1、電力電子裝置與系統實驗實驗一 認識實驗裝置、熟悉各種儀表一、實驗目的1. 學習電力電子裝置與系統實驗的基本要求與安全操作注意事項。2. 以C3K不間斷電源為例： 熟悉電力電子裝置與系統的組成結構； 掌握UPS的基本組成結構以及測試儀表的使用方法。二、預習要點1如何正確選擇使用相關儀器儀表，特別是諧波功率表的使用方法；2. UPS及充電單元的組成及工作原理。 三、實驗設備及儀器序號名稱型號數量備注1不間斷電源C3K1臺2諧波功率表MS22051臺3負載箱6×25W白熾燈1臺四、實驗方法1由指導教師講解實驗的基本要求、實驗裝置的組成及使用方法、注意事項；2. 以C3K不間斷電源為例，了解

2、其基本組成單元及相關器件的作用；3. 用MS2205諧波功率因數表測量相關參數（使用方法見“六、實驗設備與相關測試儀表介紹”）。五、實驗內容1. 正確操作UPS，同時對照C3K不間斷電源的實物，記錄并說明主要相關器件的作用；2. 用MS2205諧波功率因數表，測量電力電子技術實驗室的電源供配電情況。當實驗設備及空調開啟時，記錄實驗室的供電電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、總諧波畸變率F、總諧波畸變率r以及相序等參數；3. 簡述C3K不間斷電源充電電路的基本工作原理。六、實驗設備與相關測試儀表簡介 山特C3K不間斷電源C3K是一種單相輸入單相輸出雙轉換在線式的不間斷電源設備，效率高，能為

3、設備提供可靠、優質的交流電源。1. UPS 分類與配置C3系列UPS按照機器中電池部分的不同配置，可分為標準型和長效型兩大類，標準。標準型和長效型可按功率分為：1kVA、2kVA 和 3kVA。表1-1 UPS具體分類與配置表UPS 分類型 號備 注標準型1kVAC1K內置 1A 充電器，3 節電池2kVAC2K內置 1A 充電器，6 節電池3kVAC3K內置 1A 充電器，8 節電池長效型1kVAC1KS內置 1A 充電器，8

4、0;節電池2kVAC2KS內置 7A 充電器，電池外接3kVAC3KS內置 8A 充電器，電池外接“ S ” 表 示 長 效 型 2. 基本電氣性能基本性能見表1-2。表1-2 UPS基本電氣性能型號C1KC1KSC2KC2KSC3KC3KS額定容量1kVA/800W2kVA/1600W3kVA/2400W輸入輸入方式單相接地額定電壓220VAC電壓范圍115VAC300VAC頻率50Hz功率因數0.98旁路電壓80VAC×(1±5%)285VAC

5、5;(1±5%)輸出輸出方式單相接地額定電壓220VAC功率因數0.8電壓精度±2%輸出頻率市電模式1. 輸入頻率在 46 Hz54 Hz 時，輸出和輸入 保持一致2. 輸入頻率小于 46Hz 或大于 54Hz時輸出頻率鎖定為50Hz電池模式50 ± 0.2 Hz過載能力 （市電，25）轉換時間0ms （市電 電池）<4ms（市電  旁路）負載峰值比3:1電池電池組電壓36VDC72VDC96VDC電池容量×數

6、量12VDC×312VDC×612VDC×8后備時間（25）滿載5 分鐘    (標準型)電池充電時間5 小時充至 90%            （標準型）取決于外接電池組容量（長效型）3. 外觀結構 后背板C3K不間斷電源的后背板組成如圖1.1所示。圖1.1 C3K不間斷電源的后背板排列示意圖 操作顯示面板C3K不間斷電源的操作面板組成如圖1.2所示。 開 /

