西华大学：《电力电子学》章程教学实验指导书（共四个实验）

大字 《电力电子学》 实验指导书 UNIV 埊 适用专业:电气工程及其自动化 课程代码:150806099 实验课时 8课时 编写单位:电气与电子傖息学院 编写人:电力电子学课程小组

《电力电子学》 实验指导书 适用专业:电气工程及其自动化 课程代码: 150806099 实验课时: 8 课时 编写单位: 电气与电子信息学院 编 写 人:电力电子学课程小组

《电力电子学》实验指导书 目录 实验 (实验代码1)…锯齿波同步移相触发电路实验…… 实验二(实验代码2)…三相桥式全控整流电路实验 实验三(实验代码3)…实验直流斩波电路的性能研究实验… 实验四 (实验代码4)…单相交流调压电路 12 主要参考文献 …15 附录 电力电子学实验装置使用说明

《电力电子学》实验指导书 I 目 录 实验一 （实验代码 1）„锯齿波同步移相触发电路实验„„„„„„„„„„„„„1 实验二 (实验代码 2 )„三相桥式全控整流电路实验„„„„„„„„„„„„„„„4 实验三 （实验代码 3）„实验直流斩波电路的性能研究实验„„„„„„„„„„„„„„„7 实 验 四 （实验代码 4 ） „ 单 相 交 流 调 压 电 路 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ 1 2 主要参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 附录一 电力电子学实验装置使用说明„„„„ „„„„„„„„„„„„„„„1 6

《电力电子学》实验指导书 实验一锯齿波同步移相触发电路实验 实验目的和任务 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。 实验内容 1、锯齿波同步移相触发电路的调试: 、锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析 三、实验仪器、设备及材料 1、Dz01电源控制屏(该控制屏包含“三相电源输出”等模块) 2、DJK03晶闸管触发电路实验(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 四、实验原理 锯齿波同步移相触发电路的原理图如图1.1所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形 成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成,其工作原理可参考§1.4.4及《电力电子技术》教材 中有关锯齿波同步移相触发电路的内容(第2章P90~93) +15V R7 C3 96TP6 TPIe D3 VD2 Y3 V6 VDN AC7VCI R2 图1.1锯齿波同步移相触发电路的原理图 主要技术重点、难点 调节触发脉冲的移相范围 2、各点波形的测量; 3、电源的连接及设备的安全 六、实验步骤 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

《电力电子学》实验指导书 1 实验一 锯齿波同步移相触发电路实验 一、实验目的和任务 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。 三、 实验仪器、设备及材料 1、DZ01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块） 2、DJK03 晶闸管触发电路实验（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。 四、实验原理 锯齿波同步移相触发电路的原理图如图1.1所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形 成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参考§1.4.4及《电力电子技术》教材 中有关锯齿波同步移相触发电路的内容（第2章P90～93）。 图1.1 锯齿波同步移相触发电路的原理图 五、主要技术重点、难点 1、调节触发脉冲的移相范围； 2、各点波形的测量； 3、电源的连接及设备的安全。 六、实验步骤 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

《电力电子学》实验指导书 (1)将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V(不能打 到“交流调速”侧工作,因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V±10%,而“交流调速”侧输出 的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围,挂件的使用寿命将减少,甚至会导致挂件 的损坏。),用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端,按下“启动”按钮,打 开DJK03电源开关,这时挂件中所有的触发电路都开始工作,用双踪示波器观察锯齿波同步触发电 路各观察孔的电压波形 ①同时观察同步电压和“1”点的电压波形,了解“1”点波形形成的原因 ②观察“1”、“2”点的电压波形,了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系 ③调节电位器RP1,观测“2”点锯齿波斜率的变化 ④观察“3”~“6”点电压波形和输出电压的波形,记下各波形的幅值与宽度,并比较“3 点电压U3和“6”点电压UB的对应关系。 (2)调节触发脉冲的移相范围 将控制电压U调至零(将电位器RP2顺时针旋到底),用示波器观察同步电压信号和“6”点Ue的波形 调节偏移电压U(即调RP3电位器),使α=170°,其波形如图1.2所示。 图12锯齿波同步移相触发电路 (3)调节Ua(即电位器RP2)使α=60°,观察并记录U1~U及输出“G、K”脉冲电压的波形, 标出其幅值与宽度,并记录在表1.1中(可在示波器上直接读出,读数时应将示波器的“VDⅣ”和 “tDⅣ”微调旋钮旋到校准位置)。 表1.1U~U6的幅值和宽度 Wh2u齿tk 值(v 宽度(m 实验报告要求 1、整理、描绘实验中记录的各点波形,并标出其幅值和宽度 2、总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法,如果要求在Uφ=0的条件下,使α=90° 如何调整? 3、讨论、分析实验中出现的各种现象 八、实验注意事项 1、双踪示波器有两个探头,可同时观测两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所 以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上,否则这两点会通过示波器外壳发生电 气短路。为此,为了保证测量的顺利进行,可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路 的地线,这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时,必须在被测电路上找到这两个信 号的公共点,将探头的地线接于此处,探头各接至被测信号,只有这样才能在示波器上同时观察到两个 信号,而不发生意外

