电力电子技术实验大纲(2013-10-24).doc

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电气信息学院专业中心实验室
2012版我们需要什么样的专业课实验报告书?
当进入大三以后,会面对很多专业课程的实验项目,如何让这些实验的报告体现出它应该有的“专业”性?
撇开具体的实验内容不谈,实验报告应该具有以下共同的特质:
报告具有尽可能丰富的实验信息。
例如实验的工作条件描述、实验团队的分工构成描述、实验预期结果的描述等等,这些都在为成就一个专业工程师做着有益的铺垫。
实验数据的处理手段应体现专业性。
面对大量的数据计算和分析,必须充分利用信息化手段,请即刻摒弃手绘坐标纸之类的落后方法处理数据,不要让报告失去应有的客观性和专业性。
实验结果不能如同陈列的僵尸躺在报告上,应该赋予它鲜活的血肉和生命力。
测试结果(数据或波形图等)应附有明确的测试条件说明,应有足够的量纲标识;
实验结果与理论预期的比对是必要的,误差分析应该是实实在在的,不要务虚;
实验结果说明了什么?请拿出你的看法,如同一场电影看罢,总会有所评价一样,提炼和升华是学****的终极;
对现有实验方案的优劣应有所思考,可以试试提出优化方案或展望;
数据结果可以不准确,方案可以不完美,但发自内心原生态的思考是绝对不可或缺的和最最重要的,它是一份报告的价值所在,也为老师所乐见。
一次实验是有限的,但对它的思考应该是无限的。
报告在具备基本要素的前提下,不要太拘泥于固定的模板格式,不要太局限于实验本身的范畴,如果报告上出现了由此而衍生的许许多多,例如扩展仿真实验、扩展的方案讨论、扩展的的器件或设备描述、扩展的应用案例、扩展的…,对于教授者和学业者,就是莫大的幸事。如果你是这样做的,就不用去重复做许多的实验,举一反三即可。
请强化报告的可读性,表现出你的热忱和投入。
写作考虑到读者的体验度了吗?要尽可能的提升条理性和可视性,不要提交一份只有自己才能读懂的报告,当你调用所有的资源和手段投入到这份报告之中时,或许能从中读出你的热情和心血,我们就该向你致敬了。
一句话概之,实验报告不仅仅是记录,更应该有思考和扩展……
实验一、单相半控桥整流电路实验
主要内容
实现控制触发脉冲与晶闸管同步;
观测单相半控桥在纯阻性负载时的移相控制特点,测量最大移相范围及输入-输出特性;
观测单相半控桥在阻-感性负载时的输出状态,制造失控现象并讨论解决方案。
方法和要领
实现同步:
从三相交流电源进端取线电压Uuw(约230v)到降压变压器(MCL-35),输出单相电压(约124v)作为整流输入电压u2;
在(MCL-33)两组基于三相全控整流桥的晶闸管阵列(共12只)中,选定两只晶闸管,与整流二极管阵列(共6只)中的两只二极管组成共阴极方式的半控整流桥,保证控制同步,并外接纯阻性负载。
思考:接通电源和控制信号后,如何判断移相控制是否同步?
半控桥纯阻性负载实验:
连续改变控制角a,测量并记录电路实际的最大移相范围,用数码相机记录α最小、最大和90o时的输出电压ud波形(注意:负载电阻不宜过小,确保当输出电压较大时,);
思考:如何利用示波器测定移相控制角的大小?
在最大移相范围内,调节不同的控制量,测量控制角a、输入交流电压u2、控制信号uct和整流输出Ud的大小,要求不低于8组数据。
半控桥阻-感性负载(串联L=200mH)实验:
断开总电源,将负载电感串入负载回路;
连续改变控制角α,记录α最小、最大和90o时的输出电压ud波形,观察其特点();
固定控制角α在较大值,调节负载电阻由最大逐步减小(分别达到电流断续、。注意Id≤),记录电流id波形,观察负载阻抗角的变化对电流id波形的影响趋势;
思考:如何在负载回路获取负载电流的波形?
