电力电子实验指导-实验一二.doc

实验一 触发电路和桥式全控整流电路实验1.实验目的（1）熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用，掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。（2）加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用，掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。（3）加深理解单相桥式全控整流电路的工作原理，研究单相桥式变流电路整流的全过程。（4）加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理，了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。2.预习要求（1）单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路的工作原理为：利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图1所示。图中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。图 1 单结晶体管触发电路原理图（2）锯齿波同步移相触发电路原理图2 锯齿波同步移相触发电路I原理图锯齿波同步移相触发电路I由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图2所示。由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。（3）单相桥式全控整流电路实验线路如图2-3所示。主电路由单相全控整流电路带电阻负载组成，如图3（a）所示。其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900接成并联形式，直流电压、电流表均在DJK02面板上。图3（b）中的触发电路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路”和“”。单相桥式整流电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。 （a） （b）图 3 三相桥式全控整流电路实验原理图（a）主电路 （b）触发电路（4）三相桥式全控整流电路实验线路如图2-4所示。主电路由三相全控整流电路组成，如图4（a）所示。图4（b）中的触发电路为DJK02-1中的集成触发电路，由KC04、KC4l等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。（a） （b）（c）图 4 三相桥式全控整流电路实验原理图（a）主电路 （b）触发电路 （c）给定输入电路3.实验设备DJDK-1型实验台、DJK02晶闸管主电路挂件1个、DJK03-1晶闸管触发电路挂件、D42三相可调电阻挂件1个、GDS-2000系列数字示波器、万用表、改锥1把、导线若干。4.实验内容、线路及原理1）单结晶体管触发电路各点电压波形的观察（1）单结晶体管触发电路的观测通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将电源控制屏的输出线电压调到200V左右，断电后将电源接入挂件，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形。（2）单结晶体管触发电路各点波形的记录当a60时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来。2）锯齿波同步移相触发电路的调试（1）锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将DJK01电源控制屏的输出线电压调到200V左右，断电后将电源接入挂件，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。观察“3”“6”点电压波形，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。（2）调节触发脉冲的移相范围将锯齿波斜率调至最大（将电位器RP1顺时针旋到底），控制电压Uct调至零(将电位器RP2逆时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“5”点U5的波形，调节偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使a=150，其波形如图5所示。图 5 锯齿波同步移相触发电路(3）调节Uct（即电位器RP2）使a=60，观察并绘制U1U6的波形，标出其幅值与宽度，记录波形中转折点的时间、电压值。3）单相桥式全控整流电路（1）按图2-4接线，将锯齿波触发电路的输出脉冲端分别接至全控桥中相应晶闸管的门极和阴极，注意不要把相序接反了。将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持Ub偏移电压不变(即RP3固定)，逐渐增加Uct（调节RP2）。（2）在=30、60、90、120时，用示波器观察、记录整流电压Ud的波形，并记录电源电压U2和负载电压Ud的数值于表1中。注意：此处的a从同步信号过零点开始计算。表 1 单相桥式全控整流实验记录表a306090120U2Ud(记录值)Ud(计算值)计算公式:Ud=0.9U2（1+ cosa）/2 4）三相桥式全控整流电路（1）DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试打开DZ01总电源开关，操作调压开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将DJK04上的给定开关S2拨到“工作”位置，适当增加给定Ug的正电压输出（RP1顺时针旋转），观测DJK02-1上“脉冲观察孔”VT1和VT1的波形，此时观测到单窄脉冲和双窄脉冲。记录此时的脉冲波形。用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，将DJK02-1面板上的Ulf端接地，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”。（2）三相桥式全控整流电路按图4接线，将DJK04上的给定开关S2拨到“工作”位置，并将“给定”输出Ug调到零（RP1、RP2逆时针旋到底），将450W的滑动变阻器放在最大阻值处。按下“启动”按钮，调节调压器，使电路所加的线电压等于200V。调节给定电位器RP1，增加移相电压Ug，使a角在30150范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R，使得负载电流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超过0.65A)。注意：此处的a表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30。用示波器观察并记录a=30、60及90时的整流电压Ud的波形。5实验报告（1）绘制a= 60时，单结晶体管触发电路和锯齿波同步移相触发电路各点输出的波形及其幅值。（2）记录单相桥式全控整流电路 a=30、60、90、120时Ud的波形，画出移相特性Ud =f(a)曲线。（3）记录三相桥式全控整流电路的a=30、60及90时的整流电压Ud的波形。6思考题（1）单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180？（2）锯齿波同步移相触发电路有哪些特点？锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关？（3）如何解决三相桥式全控整流主电路和触发电路的同步问题?7注意事项：（1）双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。（2）在本实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。实验二 直流斩波电路的性能研究1实验目的（1）熟悉直流斩波电路的工作原理。（2）掌握直流斩波电路的组成及其工作特点。（3）了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。2.预习要点1）控制与驱动电路控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成电路，它采用恒频脉宽调制控制方案，内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。图1 控制及驱动电路图调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差180、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。2）直流斩波器电路原理（使用一个探头观测波形）（1）降压斩波电路（Buck Chopper）降压斩波电路的原理图及工作波形如图2所示。R采用两个900并联构成的450电阻。其余电路中的电阻均为此电阻。图 2 降压斩波电路的原理图负载电压的平均值为：上式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，a为导通占空比，简称占空比或导通比（a=ton/T）。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比a，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。（2）升压斩波电路（Boost Chopper）升压斩波电路的原理图及工作波形如图3所示。图 3 升压斩波电路的原理图输出电压为：上式中的T/toff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。（3）升降压斩波电路（Boost-Buck Chopper）升降压斩波电路的原理图及工作波形如图4所示。图4 升降压斩波电路的原理图输出电压为：若改变导通比a，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0a1/2时为降压，当1/2a1时为升压。3实验设备DJDK-1型实验台、DJK20直流斩波电路挂件、DJK09单相调压与可调负载挂件、D42三相可调电阻挂件、GDS-2000系列数字示波器、万用表、导线若干。4实验步骤1）控制与驱动电路的测试（1）启动实验装置电源，开启DJK20控制电路电源开关。（2）调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，用示波器分别观测SG3525的第11脚（A端）与第14脚（B端）的波形，观测输出PWM信号的变化情况，并填入表2-1。表2-1 PWM信号占空比记录表Ur(V)1.41.61.82.02.211(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)2）直流斩波电路测试斩波电路的输入直流电压Ui由三相调压器输出的单相交流电经DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源，调节交流电压为30V，观测整流后的Ui波形，记录其平均值。Ui= V按下列实验步骤依次对三种典型的直流斩波电路进行测试。（1）切断电源，根据DJK20上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，并接上电阻负载（两个900并联构成的450电阻），负载电流最大值限制在200mA以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、“V-E”分别接至V的G和E端。（2）检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。（3）用示波器观测并记录UGE、UCE、UD及Uo的电压波形，注意各波形间的相位关系。（4）调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，观测在不同占空比（a）时，记录Ui、Uo和a的数值于表2-2表2-4中，从而画出Uo= f（a）和Ui=f（a）的关系曲线。表2-2 Ui、UO和记录表（降压斩波电路）Ur(V)1.41.61.82.02.2占空比a (%)Ui(V)Uo(V)表2-3 Ui、