电力电子技术实验指导书

同学们:这是我们电力电子技术实验指导参考书，请同学们结合实验内容和要求参考实验参考书完成预习报告和实验20142015学年第一学期电力电子技术实验指导参考书实验1 三相桥式全控整流电路的性能研究实验目的1、熟悉三相全控桥式整流电路的结构特点，以及整流变压器、同步变压器的连接；2、掌握KC785集成触发电路的应用；3、掌握三相晶闸管集成触发电路的工作原理与调试（包括各点电压波形的测试与分析）。4、研究三相全控桥式整流供电电路（电阻负载时），在不同导通角下的电压与电流波形。二、实验电路与工作原理（一）三相全控桥式整流电路如图7-1所示。图7-1三相晶闸管全控桥式整流电路（单元7）1、图中6个晶闸管的导通顺序如图7-2所示。它的特点是：它们导通的起始点（即自然换流点）；对共阴极的 VT1、VT3、VT5，为 u、uB、uC三个正半波的交点；而对共阳极的VT4、VT6、VT2，则为三相电压负半波的交点。在共阳极和共阴极的管子中，只有各有一个导通，才能构成通路，如6-1、1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-1等，参见图 7-2。这样触发脉冲和管子导通的顺序为123456，间隔为60。为了保证电路能启动和电流断续后能再触发导通，必须给对应的两个管子同时加上触发脉冲，例如在 6-1时，先前已给 VT1发了触发脉冲，但到 1-2时，还得给 VT1再补发一个脉冲（在下面介绍的触发电路中，集成电路 KC41C的作用，就是产生补脉冲的），所以对每个管子触发，都是相隔 60的双脉冲，见图 72b（当然用脉宽大于 60的宽脉冲也可以，但功耗大）。2、在图7-1中，TA为电流互感器（三相共3个），（HG1型，52.5m，负载电阻100），由于电流互感器二次侧不可开路（开路会产生很高电压），所以二次侧均并有一个负载电阻。（二）整流变压器与同步变压器的接线如图7-3所示。1、采用整流变压器主要是为了使整流输出电压与电动机工作电压相适当。由于本系统中电动机电压为 110V，由三相全控桥电压公式有 Ud=2.34U2中（Ud为直流输出电压，U2为变压器二次侧相电压），现以 Ud110V代入上式，有 U2中47V。2、整流变压器接成 Dy型（Y型），可有效抑制整流时产生的三次谐波对电网的不良影响。此处接成Dy11（Y11）联接图如b图所示。3、此外整流变压器还起隔离作用，有利于人身安全。4、触发电路采用同步电压为锯齿波的集成触发电路 KC785，由于同步电压要经过阻容滤波电路，会造成相位上的滞后（6070），这需要补偿。因为电压过零点已较自然换流点超前了 30，因此同步电压较主电路电压再超前 30，就可以了，所以采用（注）三相变压器联接的钟点数，是以一次侧的相电压为钟的长针，以二次侧的相电压为短针来标定由图 7-3(C）可见，整流变压器二次侧的 UA,对应一次侧的 UAB1，而 UAB1较 UA1，超前30，因此 UA（短针）与 UA1（长针）构成11点钟，参见图7-4。同样由图7-3(C)可见，USA与-UB1对应，这样由图7-4可见，USA较 UA超前30。如今阻容移相使相位滞后70左右，这样移相后的电压将较 UA滞后40（ 7030）左右。它较自然换相点仅滞后10（4030）左右。这意味着，控制角的移相范围为10120。这里不使控制角从 0开始，是为了防止输出电压过高，也可使移相范围处于锯齿波的线性段。 UA1为 220V，UA为 47V，USA为 16.5V。（三）三相晶闸管集成触发电路如图7-5所示1、三相晶闸管触发电路的核心部分是由三块集成触发电路N1、N2、N3构成的电路，它们是TC785（国产为KJ785或KC785）集成电路。