《电力电子学》实验指导书 2 （1）将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打 到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V±10%，而“交流调速”侧输出 的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件 的损坏。），用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打 开DJK03电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电 路各观察孔的电压波形。 ①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。 ②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。 ③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。 ④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3” 点电压U3 和“6”点电压U6 的对应关系。 (2)调节触发脉冲的移相范围 将控制电压Uct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“6”点U6的波形， 调节偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α =170°，其波形如图1.2所示。 图1.2 锯齿波同步移相触发电路 (3)调节Uct（即电位器RP2）使α =60°，观察并记录U1～U6及输出 “G、K”脉冲电压的波形， 标出其幅值与宽度，并记录在表1.1中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和 “t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。 表 1.1 U1～U6 的幅值和宽度 七、实验报告要求 1、整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度； 2、总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=0的条件下，使α =90°， 如何调整? 3、讨论、分析实验中出现的各种现象。 八、实验注意事项 1、双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所 以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电 气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路 的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信 号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个 信号，而不发生意外；

《电力电子学》实验指导书 2、由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响,故观察输出脉冲电压波形时,需将输岀端“G” 和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极(或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端, 来模拟晶闸管门极与阴极的阻值),否则无法观察到正确的脉冲波形 九、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脉冲移相范围与哪些参数有关?

《电力电子学》实验指导书 3 2、由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G” 和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约 100Ω 左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端， 来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。 九、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脉冲移相范围与哪些参数有关？

《电力电子学》实验指导书 实验二、三相桥式全控整流电路实验 实验目的和任务 1、加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理; 2、了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。 、实验内容 1、三相桥式整流电路; 2、在整流状态下,当触发电路出现故障(人为模拟)时观测主电路的各点波形。 实验仪器、设备及材料 1、Dz01电源控制屏(该控制屏包含“三相电源输出”等模块) 2、DJKo2三相变流桥电路(该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块) 3、DJK06给定、负载及吸收电路(该挂件包含“二极管”以及“开关”) 4、D31直流数字电压、毫安、安培表 5、双踪示波器 四、实验原理 实验线路如图2.1所示。主电路由三相全控整流电路组成,触发电路为DJKO2中的集成触发电路, 由KC04、KC4、KC42等集成芯片组成,可输出经高频调制后的双窄脉冲链。图2.4中的R用DK04滑线 变阻器,接成并联形式;电感Ld在DJK02面板上,选用700mH,直流电压、电流表由DJK02获得。 ④A 相 电 触发囗正桥 电路∏功放E3 UIf 图21三相桥式全控整流电路实验原理图

《电力电子学》实验指导书 4 实验二、三相桥式全控整流电路实验 一、实验目的和任务 1、加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理； 2、了解 KC 系列集成触发器的调整方法和各点的波形。 二、实验内容 1、三相桥式整流电路； 2、在整流状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观测主电路的各点波形。 三、实验仪器、设备及材料 1、DZ01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块） 2、DJK02 三相变流桥电路（该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块） 3、DJK06 给定、负载及吸收电路（该挂件包含“二极管”以及“开关”） 4、D31 直流数字电压、毫安、安培表 5、双踪示波器 四、实验原理 实验线路如图2.1所示。主电路由三相全控整流电路组成，触发电路为DJK02中的集成触发电路， 由KC04、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。图2.4中的R用DK04滑线 变阻器，接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。 图2.1 三相桥式全控整流电路实验原理图

