电力电子实验指导
目录
第一章NMCL（II）电机电力电子及电气传动实验台介绍
第二章半控型器件实验
实验一锯齿波同步移相触发电路―――――――――――――――――――――7
实验二单相桥式全控整流电路――――――――――――――――――――――10 实验三单相桥式有源逆变电路――――――――――――――――――――――14 实验四三相桥式全控整流电路――――――――――――――――――――――17 实验五直流斩波电路――――――――――――――――――――――――――20
实验六单相交流调压电路实验――――――――――――――――――――――24 第三章现代电力电子技术实验
实验一直流斩波电路（buck-boost）研究――――――――――――――――――27 实验二单相正弦波逆变电源研究――――――――――――――――――――――31 实验三直流斩波电路性能研究―――――――――――――――――――――――36 实验四移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究――――――――――――――39 实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究―――――――――――――――――44
第一章NMCL（II）电机电力电子实验台介绍一、装置的特点：
（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，结构紧凑，使用方便灵活，并且可随着功能的扩展增加组件，能在一套装置上完成《电机与拖动基础》《电力电子学》，《自动控制系统》等课程的主要实验。
（2）装置布局合理，面板示意图明确，直观，可通过面板的示意查寻故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线，工具等，使实验更方便。
（3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。
（4）装置具有较完善的过流、过压、RC吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运行可靠性和抗干扰能力。
（5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。
二．技术参数
（1）输入电源：~380V 10% 50H Z±1H Z
（2）工作条件：环境温度：-5 ~ 400C
相对湿度：〈75%
海拔：〈1000m
（3）装置容量：〈1KV A
（4）电机容量：〈200W
（5）外形尺寸：长1600mm X宽700mm（长1300mm X宽700mm）
三．能开设的电力电子技术实验
半控型器件
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1．正弦波同步移相触发电路及单相半波可控整流电路
2．锯齿波同步移相触发电路
3．单相桥式半控整流电路
4．单相桥式全控整流电路
5．单相桥式有源逆变电路
6．三相半波可控整流电路
7．三相半波有源逆变电路
8．三相桥式半控整流电路
9．三相桥式全控整流电路
10．三相桥式有源逆变电路
11．直流斩波电路
全控型器件特性部分
1．功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量
2．功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究
3．绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究
4．电力晶体管（GTR）驱动电路的研究
5．电力晶体管（GTR）的特性研究
全控型器件典型线路部分
1．直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究
2．单相交直交变频电路的性能研究
3．半桥型开关稳压电源的性能研究
4．电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究
5．直流斩波电路（Buck-Boost变换器）的研究
6．采用自关断器件的单相交流调压实验
7．单相正弦波（SPWM）逆变电路实验
8．全桥DC/DC变换电路实验
9．整流电路的有源功率因数校正实验
10．软开关实验
本实验指导书根据大纲的要求和实际情况，编排了11个实验。学生完成了规定的4-6个实验后，其他实验可根据个人兴趣选做。
四、组件配置：
1)MEL-002 电源控制屏，配有电源总开关、三相可调交流电压源、三相交流线电
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压指示表。
2)MEL－0010 交直流仪表，配有数字交流电流表、电压表、功率与功率因数表、
直流电压、电流表，均为数字表。
3)NMCL－18 直流电机仪表、电源，配有励磁电流、电压数字表，励磁电源，电枢
电源（可调节）。
4)NMCL－36 锯齿波触发电路。配2路相差180度脉冲，每路可提供两个相同脉冲。
5)NMEL－19 同步电机励磁电源可调电流源，数字表显示。
6)NMCL－331 平波电抗器、阻容吸收器。
7)NMEL－24 变压器，单相、三相组式芯式变压器
8)NMEL－13 转矩转速测量与控制，配转速转矩数字显示及转矩加载调节功能。
9)NMCL-33 触发电路，Ⅰ组晶闸管，Ⅱ组晶闸管，一组三相二极管整流桥，电流
反馈环节。
10)NMEL－05B 旋转指示灯及开关
11)NMEL－09 电机起动箱、电枢调节电阻、绕线式异步电机起动电阻（0、2Ω、5
Ω、15Ω）
12)NMEL－03 三相可调电阻2×900Ω×3
13)NMEL－04 三相可调电阻2×90Ω×3
14)NMCL-17 软开关
15)NMCL-331A 速度变换器、给定、电流反馈N
16)MCL-22 现代电力电子电路和直流脉宽调速系统实验
五、配用其它设备：
1）电机导轨及测速发电机
直流电机M01：P N=100W，U N=200V
2）双踪示波器一台
3）万用表一块
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第二章半控型器件实验
实验一锯齿波同步移相触发电路实验一．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。
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。
三．实验线路及原理
锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。
四．实验设备及仪器
1．NMCL系列教学实验台主控制屏
2．NMEL—002
3．NMEL—36