7、60;關機按鈕開 / 關機鍵的主要功能為：Ø 開機：當 UPS 處于市電模式或電池模式時，按開機按鈕 1 秒以上即可開機； Ø 關機：當 UPS 處于市電模式或電池模式時，按關機按鈕 1 秒以上即可關機。5# ：負載/電池容量指示燈2# ：負載/電池容量指示燈4# ：負載/電池容量指示燈3# ：負載/電池容量指示燈6# ：負載/電池容量指示燈1# ：故障指示燈7# ：旁路指示燈9# ：逆變指示燈8

8、# ：市電指示燈關機按鈕開機按鈕10# ：電池指示燈圖1.2 C3K不間斷電源的操作面板示意圖 L ED 指示燈表1-3 LED指示燈顯示定義1#故障指示燈紅色此燈亮表示UPS 發生異常狀況2#負載/電池容量指示燈橙色表示負載容量或電池容量：1.市電模式/旁路模式下僅表示負載容量，作為負載指示燈2.電池模式下僅表示電池容量，作為電池容量指示燈3#負載/電池容量指示燈綠色4#負載/電池容量指示燈綠色5#負載/電池容量指示燈綠色6#負載/電池容量指示燈綠色7#旁路指示燈橙色此燈亮表示負載電力直接由市電提供8#市電指示燈綠色此燈亮市電輸入正常9#逆變

9、指示燈綠色此燈亮表示市電或電池經逆變輸出后為負載供電10#電池指示燈橙色此燈亮表示電池電能為負載供電包括故障指示燈、負載 / 電池容量指示燈、旁路指示燈、市電指示燈、逆變指示燈、電池指示燈。4. UPS運行模式C3K為在線式UPS，其運行模式可分為市電模式、電池模式和旁路模式。 市電模式市電模式下運行時，市電指示燈與逆變指示燈會亮，負載指示燈會根據所接的負載容量大小點亮。 市電指示燈閃爍，表示零、火線接反或者沒有接大地，UPS 仍工作于市電模式；若同時電池指示燈亮，表示市電的電壓或頻率已超出正常范圍，UPS 已經工作在電池模式下； 若負載容量超過

10、0;100，蜂鳴器半秒叫一次，它提醒您接了過多的負載，應該將非必要的負載逐一去除，直到UPS負載量小于100； 若電池指示燈閃爍，則表示 UPS 未接電池或電池電壓太低。 電池模式此時電池指示燈和逆變指示燈亮；若接入異常之市電，市電燈會同時閃爍。電池容量指示燈會根據電池容量的大小點亮，注意市電模式下的負載指示燈會作為在后備時間內的電池容量水平指示。 在電池模式運行時，蜂鳴器每隔 4 秒鳴叫一次，若此時持續按功能鍵 2秒以上，UPS 執行消音功能，蜂鳴器不再鳴叫報警，再持續按功能鍵 2 秒以上 ，報警恢復。

11、 當電池容量減少時，發光的電池容量指示燈數目會減少，當電池電壓下降至預警電位時（此時可保持大于2分鐘的備用時間）蜂鳴器每一秒鳴叫一次， 提示用戶電池容量不足，應抓緊進行負載操作并逐一去除負載）。 可以通過 UPS 不接市電以檢驗后備功能。 旁路模式 當 UPS 發生過載、逆變異常等故障時，將自動切換到旁路供電模式保證負載不斷電； UPS 工作在旁路模式下時，不具備后備功能。此時負載所使用的電源是直接通過電力系統經濾波供應的。5. UPS操 作 開關機操作 開機操作開機操作分為：接市電 UPS 開機和未接市

12、電 UPS 直流開機。Ø 接市電 UPS 開機接通市電，持續按開 機鍵 1 秒以上，UPS 進行開機。開機時 UPS 會進行自檢。此時，面板上負載 / 電池容量指示燈會全亮，然后從左到右逐一熄滅，幾秒鐘后逆變指示燈亮，UPS 已處于市電模式下運行。若市電異常，UPS 將工作在電池模式下。Ø 未接市電 UPS 直流開機無市電輸入時，持續按開機鍵 1 秒以上，UP S 進行開機。開