图7-5三相晶闸管集成触发电路（单元9）TC785是西门子（Siemens）公司开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它的输出输入与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出 250m的驱动电流。其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强。该集成电路的工作电源电压范围-0.5V-18V.TC785的引脚和内部结构原理示意图见图7-6。TC785内部结构包括零点鉴别器（ZD）、同步寄存器（SR）、恒流源（SC）、控制比较器（CC）、放电晶体管（VD）、放电监控器（DM）、电平转换及稳压电路（PC）、锯齿波发生器（RG）及输出逻辑网络等九个单元。TCA785是双列直插式的16脚大规模集成电路，其各引脚功能：（16）（VS）电源端；（QS）接地端；（Q1）和（Q2）输出脉冲1与2的非端；14（Q1）和15（Q2）输出脉冲的1和2端；13（L）为输出脉冲Q1、Q2宽度控制端；12（C12）输出 Q1、Q2脉宽控制端；11（V11）输出脉冲 Q1、Q2或 Q1、Q2移相控制直流电压输入端；（C10）外接锯齿波电容连接端；（R9）锯齿波电阻连接端；（VREF）TC785自身输出的高稳定基准电压端；（QZ）和（QV）为TC785输出的个两逻辑脉冲信号端；（I）脉冲信号禁止端；（VSYNC）同步电压输入端。其工作过程为来自同步电压源的同步电压，经高阻值的电阻后，送给电源零点鉴别器ZD，经 ZD检测出其过零点后，送同步寄存器寄存。同步寄存器中的零点寄存信号控制锯齿波的产生，对锯齿波发生器的电容C10，由电阻R9决定恒流源SC对其充电的电压上升斜率，当电容C10两端的锯齿波电压大于移相控制电压V11时，便产生一个脉冲信号送到输出逻辑单元。参见图 7-7，由此可见，触发脉冲的移相是受移相控制电压 V11的大小控制，因而触发脉冲可在0180范围内移相。对每一个半周，在输出端Q1和Q2出现大约30s宽度的窄脉冲。该脉冲宽度可由 12脚的电容 C12决定。如果 12脚接地，则输出脉冲 Q1、Q2的宽度为180的宽脉冲。KC785的主要技术数据1）电源电压：直流+15V（允许工作范围12V18V）2)电源电流：10m3)同步输入端允许最大同步电流：2004）移相电压范围：-0.5V（VS-2）V（13V）5）移相范围：1706）锯齿波幅度：（VS-2）V（13V）7）输出脉冲：幅度：高电平（VS-2.5）V；低电平：2V宽度：无C12:#30S左右有C12：（400 600）SnF最大输出能力：55m（流出脉冲电流）8）2347脉冲电压输出端输出能力：2m（灌入脉冲电流）9）封装：采用16脚塑料双列直插封装10）允许使用温度：-10C 70C。2、图 7-5中的 RP1、RP2、RP3为 N1、N2、N3脚引脚的可变电阻，它们是用来调节三相锯齿波的斜率的。3、图中SA、SB、SC为三相同步电压，它由同步变压器US、USB、USC三端引入，经阻容滤波电路将使相位滞后40左右后，送往N1、N2、N3的脚。由于阻容值有误差，移相角度会有差异，会使三相触发波形不对称。因此在各相同步电压输入处，再增设一可变电阻（22K），以调节移相相位，使三相输出电压相位对称互差120。4、控制电压UC同时经限流电阻送往N1、N2、N3的（11）脚（去与锯齿波进行比较）。5、图中集成电路N0为CD4011，它是四个2输入与非门，由它构成的电路，由图78所示，是一个他激式（“0”有效）环形振荡器。此电路从N1N3的脚接收到KC785输出的脉冲信号，经电路形成振荡后，通过脚（6脚为 N1N3的脉冲信号禁止端）使 KC785输出的脉冲变成脉冲列（脉冲列的前沿陡，幅值高，功耗小）。