电力电子技术与变频器应用 实验指导书 宋乐鹏刘显荣叶文李正中李鹏飞主编 重庆科技学院电子信息工程学院
电力电子技术与变频器应用 实验指导书 宋乐鹏 刘显荣 叶文 李正中 李鹏飞 主编 重庆科技学院电子信息工程学院
目录 第一章实验的基本要求和安全操作说明 1.1实验的特点和要求 .2实验前的准备 1.3实验实施 14实验总结 15实验安全操作规程 16实验装置电源控制屏操作说明 、三相电网电压指示 定时器兼报警记录仪 电源控制部分 四、三相主电路输出 五、励磁电源 六、面板仪表 35555557 第二章电力电子技术实验 2.1实验一锯齿波同步移相触发电路 实验目的 、实验所需挂件及附件 三、实验线路及原理 四、实验内容… 五、预习要求…… 六、思考题 七、实验方法 八、实验报告 77777899 九、注意事项 22实验二三相半波可控整流电路 、实验目的 、实验所需挂件及附件 、实验线路及原理 四、实验内容 12 五、预习要求 12 六、思考题 七、实验方法 八、实验报告 13 九、注意事项 23实验三三相桥式相控整流及有源逆变电路 、实验目的 实验所需挂件及附件 实验线路及原理 四、实验内容 16 五、预习要求 六、思考题 17
1 目 录 第一章 实验的基本要求和安全操作说明.............................................................................. 1 1.1 实验的特点和要求...................................................................................................... 1 1.2 实验前的准备.............................................................................................................. 1 1.3 实验实施...................................................................................................................... 1 1.4 实验总结...................................................................................................................... 2 1.5 实验安全操作规程...................................................................................................... 3 1.6 实验装置电源控制屏操作说明.................................................................................. 3 一、三相电网电压指示.............................................................................................. 5 二、定时器兼报警记录仪.......................................................................................... 5 三、电源控制部分...................................................................................................... 5 四、三相主电路输出..................................................................................................5 五、励磁电源.............................................................................................................. 5 六、面板仪表.............................................................................................................. 5 第二章 电力电子技术实验...................................................................................................... 7 2.1 实验一 锯齿波同步移相触发电路.......................................................................... 7 一、实验目的.............................................................................................................. 7 二、实验所需挂件及附件.......................................................................................... 7 三、实验线路及原理..................................................................................................7 四、实验内容.............................................................................................................. 7 五、预习要求.............................................................................................................. 7 六、思考题.................................................................................................................. 7 七、实验方法.............................................................................................................. 8 八、实验报告.............................................................................................................. 9 九、注意事项.............................................................................................................. 9 2.2 实验二 三相半波可控整流电路............................................................................ 11 一、实验目的............................................................................................................ 11 二、实验所需挂件及附件........................................................................................ 11 三、实验线路及原理................................................................................................ 11 四、实验内容............................................................................................................ 12 五、预习要求............................................................................................................ 12 六、思考题................................................................................................................ 12 七、实验方法............................................................................................................ 12 八、实验报告............................................................................................................ 13 九、注意事项............................................................................................................ 13 2.3 实验三 三相桥式相控整流及有源逆变电路...................................................... 15 一、实验目的............................................................................................................ 15 二、实验所需挂件及附件........................................................................................ 15 三、实验线路及原理................................................................................................ 15 四、实验内容............................................................................................................ 16 五、预习要求............................................................................................................ 17 六、思考题................................................................................................................ 17