《电力电子学》实验指导书 五、主要技术重点、难点 1、调节触发脉冲的移相范围 2、ua的波形的测量 3、电源的连接及设备的安全 六、实验步骤 1、DJK02上的“触发电路”调试 (1)打开DJK0总电源开关,操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关,观察输入的 三相电网电压是否平衡。 (2)将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 (3)打开DJK02电源开关,拨动“触发脉冲指示”钮子开关,使“窄”的发光管亮 (4)观察A、B、C三相的锯齿波,并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器(在各观测孔 左侧),使三相锯齿波斜率尽可能一致。 (5)将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DK02上的移相控制电压Ut相连,将给定开关S2 拨到接地位置(即Uc=0时),调节DJK02上的偏移电压电位器,用双踪示波器观察A相锯齿波和“双 脉冲观察孔”VTl的输出波形,使α=150°,如图22所示。 ot 图22触发脉冲与锯齿的相位关系 (6)适当增加给定Ug的正电压输出,观测DJK02上“触发脉冲观察孔”的波形,此时应观测 到双窄脉冲。 (⑦)将DJK02面板上的Uf端接地,将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”,观察正桥ⅤTl~VT6 晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常 2、三相桥式全控整流电路 按图2.1接线,将DK06上的“给定”输出调到零(逆时针旋到底),使滑线变阻器放在最大 阻值处,按下“启动”按钮,调节给定电位器,增加移相电压,使a角在30-1509范围内调节,同时, 根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流L保持在0.6A左右(注意L不得超过0.65A)。用示波 器观察并记录α=30°、60°、90°时的整流电压U和晶闸管两端电压Ut的波形,并记录相应的U数 值于表21中 表21三相桥式全控整流电路的数量关系 U记录值) U计算值)

《电力电子学》实验指导书 5 五、主要技术重点、难点 1、调节触发脉冲的移相范围； 2、ud的波形的测量； 3、电源的连接及设备的安全。 六、实验步骤 1、DJK02上的“触发电路”调试 （1）打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的 三相电网电压是否平衡。 （2）将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 （3）打开DJK02电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。 （4）观察 A、B、C 三相的锯齿波，并调节 A、B、C 三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔 左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。 （5）将 DJK06 上的“给定”输出 Ug 直接与 DJK02 上的移相控制电压 Uct 相连，将给定开关 S2 拨到接地位置（即 Uct=0 时），调节 DJK02 上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察 A 相锯齿波和“双 脉冲观察孔”VT1 的输出波形，使α =1500，如图 2.2 所示。 图 2.2 触发脉冲与锯齿的相位关系 （6）适当增加给定 Ug 的正电压输出，观测 DJK02 上“触发脉冲观察孔”的波形，此时应观测 到双窄脉冲。 （7）将 DJK02 面板上的 Ulf 端接地，将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥 VT1~VT6 晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。 2、三相桥式全控整流电路 按图 2.1 接线，将 DJK06 上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使滑线变阻器放在最大 阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使α 角在 300 ~1500 范围内调节，同时， 根据需要不断调整负载电阻 R，使得负载电流 Id 保持在 0.6A 左右（注意 Id 不得超过 0.65A）。用示波 器观察并记录α =300、600、900 时的整流电压 Ud 和晶闸管两端电压 Uvt 的波形，并记录相应的 Ud 数 值于表 2.1 中。 表 2.1 三相桥式全控整流电路的数量关系 α 300 600 900 U2 Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值)

《电力电子学》实验指导书 计算公式: Ud=2. 340,cosa U=2342[+cos(a+/3) (60°120°) (2-2) 七、实验报告要求 1、画出电路的移相特性Ud=f(a)。 画出触发电路的传输特性α 3、画出α=30°、60°、90 、150°时的整流电压Ua和晶闸管两端电压UM的波形。 八、实验注意事项 1、为了防止过流,启动时将负载电阻R调至最大阻值位置 2、有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了,这是因为A、C两相的相位接反了,这对 整流状态无影响,用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调,就能保证有足够的移相范围 3、为避免晶闸管意外损坏,实验时要注意以下几点: (1)、在主电路未接通时,首先要调试触发电路,只有触发电路工作正常后,才可以接通主电 (2)、在接通主电路前,必须先将控制电压U调到零,且将负载电阻调到最大阻值处;接通主 电路后,才可逐渐加大控制电压Ua,避免过流。 (3)、要选择合适的负载电阻和电感,避免过流。在无法确定的情况下,应尽可能选用大的电 阻值 5、由于晶闸管持续工作时,需要有一定的维持电流,故要使晶闸管主电路可靠工作,其通过的电 流不能太小,否则可能会造成晶闸管时断时续,工作不可靠。在本实验装置中,要保证晶闸管正常工作 负载电流必须大于50mA以上。 6、在实验中要注意同步电压与触发相位的关系,例如在单结晶体管触发电路中,触发脉冲产生的 位置是在同步电压的上半周,而在锯齿波触发电路中,触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周,所 以在主电路接线时应充分考虑到这个问题,否则实验就无法顺利完成 7、使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A,保证线性。 8、双踪示波器有两个探头,可同时观测两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所 以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上,否则这两点会通过示波器外壳发生电 气短路。为此,为了保证测量的顺利进行,可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路 的地线,这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时,必须在被测电路上找到这两个信 号的公共点,将探头的地线接于此处,探头各接至被测信号,只有这样才能在示波器上同时观察到两个 信号,而不发生意外。 九、思考题 1、如何解决主电路和触发电路的同步问题? 2、在本实验的整流时,对α角有什么要求?为什么?