脉冲列的频率为（510）KHz。6、图中N4为KC41C，它的内部结构原理示意图和应用实例，见图7-9。它的作用是对N1N3经14、15脚输出的基本脉冲，通过输入二极管再产生一个补脉冲。例如2*脚输入脉冲时，它通过二极管D1同时给V1基极送出一个脉冲信号，使VT2、VT1能同时导通。参见图7-9）。图中V7为电子开关，当7*脚为“0”时，V7截止，各路将有脉冲输出；当7*脚为“1”（悬空）时，由 16*脚输入的+15V电压，将使 V7导通，将输出通路封锁（置零）。因此将 7*脚引出，作封锁信号 CR（输入“1”信号）。元件中的稳压管提供阀值电压，以防止误触发。元件的16*脚接+15V电源，8*脚接地。7、由KC41C输出的触发脉冲，经功率放大，再经脉冲变压器，送往VT1VT6六个晶闸管的G、K极。8、在图7-5中，在脉冲变压器一次侧续流（二极管）回路中，串接一个18V的稳压管，是为了使脉冲电流迅速减小（以增加脉冲后沿陡度），而过电压又不致过大（18V）。此电路的供电电源有+12V、+15V和+24V三组，不要搞错。三、实验设备亚龙YL-209型实验装置的单元（8）、（9）2、双踪示波器3、万用表4、变阻器四、实验内容与步骤1、将整流变压器联成 Dy11接法，将同步变压器联成 Yy10接法，不接负载。将它们的一次侧接上 220V380V电源，用示波器测量 U1, U和 US的幅值与波形，观察后者是否较前者超前 30。同时测量12V电源电压是否正常。2、切断电源，将整流变压器输出 U、UB、UC分别接入主电路的 L1、L2和 L3输入端。3、在主电路的输出端 U1和 U2间接上一电阻负载（变阻器）。4、触发电路接上+12V,+15V及+24V电源，输入同步电压（16.5V），控制电压 UC端接在稳压电源上，Uc在 08V间进行调节，先使 UC为 4V左右，用万用表及示波器，观测 N1的脚（锯齿波）及 14、15脚的输出（双脉冲列）的幅值与波形。由图 7-7可见，当控制电压 UC（即图中 V11）为最小时，a为最小，此时输出电压为最大。反之，当 UC8V时，触发脉冲消失，Ud=0。调节 RP1，使 N1锯齿波的幅值为 7.87.9V，当 UC1增大到最大（8V左右）时，再适当调节RP1，使N1的脉冲刚好消失。5、再以 N1的锯齿波为基准，调节 RP2和 RP3，使 N2和 N3锯齿波的斜率与 N1相同（用示波器观察）。6、调节控制电压 Uc，使 Uc由 08V，观察脉冲的移相范围。并测量 6个触发脉冲，是否互差60，并记录下触发脉冲的波形。7、测量N4的10#15#脚的输出脉冲的幅值与相位。若各触发脉冲正确无误（如图7-2所示）。则在切断电源后，将脉冲变压器的输出接到对应的六个晶闸管的G、K极。8、合上电源，观测电阻负载上的电压的数值与波形，调节 UC的大小，使控制角分别为30、60、90及120，记录电压的平均值与波形。9、调节变阻器及 UC使电流 Id=1.5,测量电流互感器输出的电压数值。（I1与 I2间或 I2与 I3间）。10、测量60时，VT1元件K、A间的电压波形。11、若6只晶闸管中，有一只（设VT2损坏除去它的触发脉冲）重新测量Ud的幅值与波形，并从晶闸管的波形去判断该元件是否正常。五、实验注意事项1、由于这为一大型实验，涉及许多理论知识，因此实验前要复习电力电子课程的相关基础知识，并仔细阅读实验指导书，列出实验步骤。2、由于实验联线较多，因此，应联好一单元，检查一单元，并测试是否正常。只有在确保各单元工作正常无误的情况下，才可将各单元联接起来。3、实验中有多处要用示波器进行比较测量，要注意找出两个探头公共端的接线处，否则很易造成短路。六、实验报告1、记下，电源