13、機過程中 UPS 動作與接市電開機時相同，只是市電指示燈不亮，電池指示燈會亮。 關機操作關機操作分為：市電模式、電池模式。Ø 市電模式下 UPS 關機持續按關機鍵 1 秒以上，UPS 進行關機。若用 WinPower 設置市電逆變關機 UPS 轉旁路模式，旁路指示燈會亮，UPS 工作在旁路模式下，UPS 仍有輸出，若要使 UPS 無輸出，只要將市電斷開即可，面板上負載 / 電池容量指示燈會全亮并逐一熄滅，UPS

14、60;無輸出電壓。Ø 電池模式下的 UPS 關機持續按關機鍵 1 秒以上，UPS 進行關機。關機時 UPS 會進行自檢。此時，面板上負載 / 電池容量指示燈會全亮并逐一熄滅，最后面板無顯示，U P S 無輸出電壓。該UPS的其它詳細信息請參考原廠提供的使用手冊。6. UPS充電電路圖1.3 C3K充電電路原理圖如圖1.3所示，市電經P(L)、P(N)進入功率板做為充電器的輸入電源，經由BR01、VM208、U206、TX1、U202、U203等構成隔離反激式變換器，

15、轉換為直流電壓對電池充電。為確保電池壽命，充電器輸出電壓必須保持穩定，調整VR301可得到110V的充電電壓Uch，同時TX1的副邊還為功率因數校正電路提供驅動電源PFVCC、PFVCC0、PFVCC；該反激式變換器由開關型PWM集成電路UC3845(U206)控制，CPU通過(加在TLP521上的)信號控制UC3845的工作。當有市電時，TLP521（U202）截止，UC3845起振且正常工作，給蓄電池充電；當無市電時，TLP521導通，將定時電容對地短路，UC3845停振，從而停止充電，同時功率因數校正電路也停止工作。 MS2205諧波功率表MS2205三相鉗形諧波功率表，由電壓、電流、功

16、率三個通道和微型單片機系統組成，配置有相應的測量和數據處理軟件，并具有以下功能和特點： 對于單、三相回路，可測試其功率、電壓、電流、峰值、相位、頻率、功率因數、相角等參數，三相測量能自動檢測相序； 真有效值測量：可在電流波形嚴重畸變時準確測量； 最大能測量20次諧波及其畸變量； 可存儲100組測量參數； 配有RS232C通訊記錄接口和專用WINDOWS視窗圖形軟件。1. 外形結構諧波功率表的外形及組成如圖1.4所示。HAECBFDE圖1.4 MS2205諧波功率表外形布局示意圖圖中：A、電流鉗口 B、HOLD鍵 數據保持鍵C、功能轉換旋鈕旋鈕開關用于選擇各測量功能功能選擇按鍵。 D、按鍵開關用

17、于操作測量功能。E、測量輸入端子定義見表1-4。F、LCD顯示器4位數字顯示，7段LCD 用于顯示測量操作功能、測量結果以及單位符號。G、扳機按下扳機，鉗頭張開，松開扳機，鉗頭自動合攏。 H、RS232C接口 表1-4 輸入端子功能定義輸入端子功 能V1 第一相測量輸入端使用黃色測試筆進行連接COM/V2第二相測量輸入端使用綠色測試筆進行連接。公共端，所有測量功能的地輸入端（接地），使用黑色測試筆進行連接。V3 第三相測量輸入端使用紅色測試筆進行連接 旋鈕開關操作功能轉換旋鈕可用于開啟儀表及進入下表中任一測量功能。旋轉開關說明見表1-5。表1-5 旋轉開關功能符號檔位功能OFF關機檔用于儀表關