《电力电子学》实验指导书 6 计算公式： Ud  2.34U2 cos （0~600） （2-1） 2.34 [1 cos( /3)] Ud  U2    （600 ~1200） （2-2） 七、实验报告要求 1、画出电路的移相特性Ud =f(α )。 2、画出触发电路的传输特性α =f(Uct)； 3、画出α =30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压 Ud和晶闸管两端电压 UVT的波形。 八、实验注意事项 1、为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置； 2、有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为A、C两相的相位接反了，这对 整流状态无影响，用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围； 3、为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点： （1）、在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接通主电 路。 （2）、在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主 电路后，才可逐渐加大控制电压Uct，避免过流。 （3）、要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电 阻值。 5、由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电 流不能太小，否则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。在本实验装置中，要保证晶闸管正常工作， 负载电流必须大于50mA以上。 6、在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的 位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所 以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否则实验就无法顺利完成。 7、使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。 8、双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所 以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电 气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路 的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信 号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个 信号，而不发生意外。 九、思考题 1、如何解决主电路和触发电路的同步问题? 2、在本实验的整流时，对α 角有什么要求?为什么?

《电力电子学》实验指导书 实验三、直流斩波电路的性能研究实验 、实验目的和任务 1、熟悉直流斩波电路的工作原理 2、熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点 3、了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 实验内容 1、控制与驱动电路的测试 2、直流斩波电路的测试。 三、实验仪器、设备及材料 1、DJKo1电源控制屏(该控制屏包含“三相电源输出”等模块) 2、DJK09单相调压与可调负载 3、DJK20直流斩波电路 4、DJK06给定、负载及吸收电路 5、D31直流数字电压、毫安、安培表 6、双踪示波器 四、实验原理 1、主电路 ①、降压斩波电路( Buck Chopper) 降压斩波电路( Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.1所示。图中V为全控型器件,选用IGBT D为续流二极管。由图4.1b中V的栅极电压波形Ua可知,当V处于通态时,电源U向负载供电,Ub=U 当Ⅴ处于断态时,负载电流经二极管D续流,电压U近似为零,至一个周期T结束,再驱动V导通, 重复上一周期的过程。负载电压的平均值为 式中tc为V处于通态的时间,ter为V处于断态的时间,T为开关周期,a为导通占空比,简称 占空比或导通比(α=ta/T)。由此可知,输出到负载的电压平均值U最大为U,若减小占空比α,则 U随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。 + Uc 1毕RoU (a)电路图 (b)波形图 图4.1降压斩波电路的原理图及波形 ②、升压斩波电路( Boost Chopper) 升压斩波电路( Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4.2所示。电路也使用一个全控型器件V 由图4.2b中V的栅极电压波形U可知,当V处于通态时,电源U1向电感L充电,充电电流基本恒定