七、实验方法 八、实验报告 九、注意事项 24实验四直流斩波电路的性能研究 实验目的 、实验所需挂件及附件 20 、实验线路及原理 20 四、实验内容 五、预习要求 六、思考题 七、实验方法… 22 八、实验报告… 九、注意事项……… 24
2 七、实验方法............................................................................................................ 17 八、实验报告............................................................................................................ 19 九、注意事项............................................................................................................ 19 2.4 实验四 直流斩波电路的性能研究........................................................................ 20 一、实验目的............................................................................................................ 20 二、实验所需挂件及附件........................................................................................ 20 三、实验线路及原理................................................................................................ 20 四、实验内容............................................................................................................ 22 五、预习要求............................................................................................................ 22 六、思考题................................................................................................................ 22 七、实验方法............................................................................................................ 22 八、实验报告............................................................................................................ 24 九、注意事项............................................................................................................ 24
第一章实验的基本要求和安全操作说明 《电力电子技术》是电气工程及其自动化、自动化等专业的三大电子技术基础课程 之一,实验环节是这些课程的重要组成部分。通过实验,可以加深对理论的理解,培养 和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。 11实验的特点和要求 电力电子技术实验的内容较多、较新,实验系统也比较复杂,系统性较强。学生在 实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题,提高动手 能力:同时通过实验来验证理论,促使理论和实践相结合,使认识不断提高、深化。具 体地说,学生在完成指定的实验后,应具备以下能力: 1、掌握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法,能初步设 计和应用这些电路。 2、熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能及使用方法, 3、能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理,解决实验中遇到的问题。 4、能够综合实验数据,解释实验现象,编写实验报告。 12实验前的准备 实验准备是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习,从而 提高实验质量和效率,否则就有可能在实验时不知如何下手,浪费时间,完不成实验要 求,甚至有可能损坏实验装置。因此,实验前应做到: 1、预习教材中与实验有关的内容,熟悉与本次实验相关的理论知识。 2、阅读实验指导,了解本次实验的目的和内容;掌握本次实验系统的工作原理和 方法;明确实验过程中应注意的问题。 3、写出预习报告,其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格 等。进入实验室后,将实验预习报告放在实验台上供指导教师检查,没有预习报告,不 准进行实验 4、进行实验分组,一般情况下,实验分组为每组2~3人。 13实验实施 在完成理论学习、实验预习等环节后,就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下 几点:
1 第一章 实验的基本要求和安全操作说明 《电力电子技术》是电气工程及其自动化、自动化等专业的三大电子技术基础课程 之一，实验环节是这些课程的重要组成部分。通过实验，可以加深对理论的理解，培养 和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。 1.1 实验的特点和要求 电力电子技术实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。学生在 实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手 能力；同时通过实验来验证理论，促使理论和实践相结合，使认识不断提高、深化。具 体地说，学生在完成指定的实验后，应具备以下能力： 1、掌握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步设 计和应用这些电路。 2、熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能及使用方法。 3、能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题。 4、能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。 1.2 实验前的准备 实验准备是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习，从而 提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验要 求，甚至有可能损坏实验装置。因此，实验前应做到： 1、预习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。 2、阅读实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验系统的工作原理和 方法；明确实验过程中应注意的问题。 3、写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格 等。进入实验室后，将实验预习报告放在实验台上供指导教师检查，没有预习报告，不 准进行实验。 4、进行实验分组，一般情况下，实验分组为每组 2～3 人。 1.3 实验实施 在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下 几点：
