ＭＣＬ系列電力電子實驗臺在教學上的應用

摘要：本文介紹了MCL系列電力電子實驗系統的組成、特點及其在實訓教學中的應用。該系統為高職電力電子技術實訓教學提供了便利，使學生對實訓的原理及方法能有一個較明確的認識。

關鍵詞：電力電子技術；實驗系統；應用

電力電子技術是一門綜合了電力技術、電子技術、電力半導體器件、自動控制技術等許多學科的邊緣交叉學科。它在一般工業、交通運輸、電力系統、不間斷電源和各種開關電源、家用電器、能源的開發和利用等方面的應用越來越廣泛。社會迫切需要培養在這方面具有綜合設計與綜合創新能力的高素質工程技術人才。因此，在高職電力電子技術課程教學中，建立與之相適應的電力電子技術實訓課程尤為重要。MCL系列電力電子實驗臺為高職電力電子課程實訓教學提供了一個靈活、有效、功能完善的實驗平臺。

實驗系統組成

MCL系列電力電子實驗系統由信號電源和實驗電路兩大部分組成。

信號電源部分該系統采用50Hz三相四線制供電，經過一套過流、過壓、漏電等保護電路，再分別通過調壓、變壓、穩壓電路，得到實驗需要的交流可調電源（0～250V/8A）、多路直流穩壓電源（±15V、+5V、+18V）及斬波信號源、逆變信號源、同步信號源等。它們為不同的實驗電路提供不同的電源信號。

實驗電路部分根據不同的電力電子器件及各種不同的電力變換電路，分別設計了不同的、相對獨立的實驗單元掛箱。各實驗單元電路原理清晰、可操作性強、效果直觀，如有電位器、發光二極管、測試工作點、開關和按鈕供學生操作和觀察。各單元電路既可獨立使用，也可組合使用。系統結構示意如圖1所示。

實驗系統特點

結構組合模塊化采用組件式結構，可根據不同實訓內容組合，結構緊湊，使用方便靈活，并且可隨著功能的擴展增加組件，能在一套裝置上完成《電力電子技術》、《電力拖動控制系統》等課程的主要實驗。這是該系統的突出特點。

實訓單元電路集成化 將典型的實訓單元電路集成在一個掛箱上，并輔之特色名稱，清晰易懂。例如直流斬波電路實驗箱、IGBT/VDMOS/GTR電力電子器件實驗箱等。實驗電路繪制在各個單元掛箱的面板上，接線柱、電位器也安裝在電路相應的位置，還引出多個測試點，方便學生檢測各點的工作狀態（例如電壓值、工作波形等），便于掌握實驗電路的具體動作行為。

實訓內容直觀化 學生可根據不同的實訓內容選取一個或多個實驗掛箱，按實訓系統線路圖進行順序連接。這樣，學生可以直觀地了解實訓系統構成的各大環節，克服了以往實訓設備整體封閉或實訓電路連接過于繁瑣，學生對實驗原理、步驟不明確的缺點。面板上還設有多只發光二極管指示每一個脈沖的有無和熔斷器的通斷。觸發脈沖可外加，也可采用內部的脈沖觸發可控硅，并可模擬整流缺相和逆變顛覆等故障現象。

縮短了實訓時間采用MCL系列實驗臺能有效縮短實訓時間，且錯誤率低。提高了學生的實訓速度，有利于在有限的實訓課時中有效地完成實訓教學任務。

實訓線路典型MCL系列電力電子實訓系統提供了典型的實訓線路，配合教學內容，滿足教學大綱要求。控制電路全部采用模擬和數字集成芯片，可靠性高，維修、檢測方便。觸發電路采用數字集成電路雙窄脈沖。此外，MCL系列電力電子實驗臺具有較完善的過流、過壓、RC吸收、熔斷器等保護功能，提高了設備的運行可靠性和抗干擾能力。

實訓系統的應用——單相正弦波逆變器實訓舉例

單相正弦波逆變器的工作原理 將直流電能轉換為交流電能的電路稱為逆變電路，或稱逆變器。單相逆變器可分為半橋逆變器、全橋逆變器和推挽逆變器等形式。本實訓系統采用單相推挽逆變電路。實訓系統框圖及電路圖分別如圖2、3所示。逆變器主電路開關管采用功率MOSFET管，具有開關頻率高、驅動電路簡單、系統效率較高的特點。當開關其間VT1、VT2輪流導通，再經推挽變壓器升壓后，即可在負載端得到所需頻率與幅值的交流電源。控制電路采用集成脈寬調制器SG3525，其管腳排列和內部功能框圖見圖4。為了使SG3525產生一個SPWM信號，在芯片的9腳加入一個幅度可變的50Hz正弦波作為調制波，與5腳處的鋸齒波（即載波）信號進行比較，從而獲得SPWM控制信號，如圖5所示。改變正弦波的幅值，即改變調制度M，就可以改變輸出電壓的幅值。正弦波發生電路如圖6所示。考慮到5腳處鋸齒波（如圖7所示）的頂點UH約為3.3V，谷點UL約為0.9V，為此，正弦波信號必須如圖8所示，即其峰－峰值必須在0.9～3.3V范圍內變化。

實訓內容（１）檢測控制電路：①調制波與載波的檢測。接通+15V電源，先用示波器觀察“1”端波形應為正弦波，記錄正弦波的頻率、最大與最小峰－峰值、正弦波的谷點偏離橫坐標的數值以及正弦波上、下半波的對稱性。然后測量“2”端鋸齒波的周期與頂點UH、谷點UL的值。②SG3525性能的檢測。測量“3”端的SPWM波，檢查當正弦波發生器的幅度調節電位器在任意位置時，是否都能與鋸齒波有符合要求的相交點，保證“3”端能得到正確的SPWM控制信號。③調制度M的測量。當正弦波幅度調節電位器左旋到底與右旋到底時，測出對應的最小與最大調制度M。（2）主電路測試。①MOS管的驅動波形測試。用雙蹤示波器觀察并記錄“3”、“4”與地端間的波形（只需看部分SPWM波形），當改變幅度調節電位器位置時，應使該波形均符合互補的要求。②測量不帶濾波環節時的MOS管兩端電壓，及輸出變壓器原邊N11、N22兩端電壓以及負載端的波形（只需測量部分SPWM波形）。③帶濾波環節時的MOS管兩端電壓、輸出變壓器原邊N11、N22兩端電壓以及負載端的波形測試。④不同調制度M時的負載端電壓測試。⑤不同載波頻率時的濾波效果比較。

實訓結論由實訓結果可知，SG3525可以為主電路開關器件提供正弦PWM信號，改變調制度，確實達到了改變輸出電壓幅值的目的。通過實訓，學生對SPWM控制技術及其在無源逆變電路中的應用有了感性認識，加深了對理論學習的理解，加強了理論與實際的聯系。

MCL系列電力電子實驗臺的應用，豐富地反映出課程的內涵，加深了學生對理論的理解，提高了實際動手能力，使實訓教學靈活、準確、直觀，取得了較好的教學效果。有利于在新型電力電子器件及新技術的應用方面，拓寬學生知識面，開啟新思路，可進一步提高學生的設計和實訓技能，為深化實訓教學改革創造更加有利的條件。

參考文獻：

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[3]浣喜明，姚為正.電力電子技術（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

作者簡介：

白廣新，女，碩士研究生，講師，主要從事模擬和數字電子技術、電力電子技術的教學和研究。