《电力电子学》实验指导书 7 实验三、直流斩波电路的性能研究实验 一、实验目的和任务 1、熟悉直流斩波电路的工作原理； 2、熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点； 3、了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 二、实验内容 1、控制与驱动电路的测试； 2、直流斩波电路的测试。 三、实验仪器、设备及材料 1、DJK01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块） 2、DJK09 单相调压与可调负载 3、DJK20 直流斩波电路 4、DJK06 给定、负载及吸收电路 5、D31 直流数字电压、毫安、安培表 6、双踪示波器 四、实验原理 1、主电路 ①、降压斩波电路(Buck Chopper) 降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。 D 为续流二极管。由图 4.1b 中 V 的栅极电压波形 UGE可知，当 V 处于通态时，电源 Ui向负载供电，UD=Ui。 当 V 处于断态时，负载电流经二极管 D 续流，电压 UD近似为零，至一个周期 T 结束，再驱动 V 导通， 重复上一周期的过程。负载电压的平均值为： 式中 ton为 V 处于通态的时间，toff为 V 处于断态的时间，T 为开关周期，α 为导通占空比，简称 占空比或导通比(α =ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值 UO最大为 Ui，若减小占空比α ，则 UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 V D L C Uo - + - + U E G C i R 1 UD 1 + - (a)电路图 (b)波形图 图 4.1 降压斩波电路的原理图及波形 ②、升压斩波电路(Boost Chopper) 升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图 4.2 所示。电路也使用一个全控型器件 V。 由图 4.2b 中 V 的栅极电压波形 UGE可知，当 V 处于通态时，电源 Ui向电感 L1充电，充电电流基本恒定 i i o n i o n off o n o U aU T t U t t t U     UGE UD t t t UO t on t off T Ui

《电力电子学》实验指导书 为I1,同时电容C1上的电压向负载供电,因C1值很大,基本保持输出电压U为恒值。设V处于通态的 时间为tm,此阶段电感L1上积蓄的能量为UIta。当V处于断态时U和L1共同向电容C1充电,并向 负载提供能量。设V处于断态的时间为tar,则在此期间电感L1释放的能量为(U-Ul)Ita。当电路工 作于稳态时,一个周期T内电感L积蓄的能量与释放的能量相等, Uil to=(Uo-ui) I toff ≈ Ui 上式中的T/t≥1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。 RIUOUO (a)电路图 (b)波形图 图4.2升压斩波电路的原理图及波形 ③、升降压斩波电路( Boost- Buck Chopper) 升降压斩波电路( Boost- Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.3所示。电路的基本工作原理 是:当可控开关Ⅴ处于通态时,电源U经V向电感L供电使其贮存能量,同时C1维持输出电压U基 本恒定并向负载供电。此后,V关断,电感L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正 与电源电压极性相反。输出电压为 l- 若改变导通比a,则输出电压可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压 当1/2<a<1时为升压。 R (a)电路图 (b)波形图 图4.3升降压斩波电路的原理图及波形 ④、Cuk斩波电路 Cuk斩波电路的原理图如图4.4所示。电路的基本工作原理是:当可控开关V处于通态时,U1-Lr-V l路和负载R—L2-C2V回路分别流过电流。当V处于断态时,U-L-C2-D回路和负载R-L2-D回

《电力电子学》实验指导书 8 为 I1,同时电容 C1上的电压向负载供电，因 C1值很大，基本保持输出电压 UO为恒值。设 V 处于通态的 时间为 ton，此阶段电感 L1上积蓄的能量为 UiI1ton。当 V 处于断态时 Ui和 L1共同向电容 C1充电，并向 负载提供能量。设 V 处于断态的时间为 toff，则在此期间电感 L1释放的能量为(UO-Ui) I1ton。当电路工 作于稳态时，一个周期 T 内电感 L1积蓄的能量与释放的能量相等，即： UiI1ton=(UO-Ui) I1toff 上式中的 T/toff≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 V D L C Uo - + - + E G C Ui 1 1 R I1 - UD + UGE UD t t t UO (a)电路图 (b)波形图 图 4.2 升压斩波电路的原理图及波形 ③、升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper) 升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图 4.3 所示。电路的基本工作原理 是：当可控开关 V 处于通态时，电源 Ui经 V 向电感 L1供电使其贮存能量，同时 C1维持输出电压 UO基 本恒定并向负载供电。此后，V 关断，电感 L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正， 与电源电压极性相反。输出电压为： 若改变导通比α ，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 0<α <1/2 时为降压， 当 1/2<α <1 时为升压。 V D L C - + U E G C i 1 1 Uo + - R UD - + UGE UD t t t UO （a）电路图 （b）波形图 图 4.3 升降压斩波电路的原理图及波形 ④、Cuk 斩波电路 Cuk 斩波电路的原理图如图 4.4 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V 处于通态时，Ui—L1—V 回路和负载 R—L2—C2—V 回路分别流过电流。当 V 处于断态时，Ui—L1—C2—D 回路和负载 R—L2—D 回 i off i off o n off o U t T U t t t U    i i o n o n i off o n o U a a U T t t U t t U      1