1、实验开始前,指导教师要对学生的预习报告作检查,要求学生了解本次实验的 目的、内容和方法,只有满足此要求后,方能允许实验 2、指导教师对实验装置作介绍,要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器, 明确这些设备的功能与使用方法 3、按实验小组进行实验,实验小组成员应进行明确的分工,以保证实验操作协调, 记录数据准确可靠,各人的任务应在实验进行中实行轮换,以便能全面掌握实验技术, 提高动手能力。 4、按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线,一般情况下,接线次序为先主 电路,后控制电路;先串联,后并联。也可由2人同时进行主电路和控制电路的接线 5、完成实验系统接线后,必须进行自査。串联回路从电源的某一端出发,按回路 逐项检査各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确;并联支路则检査其两端的连接点 是否在指定的位置。距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接,不得用2根导线在 实验装置上的某接线端进行过渡连接。 6、通电以前,应先请教师对接线进行检查,在老师同意后方可通电。通电时,应 告知有关人员注意,避免触电。 7、实验时,应按实验教材所提出的要求及步骤,逐项进行实验和操作。系统启动 前,应使负载电阻值最大,给定电位器处于零位;测试记录点的分布应均匀;改接线路 时,必须断开主电源方可进行。实验中应观察实验现象是否正常,所得数据是否合理, 实验结果是否与理论相一致。 完成本次实验全部内容后,应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导 教师认可后方可拆除接线,整理好连接线、仪器、工具,使之物归原位。 14实验总结 实验的最后阶段是实验总结,即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验 现象、撰写实验报告。每位实验参与者都要独立完成一份实验报告,实验报告的编写应 持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时,不得随意修改实 验数据和结果,不得用凑数据的方法来向理论靠拢,而是应用理论知识来分析实验数据 和结果,解释实验现象,找出引起较大误差的原因。 实验报告的一般格式如下: 1、实验名称、专业、班级、实验学生姓名、同组者姓名和实验时间。 2、实验目的、实验线路、实验内容 3、实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。 4、实验数据的整理、列表、计算,并列出计算所用的计算公式。 5、画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形
2 1、实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的 目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。 2、指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器， 明确这些设备的功能与使用方法。 3、按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，以保证实验操作协调， 记录数据准确可靠，各人的任务应在实验进行中实行轮换，以便能全面掌握实验技术， 提高动手能力。 4、按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况下，接线次序为先主 电路，后控制电路；先串联，后并联。也可由 2 人同时进行主电路和控制电路的接线。 5、完成实验系统接线后，必须进行自查。串联回路从电源的某一端出发，按回路 逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确;并联支路则检查其两端的连接点 是否在指定的位置。距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用 2 根导线在 实验装置上的某接线端进行过渡连接。 6、通电以前，应先请教师对接线进行检查，在老师同意后方可通电。通电时，应 告知有关人员注意，避免触电。 7、实验时，应按实验教材所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。系统启动 前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位；测试记录点的分布应均匀；改接线路 时，必须断开主电源方可进行。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理， 实验结果是否与理论相一致。 8、完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导 教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。 1.4 实验总结 实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验 现象、撰写实验报告。每位实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应 持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实 验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而是应用理论知识来分析实验数据 和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。 实验报告的一般格式如下： 1、实验名称、专业、班级、实验学生姓名、同组者姓名和实验时间。 2、实验目的、实验线路、实验内容。 3、实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。 4、实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。 5、画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形
6、用理论知识对实验结果进行分析总结,得出明确的结论。 7、对实验中出现的某些现象、遇到的问题进行分析、讨论,写出心得 体会,并对实验提出自己的建议和改进措施 8、实验报告应写在一定规格的报告纸上,保持整洁。 9、每次实验每人独立完成一份报告,按时送交指导教师批阅。 15实验安全操作规程 为了顺利完成电力电子技术实验,确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守 如下安全操作规程 在实验过程时,绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端 将人体作为负载使用。 2、为了提高学生的安全用电常识,任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进 行 3、为了提高实验过程中的效率,学生独立完成接线或改接线路后,应仔细再次核 对线路,并使组内其他同学引起注意后方可接通电源 4、如果在实验过程中发生过流告警,应仔细检查线路以及电位器的调节参数,确 定无误后方能重新进行实验 5、在实验中应注意所接仪表的最大量程,选择合适的负载完成实验,以免损坏仪 表、电源或负载。 6、电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号不得私自改变其规格和型号,否 则可能会引起不可预料的后果 7、系统起动前负载电阻必须放在最大阻值,给定电位器必须退回至零位后,才允 许合闸起动并慢慢增加给定,以免元件和设备过载损坏。 8、在直流电机启动时,要先开励磁电源,后加电枢电压。在完成实验时,要先关 电枢电压,再关励磁电源。 1.6实验装置电源控制屏操作说明 DJDK-型实验装置采用挂件结构,可根据不同实验内容进行自由组合,结构紧凑 使用方便、功能齐全、综合性能好,能完成《电力电子技术》课程所开设的主要实验 其外形如图1.1所示。 电源控制屏如图1.2所示,它主要为实验提供各种电源,如三相交流电源、直流励 磁电源等;同时为实验提供所需的仪表,如直流电压、电流表,交流电压、电流表。屏 上还设有定时器兼报警记录仪,供教师考核学生实验之用:在控制屏正面的大凹槽内, 设有两根不锈钢管,可挂置实验所需挂件,凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插
3 6、用理论知识对实验结果进行分析总结，得出明确的结论。 7、对实验中出现的某些现象、遇到的问题进行分析、讨论，写出心得 体会，并对实验提出自己的建议和改进措施。 8、实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。 9、每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。 1.5 实验安全操作规程 为了顺利完成电力电子技术实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守 如下安全操作规程： 1、在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端， 将人体作为负载使用。 2、为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进 行。 3、为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核 对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。 4、如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确 定无误后方能重新进行实验。 5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪 表、电源或负载。 6、电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号不得私自改变其规格和型号，否 则可能会引起不可预料的后果。 7、系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允 许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。 8、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。在完成实验时，要先关 电枢电压，再关励磁电源。 1.6 实验装置电源控制屏操作说明 DJDK-1型实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，结构紧凑、 使用方便、功能齐全、综合性能好，能完成《电力电子技术》课程所开设的主要实验， 其外形如图1.1所示。 电源控制屏如图 1.2 所示，它主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励 磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏 上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用；在控制屏正面的大凹槽内， 设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有 12 芯、10 芯、4 芯、3 芯等插
