15电力电子实验指导书

1、电力电子技术实验指导书实验一锯齿波同步移相触发电路实验一、实验目的(1) 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(2) 掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03-1晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等 模块。3双踪示波器自备三、实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路的原理图参见挂件说明。锯齿波同步移相触发电路 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，其工作 原理可参见挂件说明和电力电子技术教材中的相关内容。四、实验内容(1) 锯齿波同步移

2、相触发电路的调试。(2) 锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。五、预习要求(1) 阅读电力电子技术教材中有关锯齿波同步移相触发电路的内容，弄清锯齿波同步移相触发电路的工作原理。(2) 掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。六、思考题(1) 锯齿波同步移相触发电路有哪些特点？(2) 锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关？(3) 为什么锯齿波同步移相触发电路的脉冲移相范围比正弦波同步移相触发 电路的移相范围要大？七、实验方法(1) 将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧 ，使输出线电压 为200V (不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常

3、工作电源电压为220V 10%而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工 作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），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

4、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”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“ 3”点电压U和“6”点电压U6的对应关系。调节触发脉冲的移相范围将控制电压Ut调至零（将电位器RP2顺时针旋到底），用示波器观察同步电压 信号和“ 6”点U6的波形，调节偏移电压Ub（即调RP3fe位器），使a =170°,其波 形如图2-1所示。图2-1锯齿波同步移相触发电路（3）调节Ut （即电位器RP2使a =60°,观察并记录UU6及输出“ G K” 脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并

5、记录在下表中（可在示波器上直接读出， 读数时应将示波器的“ V/DIV”和“ t/DIV ”微调旋钮旋到校准位置）。U1U2U3U4U5U6幅值(V)宽度(ms)八、实验报告 整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在UCt=0的条件下，使a =90°,如何调整？(3) 讨论、分析实验中出现的各种现象。九、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。(2) 由于正弦波

6、触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如 需将a调节到逆变区，除了调节 RP外，还需调节RP电位器。(3) 由于脉冲“G'、“K'输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时， 需将输出端“ G'和“K'分别接到晶闸管的门极和阴极(或者也可用约 100Q左 右阻值的电阻接到“ G'、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值)，否则 无法观察到正确的脉冲波形。实验二单相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的(1) 加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。(2) 研究单相桥式变流电路整流的全过程。(3) 研究单相桥式变流电路逆变的全过程，

7、掌握实现有源逆变的条件。(4) 掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK03-1晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4DJK10变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 等模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备、实验线路及原理图6-1为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载 F用 D42三相可调电阻 器，将两个900Q接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH

8、直流电压、电 流表均在DJK02S板上。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I”和“ U”。图6-2为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上 负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器 反馈回电网。“三相不控整流”是 DJK101的一个模块，其“心式变压器”在此 做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心式变压器”的中压端Am Bm返回电网的电压从其高压端A、B俞出，为了避免输出的逆变电压过高而损坏心式 变压器，故将变压器接成丫/Y接法。图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用 相同。有关实现有源逆变的必要条件等内

9、容可参见电力电子技术教材的有关内 容。四、实验内容(1) 单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。(2) 单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。(3) 有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。五、预习要求(1) 阅读电力电子技术教材中有关单相桥式全控整流电路的有关内容。(2) 阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的内容，掌握实现有源逆变的基本条件。六、思考题实现有源逆变的条件是什么？在本实验中是如何保证能满足这些条件？七、实验方法（1）触发电路的调试将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V,用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”

10、 按钮，打开DJK03-1电源开关，用示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电 压波形。将控制电压UCt调至零（将电位器RP2顺时针旋到底），观察同步电压信号和“6” 点的波形，调节偏移电压Ub（即调RP如位器），使a =180°。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，否则无法进行整流和逆变。将DJKO上的正桥和反图6-1单相桥式整流实验原理图三相电源输岀三相IL源输出吩Ld3亦 IT1亦-TT三相不控w流JJDJK03-1ft!发电黯丨1图6-2 单相桥式有源逆变电路实验原理图（2）单相桥式全控整流按图6-1接线，将电阻器放在最大

11、阻值处，按下“启动”按钮，保持Ub偏移电压不变（即RP：固定），逐渐增加UCt （调节RP2，在a =0°、30°、60°、90°、120°时，用示波器观察、记录整流电压Ud和晶闸管两端电压UVt的波形，并 记录电源电压U2和负载电压U的数值于下表中。a30 °60 °90 °120 °U2Ud （记录值）Ud （计算值）计算公式：Ud= O.9U2（1+cos a ）/2（3）单相桥式有源逆变电路实验按图6-2接线，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RP3S定），逐渐

12、增加UCt （调节RP2，在B =30°、60°、90°时, 观察、记录逆变电流Id和晶闸管两端电压Ut的波形，并记录负载电压Ud的数值于 下表中。30 °60 °90 °U2U (记录值)U (计算值)(4) 逆变颠覆现象的观察调节UCt,使a =150°,观察U波形。突然关断触发脉冲(可将触发信号拆去), 用双踪慢扫描示波器观察逆变颠覆现象，记录逆变颠覆时的Ud波形。八、实验报告(1) 画出 a =30°、60°、90°、120°、150° 时Ud和UVt的波形。画出电路

13、的移相特性U=f( a )曲线。(3) 分析逆变颠覆的原因及逆变颠覆后会产生的后果。九、注意事项(1) 参照实验三的注意事项 在本实验中，触发脉冲是从外部接入 DJKO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uif及ur悬空，避免误触发。(3) 为了保证从逆变到整流不发生过流，其回路的电阻F应取比较大的值，但也要考虑到晶闸管的维持电流，保证可靠导通。实验三三相桥式全控整流及有源逆变电路实验、实验目的(1) 加深理解三相桥式全控整流及有源逆变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。、实验所需挂件及附件序号型