4．双踪示波器
5．万用表
五．实验方法
1．将NMEL-36面板上左上角的同步电压输入接MCL—002的U、V端。
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 uv=220v，并打开MCL—36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。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U G1K1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．调节脉冲移相范围
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6 将NMEL —36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U 2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub （即调RP ），使α=180O ，其波形如图2-1所示。
调节NMEL —36的给定电位器RP1，增加Uct ，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，α=180O ，Uct=Umax 时，α=30O ，以满足移相范围α=30O ~180O 的要求。
4．调节Uct ，使α=60O ，观察并记录U 1~U 5及输出脉冲电压U G1K1，U G2K2的波形，并标出其幅值与宽度。
用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察U G1K1和U G3K3的波形，调节电位器RP3，使U G1K1和U G3K3间隔1800。
六．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=90O ，应如何调整？ 4．讨论分析其它实验现象。
图2-1 脉冲移相范围
七．注意事项
参见实验一的注意事项。
U U
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实验二单相桥式全控整流电路实验
一．实验目的
1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。
2．研究单相桥式全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。
3．熟悉NMEL—36锯齿波触发电路的工作。
二．实验线路及原理
参见图2-3。
三．实验内容
1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。
3．单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。
四．实验设备及仪器
1．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．NMCL—36锯齿波同步移相触发电路。
3．NMCL—33组件
4．NMEL—03三相可调电阻器。
5．NMCL-31A组件
5．双踪示波器
6．万用表
五．注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMEL－36挂箱，故MCL-33的内部脉冲需断开，以免造成误触发。
2．电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。
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3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。
4．NMEL－36面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不
可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移
相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。
5．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。
6．带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。
六．实验方法
1．将NMCL-36面板左上角的同步电压输入接MEL-002的U、V输出端。
2．断开MEL-002和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电
压U uv至220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。调节偏移电压电位器RP2，使α=90°。
断开主电源，连接MEL-02和MCL-33。
3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波
电抗器。合上主电路电源，调节U ct，求取在不同α角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压U d=f（t），晶闸管的端电压U VT=f（t）的波形，并记录相应α时的U ct、
U d和交流输入电压U2值。
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。
4．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。
断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压U ct时的输出电压U d=f（t），负载电流i d=f（t）以及晶闸管端电压U VT=f（t）波形并记录相应U ct时的U d、U2值。
注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负
载电流不能超过0.8A，U ct从零起调。
改变电感值（L=100mH），观察α=90°，U d=f（t）、i d=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加U ct使α前移时，若电流太大，可增加与L相串联的电阻加以限流。
5．单相桥式全控整流电路供电给反电势负载。
把开关S合向左侧，接入直流电动机，短接平波电抗器，短接负载电阻Rd。
（a）调节U ct，在α=90°时，观察U d=f（t），i d=f（t）以及U VT=f（t）。注意，交
