【文章內容簡介】 專業(yè)的三大電子技術基礎課程之一，《電力拖動自動控制系統(tǒng)》、《電機控制》是這些專業(yè)重要的專業(yè)課。上述課程涉及面廣，內容包括電力、電子、控制、計算機技術等，而實驗環(huán)節(jié)是這些課程的重要組成部分。通過實驗，可以加深對理論的理解，培養(yǎng)和提高學生獨立動手能力和分析、解決問題的能力。11 實驗的特點和要求 電力電子技術與電機控制實驗的內容較多、較新，實驗系統(tǒng)也比較復雜，系統(tǒng)性較強。電力電子技術與電機控制實驗是上述課程理論教學的重要的補充和繼續(xù)，而理論教學則是實驗教學的基礎。學生在實驗中應學會運用所學的理論知識去分析和解決實際系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，提高動手能力；同時通過實驗來驗證理論，促使理論和實踐相結合，使認識不斷提高、深化。具體地說，學生在完成指定的實驗后，應具備以下能力:(1)掌握電力電子變流裝置主電路、觸發(fā)或驅動電路的構成及調試方法，能初步設計和應用這些電路。 (2)掌握交、直流電機控制系統(tǒng)的組成和調試方法，系統(tǒng)參數(shù)的測量和整定方法。 (3)能設計交、直流電機控制系統(tǒng)的具體實驗線路，列出實驗步驟。 (4)熟悉并掌握基本實驗設備、測試儀器的性能及使用方法。 (5)能夠運用理論知識對實驗現(xiàn)象、結果進行分析和處理，解決實驗中遇到的問題。 (6)能夠綜合實驗數(shù)據(jù)，解釋實驗現(xiàn)象，編寫實驗報告。 本書介紹了50余個電力電子技術、電機控制及控制理論方面的實驗。電力電子技術方面的實驗可以完成三相全控整流及有源逆變電路、單相整流電路及各類觸發(fā)電路、交流調壓電路、自關斷電力電子器件的驅動與保護電路等實驗，直流調速系統(tǒng)實驗可選擇雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)、邏輯無環(huán)流可逆直流凋速系統(tǒng)、三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流PWM(H橋)調速系統(tǒng)等實驗，交流調速系統(tǒng)則可進行雙閉環(huán)異步電機調壓調速系統(tǒng)實驗、雙閉環(huán)異步電機串級調速系統(tǒng)實驗 、三相異步電機正弦波脈寬調制（SPWM）變頻調速、三相異步電機空間電壓矢量（SVPWM）變頻調速實驗和三次諧波注入的馬鞍波變頻調速等實驗。12 實驗前的準備 實驗準備即為實驗的預習階段，是保證實驗能否順利進行的必要步驟。每次實驗前都應先進行預習，從而提高實驗質量和效率，否則就有可能在實驗時不知如何下手，浪費時間，完不成實驗要求，甚至有可能損壞實驗裝置。因此，實驗前應做到：(1)復習教材中與實驗有關的內容，熟悉與本次實驗相關的理論知識。(2)閱讀本教材中的實驗指導，了解本次實驗的目的和內容；掌握本次實驗系統(tǒng)的工作原理和方法；明確實驗過程中應注意的問題。(3)寫出預習報告，其中應包括實驗系統(tǒng)的詳細接線圖、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄表格等。(4)進行實驗分組，一般情況下，電力電子技術實驗分組為每組1～2人，交、直流調速系統(tǒng)實驗的實驗小組為每組2～3人。13 實驗實施　 在完成理論學習、實驗預習等環(huán)節(jié)后，就可進入實驗實施階段。實驗時要做到以下幾點：(1)實驗開始前，指導教師要對學生的預習報告作檢查，要求學生了解本次實驗的目的、內容和方法，只有滿足此要求后，方能允許實驗。
(2)指導教師對實驗裝置作介紹，要求學生熟悉本次實驗使用的實驗設備、儀器，明確這些設備的功能與使用方法。(3)按實驗小組進行實驗，實驗小組成員應進行明確的分工，以保證實驗操作協(xié)調，記錄數(shù)據(jù)準確可靠，各人的任務應在實驗進行中實行輪換，以便實驗參加者能全面掌握實驗技術，提高動手能力。(4)按預習報告上的實驗系統(tǒng)詳細線路圖進行接線，一般情況下，接線次序為先主電路，后控制電路；先串聯(lián)，后并聯(lián)。在進行調速系統(tǒng)實驗時，也可由2人同時進行主電路和控制電路的接線。(5)完成實驗系統(tǒng)接線后，必須進行自查。串聯(lián)回路從電源的某一端出發(fā)，按回路逐項檢查各儀表、設備、負載的位置、極性等是否正確。并聯(lián)支路則檢查其兩端的連接點是否在指定的位置。距離較遠的兩連接端必須選用長導線直接跨接，不得用2根導線在實驗裝置上的某接線端進行過渡連接。(6)實驗時，應按實驗教材所提出的要求及步驟，逐項進行實驗和操作。除作階躍啟動試驗外,系統(tǒng)啟動前，應使負載電阻值最大，給定電位器處于零位；測試記錄點的分布應均勻；改接線路時，必須斷開主電源方可進行。實驗中應觀察實驗現(xiàn)象是否正常，所得數(shù)據(jù)是否合理，實驗結果是否與理論相一致。(7)完成本次實驗全部內容后，應請指導教師檢查實驗數(shù)據(jù)、記錄的波形。