18、機KW（1phase）有功功率測量檔測量有功功率等Ø（1phase）視在功率測量檔測量視在功率等kW/Ø (3phase)三相視在功率測量檔測量3相視在功率等A交流電流測量檔測量交流電流等V交流電壓測量檔測量交流電壓等注：儀表自動關機后，必須將選轉開關打到OFF檔5秒后方能進行正常操作。 按鍵開關操作 通過按鍵操作，可實現下列功能：Ø WATT：功率測量切換鍵在測量狀態時，可以通過按WATT鍵，對有功功率、視在功率、功率因數、相角進行測量，并在LCD顯示測量值。Ø MODE：測量模式切換鍵在KW、KW/ Ø（3phase）測量狀態時，可以通過按

19、MODE鍵，對有功功率、無功功率切換顯示；在A、V測量狀態時，對總諧波畸變率F、r和諧波百分比之間切換顯示。Ø SET：設置鍵在測量狀態時，可以通過按SET鍵，再按和鍵設置電流和電壓量程，再按該鍵返回。在存儲和刪除時，用作確認鍵。Ø U： 電壓測量鍵在測量狀態時，可以通過按該鍵，對當前電路的電壓進行測量，并在顯示器上顯示當前被測線路的電壓測量值。Ø READ： 讀存儲數據鍵 在待機狀態時，可以通過按該鍵，顯示存儲的數據，再按該鍵返回。Ø I：電流測量鍵 在測量狀態時，可以通過按I鍵，對當前電路的電流進行測量，并在顯示器上顯示當前鉗頭內被測線路的電流測量值

20、。Ø RS232在測量狀態時，可以通過按RS232鍵，由儀表配備的專用接口線將當前測量結果傳送給計算機實現記錄、打印測量數據與數據趨勢圖的功能。在按下RS232鍵進行數據傳送前，必須將附件RS232C 接口線分別連接到儀表的RS232C接口座和計算機的串行口之間，才能進行通訊。Ø CLEAR：清除鍵在讀數據狀態時，可以通過按 CLEAR 鍵再按SET鍵，將存貯在儀表內指定編號的測量數據清除。 Ø ：背光源按鍵通過按 鍵點亮或熄滅背光源。背光源點亮約20秒鐘后自動熄滅。 Ø ：向前搜索鍵在測量狀態時，可以通過按鍵，進入最大值測量狀態，顯示器顯示當前測量的最

21、大值。在讀存貯檔時，可以通過按鍵，向前搜索存貯的數據，并將其顯示在顯示器上。每按鍵一次，搜索向前移一組數據。Ø ：向后搜索鍵在測量狀態時，可以通過按鍵，進入最小值測量狀態，顯示器顯示當前測量的最小值。在讀存貯檔時，可以通過按鍵，向后搜索存貯的數據，并將其顯示在顯示器上。每按鍵一次，搜索向后移一組數據。Ø REC/SAVE：存儲鍵在測量狀態時，可以通過按REC/SAVE鍵，顯示當前的測量的最大/最小功率、電流、電壓；在數據保持狀態時，按該鍵，顯示存儲的編號，再按SET鍵把保持的數據貯存在儀表內。儀表最多能貯存100組數據。Ø HOLD：保持鍵測量之后把數據保持在LC

22、D顯示屏上，但關機后會消失。 顯示界面諧波功率表顯示界面如圖1.5所示，顯示符號參數見表1-6。圖2 液晶顯示界面示意圖表1.6 顯示符號說明顯示屏符號說明顯示屏符號說明RS232數據傳輸REC記錄數據APS自動關機F快HOLD保持數據S慢LAG滯后相角LEAD超前相角電量提示o相位角（度）SIN反向功率因數COS功率因數RST三相正相交流符號反相缺相負號（功率因數容性）MIN最小值MAX最大值USED已使用MEMO存儲READ讀出V電壓W瓦特A電流VAr無功功率Hz頻率VA視在功率PEAK峰值%諧波百分比高壓警示符%THD總諧波畸變率H01F總諧波畸變率F（相對于基波）H01r總諧波畸變率r