保持控制角α<90o,适当调整负载电阻,使Id≈,突然断掉两路晶闸管的脉冲信号(模拟将控制角α快速推到180o),制造失控现象,记录失控前后的ud波形,并提出如何判断哪一只晶闸管失控的测试方法。
实验报告要求
实验基本内容(实验项目名称、已知条件及实验完成目标)
实验条件描述(主要设备仪器的名称、型号、规格等;小组人员分工:主要操作人、辅助操作人、数据记录人和报告完***)
实验过程描述(含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等);
实验数据处理(含原始数据记录单、计算结果及工程特性曲线,);
实验综合评估(对实验方案、结果进行可信度分析,提出可能的优化改进方案);
实验之后进行如下讨论:
阐述选择实验面板晶闸管序号构成半控桥的依据。
测绘电阻负载时ud=f(α)和ud=f(uct)的实验特性曲线(注:由数据处理软件自动生成),其中将实验ud=f(α)与理论推算ud=f(α)特性曲线比较(在同一坐标系内),若存在误差,分析成因。
分析阻-感性负载时,为什么电流波形与教材上的有差异?电路能否接纯感性负载(如果有较大的感抗值)工作,为什么?
分析同样的阻感负载时,本电路与单相全控桥电路的输出电压ud特征差异,说明原因。
若以ud=f(uct)的实验特性曲线作为该直流受控电源的静态数学模型建模依据——直流电压放大器,试提出建模算法,并核定该模型的近似放大系数Ks≈?
实验二、三相全桥整流及有源逆变实验
主要内容
观测分析整流状态下(阻性负载、阻-感性负载)ud,uVT波形;
观测分析逆变状态下(阻-感性-反电动势负载)ud,uVT波形及逆变功率测量;
方法和要领
连接三相整流桥及逆变回路
由三相隔离变压器(MCL-32)二次绕组接至三相降压变压器(MCL-35),输出三相电源(线电压约110~130v)作为三相变流桥的交流输入;
由三相隔离变压器(MCL-32)二次绕组接至由二极管组成的三相不可控全波整流桥,作为逆变时负载回路的电动势源(大小恒定的电压源);
由双刀双置开关构成整流和逆变选择回路(严禁主回路带电时切换此开关);
约定整流、逆变临界控制点为Uct=0,当Uct﹥0时,处于整流移相控制;Uct﹤0时处于逆变移相控制:
整流工作
阻性负载测试:双置开关选择整流回路,负载电阻设定为最大(约450W),加正给定电压。
观测并记录整流状态下α≈0O,60O,90O时ud、uVT波形(注意限制Id≤);
α≈0O时封锁任1只晶闸管的脉冲信号,记录ud的波形及大小值;
α≈0O时封锁任2只晶闸管的脉冲信号,记录ud的波形及大小值;(一次:共阴极组2只;一次:阴极阳极组各1只)
阻-感(300W+700mH)负载测试:双置开关选择整流回路,观测并记录α=30O,90O时ud、uVT波形(注意限制Id≤);α=0O时任意封锁1只和2只晶闸管的脉冲信号,记录ud的波形及大小值。
逆变工作
断掉主回路电源,将负载回路切换到逆变条件,注意逆变电动势源的直流极性。
选负给定信号,保持负载为(450Ω+700mH),再合上电源,观测逆变状态下β=60O,90O时ud,uVT波形;
在恒定负载情况下(电阻450Ω,电感700mH,直流反电动势E基本恒定),在最大逆变移相范围内,测定电网实际吸收直流功率Pk=f(Ud)的函数曲线(不低于8组数据点)。已知,三相全控桥电源回路输出端等效内阻Rn=26W。
思考:如何近似估算电网吸收的电功率?