14、号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK02-1三相晶闸管触发电 路该挂件包含“触发电路”，“正反桥功放”等几 个模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5DJK10变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6D42三相可调电阻7双踪示波器自备8万用表自备、实验线路及原理实验线路如图9-1及图9-2所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，触发电路为DJK02-仲的集成触发电路，由KC04KC4I、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的

15、原理可参考挂件说明的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见 电力电子技术教材的有关内容。图9-1三相桥式全控整流电路实验原理图在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及 心式变压器均在DJK1(挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电 压接心式变压器的中压端Am Bm Cm返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变 压器接成丫/Y接法。图中的R均使用D42三相可调电阻，将两个 900Q接成并联形式；电感 Ld在 DJK02面板上，选用700mH直流电压、电流表由DJK02获得。三相电源输岀三相心式变压器不捽 整Id触发电路匸桥功放Gl KK6 jlll

16、f图9-2三相桥式有源逆变电路实验原理图四、实验内容(1) 三相桥式全控整流电路。(2) 三相桥式有源逆变电路。(3) 在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障(人为模拟)时观测主电路的各电压波形。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。(2) 阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源 逆变的基本条件。(3) 学习有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。六、思考题(1) 如何解决主电路和触发电路的同步问题 ?在本实验中主电路三相电源的 相序可任意设定吗 ?(2) 在本实验的整流及逆变时，对a角有什么要求 ？为什么？七、实验方

17、法DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试 打开DJK0总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示” 开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。 将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 用10芯的扁平电缆，将DJK02勺“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DJK06E的“给定”输出U直接与DJK02-1上的移相控制电压UC

18、t相接，将 给定开关S2拨到接地位置(即UCt=0)，调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双 踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使a =150°(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° ) 。 适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上 “脉冲观察孔”的波形， 此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。 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

19、入” 相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。 将DJK02-1面板上的U端接地，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，并将DJK02“正桥触发脉 冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉 冲是否正常。（2）三相桥式全控整流电路按图9-1接线，将DJK06k的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使电阻 器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使a 角在30°150。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I d保持在0.6A左右（注意I

20、d不得超过0.65A） o用示波器观察并记录a =30°、60° 及90°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVt的波形，并记录相应的Ud数值于下表 中。a30?60?90?Ud （记录值）Ud/LbUd（计算值）计算公式：Ud=2.34U2COS a（0600）Ud=2.34U21+cos（a+） （60。120°）3（3）三相桥式有源逆变电路按图9-2接线，将DJK061的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），将电阻 器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使B 角在30°90°范围内调节，同时，根据需要不断

21、调整负载电阻R,使得电流Id保持在0.6A左右（注意I d不得超过0.65A） °用示波器观察并记录B =30°、60°、 90°时的电压Ud和晶闸管两端电压U/t的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。30?60?90?Ud （记录值）Ud心Ud（计算值）计算公式：Ud=2.34U2COS（180°- B ）(4) 故障现象的模拟当B =60°时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触 发脉冲时的故障，观察并记录这时的Ud、U/t波形的变化情况。八、实验报告(1)画出电路的移相特性U =f( a )。 画出触发电路的传输

22、特性a =f(U ct)。(3) 画出a =30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压U和晶闸管两端 电压U/T的波形。(4) 简单分析模拟的故障现象。九、注意事项(1) 可参考实验五的注意事项(1)、(2)(2) 为了防止过流，启动时将负载电阻 R调至最大阻值位置。(3) 三相不控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变用直流电 源的电压值。有时会发现脉冲的相位只能移动120。左右就消失了，这是因为A、C两相 的相位接反了，这对整流状态无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到120°， 使实验效果不明显，用户可自行将

23、四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保 证有足够的移相范围。实验四单相交流调压电路实验一、实验目的熟悉用双向可控硅组成的交流调压电路的结构与工作原理二、实验所需挂件及附件序号型号备注1.DJK01电源控制屏2.DJK22单相交流调压/调功电路3.慢扫描双踪示波器自备4.万用表自备、实验线路及原理将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，可以通过改变电压、电流、频率和相位等参数。只改变相位而不改变交流电频率的控制，在交流电力控制中 称为交流调压。单相交流调压的典型电路如图 1所示。x1130Hz(0 220 )/200Cl ;=图1单相交流调压电路本实验采用双向可控硅BCR(Z0409MF取

24、代由两个单向可控硅SCR反并联 的结构形式，并利用RC充放电电路和双向触发二极管 DB3的特点，在每半个周 波内，通过对双向可控硅的通断进行移相触发控制， 可以方便地调节输出电压的 有效值。由图2可见，正负半周控制角a的起始时刻均为电源电压的过零时刻，且正负半周的控制角相等，可见负载两端的电压波形只是电源电压波形的一部 份。在电阻性负载下，负载电流和负载电压的波形相同，a角的移相范围为0Wa<n , a =0时,相当于可控硅一直导通,输入电压为最大值，U0=Ui灯最亮；随 着a的增大，U0逐渐降低，灯的亮度也由亮变暗,直至a =n时，U0=0,灯熄灭。此外a =0时，功率因数COS © =1,随着a的增大，输入电流滞后于电压且发生畸 变，COS ©也逐渐降低,且对电网电压电流造成