电力电子技术实验讲义
电力电子技术实验讲义内蒙古大学电子信息工程学院自动化系
目录
实验一安全规程与实验规程 (1)
实验二单结晶体管触发电路实验 (6)
实验三单相桥式半控整流电路实验 (8)
实验四 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 (13)
实验五直流斩波电路的性能研究（六种典型线路） (16)
实验六三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 (23)
实验七单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验 (28)
实验八整流电路有源功率因数校正 (33)
实验一安全规程与实验规程
一、实验目的：
1、掌握安全规程及实验规程、安全用电知识、操作规范，以确保实验过程中的人身安全。
2、熟悉实验设备的主电路。
二、实验所需挂件及附件：
三、实验内容：
1、安全规程及实验规程的教育。
2、主电路图各组成部分的观察与连接。
四、预习要求：
阅读电力电子技术教材中有关安全操作的内容。
五、思考题：
该实验的操作要求与以前的弱电实验有什么不同？
六、实验报告：
1、画出实验主电路图。
2、写出实验安全操作规程。
附录：
一、实验安全规程
为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全及设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：
1、在实验过程中，绝对不允许双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体当作负载使用。
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电源后方可进行。
3、为了提高试验过程中的效率，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告警，应仔细检查线路以及电位器的调节位置，确定无误后，方可重新进行实验。
5、在实验过程中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成试验，以免损坏仪表、电源或负载。
6、电源控制屏以及各挂件所使用的保险丝规格和型号是经我们反复试验选定的，不得私自改变其型号和规格，否则可能会引起不可预料的后果。
7、在加电流、转速闭环前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈。
8、除作阶跃启动试验外，系统启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，才允许合闸启动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。
9、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。
二、DJK01电源控制屏
电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源。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，有源挂件的电源从这些插座提供。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。
1、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，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。
2、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、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。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书）
3、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输出。
4、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三相处装有黄、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输出电压信号。
5、励磁电源
在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”，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。励磁电源仅为直流电机提供励磁电流，由于励磁电源的容量有限，一般不要作为大电流的直流电源使用。
6、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，能为可逆调速系统提供电压及电流指示。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，供交流调速系统实验时使用。
7、电源控制屏启动程序与操作说明
1）、接通控制屏的三相四线电源。
2）、电源控制屏启动时，先将总电源钥匙开关置于“开”的位置。此时，电源左右两侧电源插座有电（220V），凹槽内的挂件电源插座有电;此时“停止”按钮指示灯（红色）亮，“启动”按钮指示灯(绿色)灭，计时兼报警纪录仪开始计时并显示时间。通过左上角的波段开关和电压表来观察三相输入电源是否正常，为防止电源开关频繁动作对电压表的冲击，平时请将波段开关置于空档。
3）、按动“启动”按钮，红灯灭，绿灯亮；此时三相隔离变压器输出电压，选择“直流调速”时为220V；选择“交流调速”时为250V；直流励磁电源电压为220V。在实验过程中严禁将主电路输出端及电流互感器输出短路，以免发生意外。
4）、实验完毕，应先关闭所有挂件的电压电源开关或切断励磁电源，然后按动“停止”
按钮开关、切断主电路电源，最后将钥匙开关置于“关”的位置，切断总电源。
三、实验规程
l．实验课前要认真预习，做好必要的准备工作，如做好预习报告，阅读注意事项，未预习者不得参加实验，实验课不得无故迟到。
2．实验时，实验者应认真仔细，注重培养独立分析问题和解决问题的能力，要有协作精神，同组合作者要团结互助、共同探讨、互相学习。
3．接完线路，应先自行检查，再请教师复查后才能接通电源，进行实验。改接线路时，必须先切断电源。
4．实验完毕，所记录数据经教师审阅签字后，方可拆线，实验报告无教师签字无效。 5．未经许可，不得乱用与本次实验无关的设备器材，不得将实验室物品携出室外。
6．要爱护仪器设备，凡损坏仪器设备者，应填写损坏单。对于不听从教师指导和违反操作规程而损坏仪器设备者，除写出书面检讨外，还应进行赔偿。
7．维护实验室内的整洁与肃静，严禁随地吐痰，大声喧哗。实验完毕后，断掉电源，将用过的导线，仪器设备整理好放归原位，并做好值日工作。
四、安全用电知识
1．不得带电接线或拆、改线路，安装、更换保险丝。
2．合闸与拉闸操作要果断可靠，操作者不应面对刀闸，以防电弧喷出烧伤。
3．线路接好通电时，必须通知本组同学，同组者要相互密切配合，以防发生意外。
4．仪表设备应放置合理，避免导线跨越电源刀闸、仪表、旋转或运动的机械部分。各种设备要可靠放置，防止跌落摔坏设备。
5．实验中，如发现有超量程、过热、异味、异声、冒烟、火花等，应立即切断电源再处理故障。
6．实验时，要精神集中，严肃认真。
7．不得穿湿衣湿鞋或湿手赤足做实验，以防引起触电事故。
8．使用仪器设备时，必须先阅读有关附录内容的说明，了解设备的规格，使用方法等。严格按额定值使用，调节电源或电路参数时，应密切监视电表指针，以免损坏设备。
9．实验室总电源由指导教师操作，无指导教师在场，学生不得自行通电实验。
10．自觉维护人身及实验设备安全。
输入件
元输件
出元定时时间继电器线圈
器
PLC元件
PLC元件
SQ
继电－接触器控制元件
继电－接触器控制元件
SB
Y X Y X
FR
SQ SB KM
KM
T T T
Y 接触器线圈
KT
线圈KT
KT
KM
动合触点
动断触点
动断触点
动断触点动合触点动合触点
接触器动合辅助触点
接触器动断辅助触点
常闭延时闭合触点
常闭延时断开触点
行程开关动合触点
动合按钮
动断按钮行程开关动断触点
热继电器动断触点
线圈附：PLC元件与继电－控制元件对照表
实验二单结晶体管触发电路实验
一、实验目的
(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
二、实验所需挂件及附件
序号型号备注
该控制屏包含“三相电源输出”
1 DJK01 电源控制屏
等几个模块。
该挂件包含“单结晶体管触发电
2 DJK0
3 晶闸管触发电路
路”等模块。
3 双踪示波器自备
三、实验线路及原理
单结晶体管触发电路的工作原理已作过介绍。
四、实验内容
(1)单结晶体管触发电路的调试。
(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。
五、预习要求
阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。
六、思考题
(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系?
(2)单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180°?
七、实验方法
(1)单结晶体管触发电路的观测
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。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），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，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30°～170°范围内移相?
(2)单结晶体管触发电路各点波形的记录
当α＝30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图1-9的各波形进行比较。
八、实验报告
画出α=60°时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。
九、注意事项
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。
实验三单相桥式半控整流电路实验
一、实验目的
（1）加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。
（2）了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。
二、实验所需挂件及附件
三、实验线路及原理
本实验线路如图3-4所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK03挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个 900Ω接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电感L
d
电流表从DJK02挂件获得。