实验报告要求:
实验项目名称
实验基本内容(已知条件及实验要求)
实验条件描述(主要设备仪器的名称、型号、规格等;小组人员分工:主要操作人、辅助操作人、数据记录人和报告完***)
实验过程描述(含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等);
实验数据处理(含原始数据清单、计算结果、特性曲线等);
误差分析(对实验方案、结果进行可信度分析,提出可能的优化改进方案);
实验之后进行如下讨论:
分析比较整流工作时,阻性负载和阻感负载再缺相(丢失一路触发信号)故障下,Ud瞬时波形的差异性?
整流状态下阻-感负载时,α=90O时ud的瞬时波形一定有正负半波对称吗,为什么?
说明逆变状态下,逆变电源的负载波形是电路上哪两端的波形?为什么逆变输出电压Ud越高,负载电流Id越小?
做出Pk=f(Ud)特性曲线,并对其变化趋势作定性分析。
实验三半桥型开关稳压电源的性能研究
主要内容
熟悉PWM专用芯片SG3525的基本功能和应用特色,测试其典型功能端波形;
测试和分析半桥型开关电源在开环和闭环两种模式下的输出性能
主要实验内容和技术要领
PWM控制芯片SG3525的测试
连接:将开关S1打向“半桥电源”,屏蔽误差调节器反馈输入端。
测试:用示波器分别观察锯齿波振荡器和A(或B)路PWM信号的波形,并记录波形的频率和幅值,调节“脉冲宽度调节”电位器,记录其占空比可调范围(最大、最小占空比)。
连接:断开主电路和控制电路的电源,将光电藕输出信号端与半桥电路中的Power-MOSFET管正确相连。
测试:接通控制电路电源开关“S2”,观察Power-MOSFET管VT1的栅极G和源极S间的电压波形,记录波形周期宽度T、幅值UGS及上升tr、下降时间tf。
构成开环电压系统向负载供电
连接:断开主电路和控制电路的电源,将“主电源1”将直流电压输出至半桥电路的输入端,连接半桥输出负载R1+R2(负载电阻为33Ω)。
测试:调节“脉冲宽度调节”电位器,记录不同占空比(不低于8组数据)时输出电源电压uo大小;
构成闭环电源系统,测试稳压性能
连接:开放误差调节器反馈输入端,从“半桥型开关稳压电源”输出端“13”取电压反馈信号连至SG3525的反馈输入“2”端,并将“半桥型稳压电源”的“9”端和“PWM波形发生”的地端相连(共地):
测试:半桥输出回路“9”,“11”端连通(负载电阻为3Ω),调节PWM占空比使电源输出端电压u0为5V;然后断开“9”,“11”端连线,连接“9”,“12”端(负载电阻改变至33Ω),测量输出电压u0的值,计算负载强度变化十倍时的电压调整率(抗负载变化的电压稳定能力):
断开输出端“13”电压反馈信号,重新屏蔽误差调节器反馈输入端,回复到开环状态,重复上述3Ω和33Ω不同负载时“5V”输出电压的电压调整率。与闭环系统的结果进行比较。
实验报告要求
实验项目名称
实验基本内容(已知条件及实验要求)
实验条件描述(主要设备仪器的名称、型号、规格等;小组人员分工:主要操作人、辅助操作人、数据记录人和报告完***)
实验过程描述(含每个步骤的实验方法、电路原理图、使用仪器名称型号、使用量程等);
实验数据处理(含原始数据清单、计算结果及工程特性曲线,注:利用数据处理软件自动生成);
误差分析(分析方案、方法、仪器、操作等可能带入的必然、偶然误差因素);
实验之后:
根据实验数据,生成开环时Uo=f(σ%)的函数曲线(负载为R1+R2,不少于8组数据点)
为什么在2、3步要分别将“PWM波形发生”的“3”,“4”两点短接或断开?分析闭环后的稳压控制是如何实现的。
在系统开环工作状态下,当PWM占空比σ%<25%时,记录变压器原边电压波形和VT1的驱动信号波形,判断它们是否同步,并分析原因。(
选作)