流电压U UV须从0V起调，同时直流电动机必须先加励磁。
（b）直流电动机回路中串入平波电抗器（L=700mH），重复（a）的观察。
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七．实验报告
1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当α=60°，90°时的U d、U VT波形，并加以分析。
2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当α=90°时的U d、i d、U VT波形，并加以分析。
3．作出实验整流电路的输入—输出特性U d=f（U ct），触发电路特性U ct=f（α）及U d/U2=f（α）。
4．实验心得体会。
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实验三单相桥式有源逆变电路实验
一．实验目的
1．加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握有源逆变条件。
2．了解产生逆变颠覆现象的原因。
二．实验线路及原理
MCL—33的整流二极管VD1～VD6组成三相不控整流桥作为逆变桥的直流电源，逆变变压器采用MEL—02芯式变压器，回路中接入电感L及限流电阻R d。
具体线路参见图2-4。
三．实验内容
1．单相桥式有源逆变电路的波形观察。
2．有源逆变到整流过渡过程的观察。
3．逆变颠覆现象的观察。
四．实验设备及仪表
1．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．NMCL-31A组件。
3．NMCL—33组件
4．NMCL-36组件
5．NMEL—03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。
6．MEL—002三相交流可调电源变压器。
7．双踪示波器。
8．万用电表。
五．注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMEL－36挂箱，故MCL-33（或MCL-53，以下同）的内部触发脉冲需断开，以免造成误触发。
2．电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造
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成可控硅时断时续。
3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。
4．NMEL－36面板的锯齿波触发脉冲需导线连到MCL-33面板，应注意连线不可
接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相
范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。
5．逆变变压器采用MEL-02三相芯式变压器，原边为220V，中压绕组为110V，
低压绕组不用。
6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。
7．带反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁。
六．实验方法
1．将NMCL-36（或NMCL-36A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MEL-002的U、V输出端。
2．有源逆变实验
（a）将限流电阻RP调整至最大（约450Ω），先断开MEL-02和MCL-33的连接线，合上主电源，调节U uv=220V，用示波器观察锯齿波的“1”孔和“6”孔，调节偏移电位器RP2，使U ct=0时，β=10°，然后调节U ct，使β在30°附近。
（b）连接MEL-02和MCL-33，三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 uv=220V。用示波器观察逆变电路输出电压U d=f（t），晶闸管的端电压
U VT=f（t）波形，并记录U d和交流输入电压U2的数值。
注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同（c）采用同样方法，绘出β在分别等于60°、90°时，U d、U VT波形。
3．逆变到整流过程的观察
当β大于90°时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可
用示波器观察此变化过程。注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流，需要注意监视。
4．逆变颠覆的观察
当β=30°时，继续减小U ct，此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明
逆变颠覆。当关断NMCL-36面板的电源开关，使脉冲消失，此时，也将产生逆变颠覆。
七．实验报告
1．画出β=30°、60°、90°时，U d、U VT的波形。
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实验四三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一．实验目的
1．熟悉NMCL-31A, MCL-33组件。
2．熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。
3．了解集成触发器的调整方法及各点波形。
二．实验内容
1．三相桥式全控整流电路
2．三相桥式有源逆变电路
3．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。
三．实验线路及原理
实验线路如图2-5所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不
控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相
桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
四．实验设备及仪器
1．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．MEL-002组件。
3．MCL—33组件或
4．MEL-03可调电阻器
5．二踪示波器
6．万用表
五．实验方法
1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）打开NMCL-31A电源开关，给定电压有电压显示。