經(jīng)指導教師認可后方可拆除接線，整理好連接線、儀器、工具，使之物歸原位。14 實驗總結 實驗的最后階段是實驗總結，即對實驗數(shù)據(jù)進行整理、繪制波形和圖表、分析實驗現(xiàn)象、撰寫實驗報告。每位實驗參與者都要獨立完成一份實驗報告，實驗報告的編寫應持嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度。如實驗結果與理論有較大出入時，不得隨意修改實驗數(shù)據(jù)和結果，不得用湊數(shù)據(jù)的方法來向理論靠攏，而是用理論知識來分析實驗數(shù)據(jù)和結果，解釋實驗現(xiàn)象，找出引起較大誤差的原因。實驗報告的一般格式如下: (1)實驗名稱、專業(yè)、班級、實驗學生姓名、同組者姓名和實驗時間。 (2)實驗目的、實驗線路、實驗內容。 (3)實驗設備、儀器、儀表的型號、規(guī)格、銘牌數(shù)據(jù)及實驗裝置編號。(4)實驗數(shù)據(jù)的整理、列表、計算，并列出計算所用的計算公式。(5)畫出與實驗數(shù)據(jù)相對應的特性曲線及記錄的波形。(6)用理論知識對實驗結果進行分析總結，得出明確的結論。(7)對實驗中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象、遇到的問題進行分析、討論，寫出心得體會，并對實驗提出自己的建議和改進措施。(8)實驗報告應寫在一定規(guī)格的報告紙上，保持整潔。(9)每次實驗每人獨立完成一份報告，按時送交指導教師批閱。實驗安全操作規(guī)程為了順利完成電力電子技術及電機控制實驗，確保實驗時人身安全與設備可靠運行要嚴格遵守如下安全操作規(guī)程：(1)在實驗過程時，絕對不允許實驗人員雙手同時接到隔離變壓器的兩個輸出端，將人體作為負載使用。(2)為了提高學生的安全用電常識，任何接線和拆線都必須在切斷主電源后方可進行。(3)為了提高實驗過程中的效率，學生獨立完成接線或改接線路后，應仔細再次核對線路，并使組內其他同學引起注意后方可接通電源。(4)如果在實驗過程中發(fā)生過流告警，應仔細檢查線路以及電位器的調節(jié)參數(shù)，確定無誤后方能重新進行實驗。(5)在實驗中應注意所接儀表的最大量程，選擇合適的負載完成實驗，以免損壞儀表、電源或負載。(6)電源控制屏以及各掛件所用保險絲規(guī)格和型號是經(jīng)我們反復實驗選定的，不得私自改變其規(guī)格和型號，否則可能會引起不可預料的后果。(7)在完成電流、轉速閉環(huán)實驗前一定要確保反饋極性是否正確，應構成負反饋，避免出現(xiàn)正反饋，造成過流。(8)除作階躍起動試驗外，系統(tǒng)起動前負載電阻必須放在最大阻值，給定電位器必須退回至零位后，才允許合閘起動并慢慢增加給定，以免元件和設備過載損壞。(9)在直流電機啟動時，要先開勵磁電源，后加電樞電壓。在完成實驗時，要先關電樞電壓，再關勵磁電源。第三章 電力電子技術實驗本章節(jié)介紹電力電子技術基礎的實驗內容，其中包括單相、三相整流及有源逆變電路，直流斬波電路原理，單相、三相交流調壓電路，單相并聯(lián)逆變電路，晶閘管(SCR)、門極可關斷晶閘管(GTO)、功率三極管(GTR)、功率場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)等新器件的特性及驅動與保護電路實驗。實驗一 單結晶體管觸發(fā)電路實驗一、實驗目的(1)熟悉單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理及電路中各元件的作用。(2)掌握單結晶體管觸發(fā)電路的調試步驟和方法。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK031 晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“單結晶體管觸發(fā)電路”等模塊。3雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理已在13節(jié)中作過介紹。四、實驗內容(1)單結晶體管觸發(fā)電路的調試。(2)單結晶體管觸發(fā)電路各點電壓波形的觀察。五、預習要求 閱讀本教材13節(jié)及電力電子技術教材中有關單結晶體管的內容，弄清單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理。六、思考題(1)單結晶體管觸發(fā)電路的振蕩頻率與電路中C1的數(shù)值有什么關系? (2)單結晶體管觸發(fā)電路的移相范圍能否達到180176。?七、實驗方法(1)單結晶體管觸發(fā)電路的觀測將DJK01電源控制屏的電源選擇開關打到“直流調速”側,使輸出線電壓為200V（不能打到“交流調速”側工作，因為DJK031的正常工作電源電壓為220V177。10%，而“交流調速”側輸出的線電壓為240V。如果輸入電壓超出其標準工作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至會導致掛件的損壞。