23、（相對于實際有效值）2、測量示例 交流電壓、交流電流的測量測量接線圖分別見圖1.6、圖1.7。圖1.6 交流電壓測量示意圖 圖1.7 交流電流測量示意圖單相兩線回路測量如圖1.8所示：將鉗口鉗在電源或負載的被測導線上。將功能轉換旋鈕置于KW檔，測量電壓從V1端、V2端輸入。 圖1.8 單相兩回路測量示意圖 測量連接正確以后，可進行單相功率（有功功率、功率因數、視在功率、無功功率、電壓、電流、相角、電壓和電流峰值、頻率）的測量； 儀器自動測量并顯示有功功率，負載的電壓和電流值，按下MODE鍵，在顯示器上顯示無功功率VAr值，按WATT鍵，顯示視在功功率、功率因數（cos），當功率因數為負數時，代

24、表被測負載是容性負載； 本測量儀表的最小輸入電壓為50V，最小輸入電流為2A，若小于該輸入電壓、電流值，則有功功率值將顯示“0.00kW”。 三相平衡負載負載功率的測量 在平衡負載情況下，三相四線的功率和功率因數測試與三相三線相同，不需要使用中線。三相總功率參數指的是三相線路的總有功功率、總無功功率、總視在功率、總的功率因數。該儀表不能進行三相電能測量。在平衡負載情況下，測量數據是比較準確的，在功率變化比較大時，其總功率誤差會加大。按圖1.9的連接方法，將功能轉換旋鈕置于kW/ Ø（3PHASE）檔位置，并將儀表鉗口鉗在負載的第一相的被測導線上，分別將V1端/黃色測試筆、V2端/綠色

25、測試筆、V3端/黑色測試筆接在三相負載的每一相火線上，中線不需要連接。 接好測試線后，儀器自動測量并顯示功率、電壓、電流和是否缺相， 按按下MODE鍵，在顯示器上顯示無功功率VAr值， 按WATT鍵，顯示視在功功率、功率因數（cos），相角、sin、當功率因數為負數時，代表被測負載是容性負載。 按下I鍵，則在顯示電流值、電流峰值、頻率。 按下U鍵，則在顯示電壓值、電壓峰值、頻率。 相序檢測 Ø 儀表顯示 表示正常相序； Ø 儀表顯示表示反向相序；三相三線回路功率和功率因數測試Ø 儀表顯示表示缺相。 圖1.9三相平衡負載負載功率測量示意圖實驗二 UPS帶負載實驗一、

26、實驗目的1. 進一步熟悉UPS結構組成及功能特點；2. 掌握UPS對負載供電的使用方法。二、實驗設備及儀器序號名稱型號數量備注1不間斷電源C3K1臺2負載箱6×25W白熾燈1臺3功率因數表MEL-0010掛件1臺4電流表MEL-0010掛件1臺5電壓表MEL-0010掛件1臺6電源變壓器NMCL-35掛件1臺作為電阻-電感性負載用7直流電動機M031臺作為電阻-電感性負載用三、系統組成及工作原理C3K不間斷電源為在線式UPS，當交流輸入電源（市電）斷電或發生異常時，還能繼續向負載提供電能并保證其供電質量。1工作原理圖2.0 C3K不間斷電源工作原理圖當市電正常時，由功率因數校正電路產

27、生逆變器工作所需的±370V直流電壓，經逆變器將直流轉換為交流輸出；另一路市電經充電器電路產生110V的直流電壓對蓄電池充電；當市電中斷時，蓄電池所儲存的能量經DC/DC變換器轉換為±400V的直流電壓作為逆變器輸入，使輸出實現不間斷供電。各單元的作用： 輸入濾波：完成對輸入市電的濾波，為 UPS 提供潔凈的電源； AC/DC 升壓：將經過濾波后的市電進行交流 / 直流轉換，并對轉換后的直流升壓，供 D C / A C 逆變使用； DC/DC 升壓：當 UPS 工作在電池供電模式時，由該電路進行直流升壓處理，供 D C / A C 逆變使用； DC/AC逆變:將經過升壓處理的直流電轉換成穩定的交流輸出； 旁路：當 UPS 發生過載、逆變異常等故障時，將自動切換到旁路供電模式，