座,从这些插座提供有源挂件的电源;在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及 相四极380V电源插座,此外还设有供实验台照明用的40w日光灯。 .DDK-1型电力电,子。技,术及,电机,控,制实装置 图1.1控制实验装置外形图 0电湿控创鼻 浙江天强科拉实业有限公司 ③ 三电丙卷压 变电压衰 真有效值交流 三相电网 电压、电流表 电压指示 日光灯开关 菌菌囱菌囱鹵 电源 控制部分 电瀑总开 调速电源 定时意置仔记票假 选择开关 停止 三相主 定时器兼 电路输出 报警记录仪 主电是电罪翻 四事电是 一直电日 电衰 直流数字 凵直流数字 [ 电流表 电压表 励磁电源 图1.2主控制屏面板图
4 座，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极 220V 电源插座及三 相四极 380V 电源插座，此外还设有供实验台照明用的 40W 日光灯。 图 1.1 控制实验装置外形图 图1.2主控制屏面板图
、三相电网电压指示 三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况,操作交流电压 表下面的切换开关,观测三相电网各线间电压是否平衡。 二、定时器兼报警记录仪 平时作为时钟使用,具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能,它还可以自 动记录由于接线操作错误所导致的告警次数 电源控制部分 它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能,它由电源总开关、启动按钮及停止按 钮组成。当打开电源总开关时,红灯亮;当按下启动按钮后,红灯灭,绿灯亮,此时控 制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出 四、三相主电路输出 三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调 速电源选择开关”控制,当开关置于“直流调速”侧时,A、B、C输出线电压为200V 可完成电力电子实验以及直流调速实验:当开关置于“交流调速”侧时,A、B、C输出 线电压为240V,可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相附近装有 黄、绿、红发光二极管,用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感 器,电流互感器可测定主电源输出电流的大小,供电流反馈和过流保护使用,面板上的 TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。 五、励磁电源 在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”侧,则励磁电源输出为220V的直流 电压,并有发光二极管指示输出是否正常,励磁电源由0.5A熔丝做短路保护,由于励磁 电源的容量有限,仅作为直流电机提供励磁电流,故一般不能作为大电流的直流电源使 用 六、面板仪表 面板下部设置有±300V数字式直流电压表和±5A数字式直流电流表,精度为0.5级;
5 一、三相电网电压指示 三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况，操作交流电压 表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。 二、定时器兼报警记录仪 平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能，它还可以自 动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。 三、电源控制部分 它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按 钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控 制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出。 四、三相主电路输出 三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调 速电源选择开关”控制，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V， 可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出 线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相附近装有 黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感 器，电流互感器可测定主电源输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的 TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。 五、励磁电源 在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”侧，则励磁电源输出为220V的直流 电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护，由于励磁 电源的容量有限，仅作为直流电机提供励磁电流，故一般不能作为大电流的直流电源使 用。 六、面板仪表 面板下部设置有±300V 数字式直流电压表和±5A 数字式直流电流表，精度为 0.5 级；
面板上部设置有500V真有效值交流电压表和5A真有效值交流电流表,精度为0.5级
6 面板上部设置有 500V 真有效值交流电压表和 5A 真有效值交流电流表，精度为 0.5 级
第二章电力电子技术实验 2.1实验一锯齿波同步移相触发电路 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、掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。 二、实验所需挂件及附件 表2.1锯齿波同步移相触发电路实验所需挂件及附件 DJK0l电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块 DJK03-1晶闸管触发电路 该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块 双踪示波器 实验线路及原理 锯齿波同步移相触发电路由同步电压检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉 冲放大等环节组成,工作原理可参见教材中的相关内容 四、实验内容 1、锯齿波同步移相触发电路的调试。 2、锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。 五、预习要求 1、阅读教材中有关锯齿波同步移相触发电路的内容,弄清锯齿波同步移相触发电路 的工作原理。 2、掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。 六、思考题 1、锯齿波同步移相触发电路有哪些特点? 2、锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关?
7 第二章 电力电子技术实验 2.1 实验一 锯齿波同步移相触发电路 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、掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。 二、实验所需挂件及附件 表 2.1 锯齿波同步移相触发电路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 DJK03-1 晶闸管触发电路 该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。 3 双踪示波器 三、实验线路及原理 锯齿波同步移相触发电路由同步电压检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉 冲放大等环节组成，工作原理可参见教材中的相关内容。 四、实验内容 1、锯齿波同步移相触发电路的调试。 2、锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。 五、预习要求 1、阅读教材中有关锯齿波同步移相触发电路的内容，弄清锯齿波同步移相触发电路 的工作原理。 2、掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。 六、思考题 1、锯齿波同步移相触发电路有哪些特点？ 2、锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关？