（2）用示波器观察MCL-33（或MCL-53，以下同）的双脉冲观察孔，应有间隔
均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉
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冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
（5）将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使α=150o。
2．三相桥式全控整流电路
按图接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大(450Ω)。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压U uv、U vw、U wu，从0V调至220V。
注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同调节Uct，使α在30o~90o范围内，用示波器观察记录α=30O、60O、90O时，整流电压u d=f（t），晶闸管两端电压u VT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
3．三相桥式有源逆变电路
断开电源开关后，将S拨向右边的不控整流桥，调节Uct，使α仍为150O左右。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压U uv、U vw、U wu，从0V调至220V合上电源开关。
调节Uct，观察α=90O、120O、150O时, 电路中u d、u VT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。
4．电路模拟故障现象观察。在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的u d波形。
说明：如果采用的组件为MCL—53或MCL—33（A），则触发电路是KJ004集成电路，具体应用可参考相关教材。
六．实验报告
1．画出电路的移相特性Ud=f(α)曲线
2．作出整流电路的输入—输出特性U d/U2=f（α）
3．画出三相桥式全控整流电路时，α角为30O、60O、90O时的u d、u VT波形
4．画出三相桥式有源逆变电路时，β角为150O、120O、90O时的u d、u VT波形5．简单分析模拟故障现象
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实验五直流斩波电路实验
一．实验目的
1．加深理解斩波器电路的工作原理
2．掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法。
3．熟悉斩波器各点的波形。
二．实验内容
1．触发电路调试
2．斩波器接电阻性负载。
3．斩波器接电阻—电感性负载。
三．实验线路与原理
本实验采用脉宽可调逆阻型斩波器。其中VT1为主晶闸管，当它导通后，电源电压就加在负载上。VT2为辅助晶闸管，由它控制输出电压的脉宽。C和L1为振荡电路，它们与VT2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。斩波器主电路如图4-14所示。接通电源时，C经VD1，负载充电至+Udo，VT1导通，电源加到负载上，过一段时间后VT2导通，C和L1产生振荡，C上电压由+Vdo变为-Vdo，C经VD1和VT1反向放电，使VT1、VT2关断。
从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽，从而达到调压的目的，VT1、VT2的脉冲间隔由触发电路决定。
四．实验设备及仪器
1．NMCL系列教学实验台主控制屏。
2．MEL-002组件。
3．MCL—33组件。
4．MCL—06组件
5．MEL—03三相可调电阻器
6．双踪示波器
7．万用表
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五．注意事项
1．斩波电路的直流电源由三相不控整流桥提供，整流桥的极性为下正上负，接至斩波电路时，极性不可接错。
2．实验时，每次合上主电源前，须把调压器退至零位，再缓慢提高电压。
3．实验时，若负载电流过大，容易造成逆变失败，所以调节负载电阻，电感时，需注意电流不可超过0.5A。
4．若逆变失败，需关断主电源，把调压器退至零位，再合上主电源。
5．实验时，先把NMCL-31A的给定调到0V，再根据需要调节。
六．实验方法
1．触发电路调试
打开MCL—06面板右下角的电源开关（或接人MCL—37低压电源）。
调节电位器RP，观察“2”端的锯齿波波形，锯齿波频率为100Hz左右。
调节“3”端比较电压（由NMCL-31A给定提供），观察“4”端方波能否由0.1T
连续调至0.9T（T为斩波器触发电路的周期）。
用示波器观察“5”、“6”端脉冲波形，是否符合相位关系。
用示波器观察输出脉冲波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度。
2．斩波器带电阻性负载
按图2-6实验线路连好斩波器主电路，接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，并将触发电路的输出G1、K1、G2、K2分别接至VT1、VT2
的门极和阴极。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏U、V、W输出电压至线电
压为110V。用示波器观察并记录触发电路“1”、“2”、“4”、“5”、“6”端及U G1K1、
U G2K2的波形，同时观察并记录输出电压u d=f（t），输出电流id=f（t），电容电压u c=f （t）及晶闸管两端电压u VT1=f（t）的波形，并注意各波形间的相位关系。
调节“3”端电压，观察在不同τ（即U G1K1和U G2K2脉冲的间隔时间）时u d的波形，并记录U d和τ数值，从而画出U d=f(τ/T)的关系曲线。其中τ/T为占空比。
注意负载电阻不可以太小，否则电流太大容易造成斩波失败。
3．斩波器带电阻，电感性负载
断开电源，将负载改接成电阻电感。然后重复电阻性负载时同样的实验步骤。
六．实验报告
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1．整理记录下的各波形，画出各种负载下U=f( /T)的关系曲线。
2．讨论分析实验中再现的各种现象。
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