电力电子变换与控制
实验指导书
南京理工大学能源与动力学院 新能源科学与技术教研室
2012.12
0 预备知识
0.1 THMPE-2型现代电力电子技术实验台简介
一、特点
(1)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。
(2)实验装置占地面积小，实验装置只需三相四线的电源即可投入使用。
(3)装置面板示意图明确、清晰、直观。实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，实验线路连接方式安全、可靠、迅速、简便。
(4)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实保护实验操作者的人身安全。
(5)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别。 二、技术参数
(1)输入电压：三相四线制，交流380V±10%，50Hz。
(2)工作环境：环境温度范围为-5—40℃，相对湿度<75%，海拔<1000m。 (3)装置容量：≤１.0kVA
(4)外形尺寸：长×宽×高=1550㎜×795㎜×1470㎜
图0.1 THMPE-2型现代电力电子技术实验台
三、PE-01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、直流电源；同时也为实验提供
所需的仪表和负载，如直流电压电流表，交流电压电流表及可调电阻负载等；屏上还设有定时器兼报警记录仪；在控制屏正面的大凹槽内，可挂置实验所需挂件；在控制屏两边还设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。
图0.2 主控制屏上面板图
MPE01控制屏面板的功能包括：
(1)三相电网电压指示：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。
(2)定时器兼报警记录仪：可作为时钟使用，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。
(3)电源控制部分：由电源总开关(钥匙式)、启动按钮及停止按钮组成；当打开电源总开关前时，设备上只有定时器兼报警记录仪工作；打开电源总开关，红灯亮，电源控制屏处于待机状态；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直流电源均有电压输出，控制屏处于运行状态；如果想切断电源输出，则按下停止按钮，绿灯灭，红灯亮，重新回到待机状态。 (4)三相主电路输出：可提供三相线电压为220V/1.5A电源，在A、B、C三相输出附近装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压，当有输出电压后，相应的发光管发光，主电路输出
还设有电子式过流保护，当发生过流的情况，控制屏发出声光报警信号并及时切断主电源。 (5)直流电源：在按下启动按钮后将直流电源开关拨向“开”侧，则直流电源输出为220V的直流电压，并设有发光二极管指示输出是否正常，直流电源输出由0.5A 熔丝做短路保护；由于该电源的容量有限，一般不要作为大电流的直流电源使用。 (6)面板仪表：控制屏面板上部设有量程分别为 500V和5A的真有效值交流电压表、电流表，精度为0.5 级，供精确测量非正弦交流电压信号；控制屏面板下部设置有±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。
图0.3 主控制屏左下面板图
MPE01控制屏面板位于主控制屏面板的正下方，主要提供“给定”部分、“三相整流滤波电路”和“单相自耦调压器”三块功能，分别叙述如下：
(1)给定：电压给定由两个电位器RP1、RP2及两个钮子开关S1、S2组成；S1为正、负极性切换开关，当S1开关拨到“正给定”侧，则可输出正电压，反之则输出负电压；输出的正、负电压的大小分别由RP1和RP2电位器来调节，顺时针调节输出增大，输出电压范围为0～士l5V，S2为输出控制开关，打到“运行”侧，允许正负给定电压输出，打到“停止”侧，则输出恒为零。元件RP1、RP2、S1及S2均安装在面板上，方便操作；此外给定输出由一只3位半的直流数字电压表指示输出电压值。
注意：不允许长时间将给定输出端直接接地，特别是输出电压比较高的时候，可能会将RP1 、RP2 触点烧坏。
(2)整流滤波电路：整流滤波电路完成将三相或单相交流整流为直流电压，供实验中的直流电压源使用 ，输出端接有2A的保险丝，防止输出短路。
(3)单相自耦调压器：提供了一只0～250V/0.5KVA 单相交流自耦调压器，提供单相可调交流电源，最大输出电流为 2A，输出侧设有电子式过流保护，当发生过流情况，控制屏发出声光报警信号并及时切断主电源；面板上设有电源控制开关，当控制屏启动后，将开关拨到“开”侧，调压器的原边得电，调节控制屏左侧的调压器旋钮，可得到0～250V的可调交流电压。
图0.4 主控制屏右下面板图
MPE03 控制屏面板位于控制屏大凹槽下部，主要有“指针式直流电压、电流表”、“平波电抗器”、“三相芯式变压器”和“可调电阻”四部分内容： (1)指针式直流电压、电流表：直流电压表测量范围 0～±300V ，为中零式，精度为 1.0 级；直流电流表测量范围 0～±2A，为中零式，精度为1.0 级。 (2)平波电抗器：有3 档电感量可供选择，分别为 100mH、200mH 及700mH，各档在 1A 电流下均能保持线性，可根据实验需要选择合适的电感值，电抗器回路中串有3A熔丝保护，熔丝座安装在控制屏内电抗器旁。
(3)三相芯式变压器：在逆变实验中作为升压变压器使用，该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组的相电压为127V/63.5V/31.8V，如果是Y/Y/Y 接法，则线电压为220V/110V/55V。 (4)可调瓷盘电阻：面板上共有三个瓷盘电阻，一个90Ω/1.3A电阻，两个 900Ω/0.41A电阻，通过旋转手柄调节电阻值的大小，单个电阻回路中均设有熔丝保护。
0.2 电力电子技术实验的基本要求
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。电力电子技术实验的内容较多、较新，实验也比较复杂，系统性较强。 一、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触发、主电路及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。 二、实验过程
电力电子技术实验包括准备、实施和总结三个主要阶段。 实验准备即为实验的预习阶段，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，即浪费时间，也完不成实验要求，甚至有可能损坏实验装置；因此，实验前应做到： (1)复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)阅读本教材中的实验指导，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。 (4)进行实验分组，一般情况下，为每组1～2 人。
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，检查预习报告，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)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，以便实验参加者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。
(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，不得用两根导线在实验装置上的某