

(4)导通电阻RDS测试

导通电阻定义为RDS=VDS／ID

将电压表接至MOS管的“25”与“23”两端，测量VDS，其余接线同上。改变VGS从小到大读取ID与对应的漏源电压VDS，测量7组数值，填入表2-2。

表2-2ID(mA)VDS(V)0.114.850.414.850.714.83114.81514.731014.60201*.35

(5)ID＝f(VSD)测试

ID＝f(VSD)系指VGS=0时的VDS特性，它是指通过额定电流时，并联寄生二极管的正向压降。

A．在主回路的“3”端与MOS管的“23”端之间串入直流毫安表，主回路的“4”端与MOS管的“25”端相连，在MOS管的“23”与“25”之间接入电压表，将RP右旋转，读取一组ID与VSD的值填入表2-3。

表2-3ID(mA)VSD(V)0.10.450.40.490.70.5110.5250.56100.58200.61

B．将主回路的“3”端与MOS管的“23”端断开，在主同路“1”端与MOS管的“23”端之间串入直流安培表，读取VSD的值。VSD=0.86V。

C．将“1”端与“23”端断开，在主回路“2”端与“23”端之间串入安培表，读取VSD

的值。VSD=0.89V。

记录开门时间ton（输入波形开始下降到输出波形上升到最大值的90%）；关门时间toff（输入波形开始上升到输出波形下降到最大值的10%）

ton=920ns，toff=110.0ns

记录延时时间toff1280ns（输入波形开始上升到输出波形也开始上升的时间）

实验二直流斩波电路的性能研究

一．实验目的

熟悉降压斩波电路(BuckChopper)和升压斩波电路(BoostChopper)的工作原理，掌握这两种基本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．降压斩波电路的波形观察及电压测试。3．升压斩波电路的波形观察及电压测试。

三．实验设备及仪器

1．电力电子教学实验台主控制屏。2．MCL-16组件。

3．MEL-03电阻箱(900／0.41A)或其它可调电阻盘。4．万用表。5．双踪示波器

6．2A直流安培表(MCL-Ⅱ2A直流毫安表为数字式仪表，MCL-Ⅲ2A直流安培表为指针式仪表，其他型号可能为MEL-06)。

四．实验方法

1．SG3525的调试。原理框图见图2-4。将扭子开关S1打向“直流斩波”侧，S2电源开关打向“ON”，将“3”端和“4”端用导线短接，用示波器观察“1”端和左侧地之间的输出电压波形应为锯齿波，并记录其波形的频率和幅值。

f=27.40kHz，幅值为3.30V

扭子开关S2扳向

图2-4PWM波形发生“OFF”，用导线分别连

接“5”、“6”、“9”，

再将S2扳向“ON”，用示波器观察“5”端波形，并记录其波形、频率、幅度。调节“脉冲宽度调节”电位器，记录其最大占空比和最小占空比。

Dmax=77.7%，Dmin=9.5%，波形为方波，f=27.86kHz，幅度为14.0V2．实验接线图见图2-5。

(1)将“主电源2”的“2”端和“直流斩波电路”的“2”端相连，将“PWM波形发生”的“7”、“8”端分别和直流斩波电路VT1的G1、S1端相连，“直流斩波电路”的“4”、“5”端串联MEL-03电阻箱(将两组900Ω／0.4lA的电阻并联起来，逆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)。

图2-5直流斩波电路

(2)检查接线正确后，接通控制电路的电源（“PWM波形发生”中的S2。注意：必须先接通控制电路电源），再将“直流斩波电路”的“1”端和“主电源”的“1”端相连。改变脉冲占空比，每改变一次，分别观察输出电压uO波形，记录PWM信号占空比D，ui、uO的平均值Ui和UO。

占空比D31.8%50.3%70.4%Ui(V)16.8616.8916.91Uo(V)5.408.5212.06

(3)改变负载R的值使负载电流为0.25A，重复上述(2)的内容。

占空比D30.7%50.3%70.4%Ui(V)17.0917.1016.91Uo(V)4.577.9911.42

(4)切断主电路电源，断开“主电路2”和“降压斩波电路”的连接，断开“PWM波形发生”与VTl的连接，分别将“直流斩波电路”的“7”和“主电路2”的“2”端相连，将VT2的G2、S2分别接至“PWM波形发生”的“7”和“8”端，直流斩波电路的“10”、“11”端，分别串联MEL-03电阻箱(两组分别并联，然后串联在一起顺时针旋转调至阻值最大约900Ω)和直流安培表(将量程切换到2A挡)。

检查接线正确后，先接通控制电路的电源，再主接通主电路电源。改变脉冲占空比D，每改变一次，分别观察输出电压uO波形，记录PWM信号占空比D，ui、uO的平均值Ui和UO。

占空比D30.9%50.0%70.1%Ui(V)17.317.2117.20Uo(V)24.634.256.5

(5)改变负载R的值，使负载电流为0.3A，重复上述(4)的内容。占空比D30.9%50.0%70.5%Ui(V)17.217.216.9Uo(V)23.131.648.8

(6)实验完成后，断开主电路电源，拆除所有导线。

五．注意事项

(1)“主电路电源2”的实验输出电压为15V，输出电流为1A，当改变负载电路时，注意R值不可过小，否则电流太大，有可能烧毁电源内部的熔断丝。

(2)实验过程当中先加控制信号，后加“主电路电源2”。

(3)做升压实验时，注意“PWM波形发生器”的“S1”一定要打在“直流斩波”，如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2”内部的熔断丝。

六．实验小结

PWM波形发生的原理：冲量相等而形状不同的加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，也可称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的原理。

实验三单相交直交变频电路的性能研究

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在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

二．实验内容

1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。

三．实验设备及仪器

1．电力电子及电气传动主控制屏。2．MCL-16组件。

3．电阻、电感元件(MEL-03、700mH电感)。4．双踪示波器。5．万用表。

四．实验原理

图3-1单相交直交变频电路的主电路

单相交直交变频电路的主电路如图3-1所示。

本实验中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。逆变电路中功率器件采用600V8A的IGBT单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET和IGBT专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图3-2所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制VT1、VT4和VT2、VT3两对IGBT。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz。

五．实验方法

1．SPWM波形的观察

图3-2SPWM波形发生

（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是23Hz～101Hz

（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：Uc：19.23kHz，U2：98.62Hz

（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，可得相位相差π，“3”端和“4”端为反相关系。

（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为2.960μs

2．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，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得出如下数据：

VT1=1.41V,VT2=15.1V,互锁延迟时间为5.4μsVT3=1.4V,VT4=14.8V，互锁延迟时间为6μs3．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）和交流安培表（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）。此时，幅值为15.5V，频率为57.64Hz。

4．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、幅值和频率如下表3-1。

表3-1负载电压波形、幅值和频率波形幅值频率15.1V30.44Hz15.8V63.90Hz16.7V90.50Hz

六．注意事项

1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。

2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。

七．实验小结

1．实验电路中的PWM控制是采用异步调制，因为实验中我们调节的是正弦波的频率而保持三角波的频率不变。2．为使输出波形尽可能的接近正弦波，可以采取将正弦波的频率调节的较低。

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