在“DZSZ1型電機及自動控制實驗裝置”上使用時，通過操作控制屏左側的自藕調壓器，將輸出的線電壓調到220V左右，然后才能將電源接入掛件），用兩根導線將200V交流電壓接到DJK031的“外接220V”端，按下“啟動”按鈕，打開DJK031電源開關，這時掛件中所有的觸發(fā)電路都開始工作，用雙蹤示波器觀察單結晶體管觸發(fā)電路，經(jīng)半波整流后“1”點的波形，經(jīng)穩(wěn)壓管削波得到“2”點的波形，調節(jié)移相電位器RP1，觀察“4”點鋸齒波的周期變化及“5”點的觸發(fā)脈沖波形；最后觀測輸出的“G、K”觸發(fā)電壓波形，其能否在30176。～170176。范圍內移相?(2)單結晶體管觸發(fā)電路各點波形的記錄當α＝30o、60o、90o、120o時，將單結晶體管觸發(fā)電路的各觀測點波形描繪下來，并與圖19的各波形進行比較。八、實驗報告畫出α=60176。時，單結晶體管觸發(fā)電路各點輸出的波形及其幅值。 九、注意事項雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發(fā)生意外。實驗二 正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗　一、實驗目的(1)熟悉正弦波同步移相觸發(fā)電路的工作原理和各元件的作用。(2)掌握正弦波同步移相觸發(fā)電路的調試步驟和方法。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK031 晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“正弦波同步移相觸發(fā)電路”等模塊。3雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理正弦波同步移相觸發(fā)電路的原理在1－3節(jié)已作介紹。電路分脈沖形成、同步移相、脈沖放大等幾個環(huán)節(jié)，具體工作原理可參見電力電子技術教材的有關內容。四、實驗內容(1)正弦波同步移相觸發(fā)電路的調試。(2)正弦波同步移相觸發(fā)電路中各點波形的觀察。五、預習要求(1)閱讀本教材13節(jié)及電力電子技術教材中有關正弦波同步移相觸發(fā)電路的內容，弄清正弦波同步移相觸發(fā)電路的工作原理。(2)掌握脈沖初始相位的調整方法。六、思考題(1)正弦波同步移相觸發(fā)電路由哪些主要環(huán)節(jié)組成?(2)正弦波同步移相觸發(fā)電路的移相范圍能否達到180176。?七、實驗方法(1)將DJK01電源控制屏的電源選擇開關打到“直流調速”側，使輸出線電壓為200V（不能打到“交流調速”側工作，因為DJK031的正常工作電源電壓為220V177。10%，而“交流調速”側輸出的線電壓為240V。如果輸入電壓超出其標準工作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至會導致掛件的損壞。在“DZSZ1型電機及自動控制實驗裝置”上使用時，通過操作控制屏左側的自藕調壓器，將輸出的線電壓調到220V左右，然后才能將電源接入掛件），用兩根導線將200V交流電壓接到DJK03的“外接220V”端，按下“啟動”按鈕，打開DJK031電源開關，這時掛件中所有的觸發(fā)電路都開始工作，用雙蹤示波器觀察正弦波觸發(fā)電路各觀察點的電壓波形，并與圖111中各點波形相比較。(2)確定脈沖的初始相位當Uct=0時（將RP1電位器逆時針旋到底），調節(jié)Ub(調RP2)，使U4波形與圖31中的TP4波形相同，使得觸發(fā)脈沖的后沿接近90176。(3)保持RP2電位器不變，順時針旋轉RP1（即逐漸增大Uct），用示波器觀察同步電壓信號及輸出脈沖“5”點的波形，注意Uct增加時脈沖的移動情況，并估計移相范圍。(4)調節(jié)Uct(調RP1)，使α=60176。，觀察并記錄面板上觀察點“1”～“5”及輸出脈沖“G1”、“K1”的電壓波形及其幅值。調節(jié)RP3，觀測“5”點脈沖寬度的變化。八、實驗報告(1)畫出α=60176。時，觀察點“1”～“5”及輸出脈沖電壓的波形。(2)指出Uct增加時,α應如何變化?移相范圍大約等于多少度?指出同步電壓的哪一段為脈沖移相范圍。(3)分析RP3對輸出脈沖寬度的影響。 圖31 初始脈沖相位的確定(α接近90176。)九、注意事項(1)參見本教材實驗一的注意事項。(2)由于正弦波觸發(fā)電路的特殊性，我們設計移相電路的調節(jié)范圍較小，如需將α調節(jié)到逆變區(qū)，除了調節(jié)RP1外，還需調節(jié)RP2電位器。(3)由于脈沖“G”、“K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值），否則無法觀察到正確的脈沖波形。實驗三 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗一、實驗目的 (1)加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理