长安大学电力电子试验参考指导书

试验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路试验一、试验目标 (1)熟悉单结晶体管触发电路工作原理及电路中各元件作用。(2)掌握单结晶体管触发电路调试步骤和方法。(3)掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时工作。(4)了解续流二极管作用。二、试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”等多个模块。2DJK02晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”，和“电感”等多个模块。3DJK03-1晶闸管触发电路该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。4DJK06给定及试验器件该挂件包含“二极管”和“开关”等多个模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、试验线路及原理利用单结晶体管(又称双基极二极管)负阻特征和RC充放电特征，可组成频率可调自激振荡电路，图1所表示。图1中V6为单结晶体管，其常见型号有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，调整RP1即可改变C1充电回路中等效电阻。图1单结晶体管触发电路原理图图2单结晶体管触发电路各点电压波形(α=900)工作原理简述以下：由同时变压器副边输出60V交流同时电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点和电源电压过零点同时，梯形波经过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达成单结晶体管峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容经过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时因为放电时间常数很小，C1两端电压很快下降到单结晶体管谷点电压Uv，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端展现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断数次，但对晶闸管触发只有第一个输出脉冲起作用。电容C1充电时间常数由等效电阻等决定，调整RP1改变C1充电时间，控制第一个尖脉冲出现时刻，实现脉冲移相控制。单结晶体管触发电路各点波形图2所表示。电位器RP1已装在面板上，同时信号已在内部接好，全部测试信号全部在面板上引出。将DJK03-1挂件上单结晶体管触发电路输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上反桥中任意一个晶闸管门极和阴极，并将对应触发脉冲钮子开关关闭（预防误触发），图3中R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本试验中选择700mH。直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。四、试验内容(1)单结晶体管触发电路调试。(2)单结晶体管触发电路各点电压波形观察并统计。(3)单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2=f(α)特征测定。(4)单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用观察。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关单结晶体管内容，搞清单结晶体管触发电路工作原理。(2)复习单相半波可控整流电路相关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时工作波形。(3)掌握单相半波可控整流电路接不一样负载时Ud、Id计算方法。六、思索题(1)单结晶体管触发电路振荡频率和电路中电容C1数值有什么关系?(2)单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?怎样处理?七、试验方法(1)单结晶体管触发电路调试将DJK01电源控制屏电源选择开关打到“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“外接220V”端，按下“开启”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。调整移相电位器RP1，观察锯齿波周期改变及输出脉冲波形移相范围能否在30°～170°范围内移动?图3单相半波可控整流电路(2)单相半波可控整流电路接电阻性负载触发电路调试正常后，按图3电路图接线。将电阻器调在最大阻值位置，按下“开启”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压UVT波形，调整电位器RP1，观察α=30°、60°、90°、120°、150°时Ud、UVT波形，并测量直流输出电压Ud和电源电压U2，统计于下表中。α30°60°90°120°150°U2Ud（统计值）Ud/U2Ud（计算值）Ud=0.45U2(1+cosα)/2(3)单相半波可控整流电路接电阻电感性负载将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器和平波电抗器Ld串联而成）。暂不接续流二极管VD1，在不一样阻抗角[阻抗角φ=tg-1(ωL/R)，保持电感量不变，改变R电阻值,注意电流不要超出1A]情况下，观察并统计α=30°、60°、90°、120°时直流输出电压值Ud及UVT波形。α30°60°90°120°150°U2Ud(统计值）Ud/U2Ud（计算值）接入续流二极管VD1，反复上述试验，观察续流二极管作用,和UVD1波形改变。α30°60°90°120°150°U2Ud（统计值）Ud/U2Ud（计算值）计算公式:Ud=0.45U2(l十cosα)/2八、试验汇报(1)画出α=90°时，电阻性负载和电阻电感性负载Ud、UVT波形。(2)画出电阻性负载时Ud/U2=f(α)试验曲线，并和计算值Ud对应曲线相比较。(3)分析试验中出现现象，写出体会。九、注意事项(1)参考试验一注意事项。(2)在本试验中触发电路选择是单结晶体管触发电路，一样也能够用锯齿波同时移相触发电路来完成试验。(3)在试验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应正桥触发脉冲或反桥触发脉冲开关拨向“断”位置，避免误触发。(4)为避免晶闸管意外损坏，试验时要注意以下几点：①在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才能够接通主电路。②在接通主电路前，必需先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，才可逐步加大控制电压Uct，避免过流。③要选择适宜负载电阻和电感，避免过流。在无法确定情况下，应尽可能选择大电阻值。(5)因为晶闸管连续工作时，需要有一定维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其经过电流不能太小，不然可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。在本试验装置中，要确保晶闸管正常工作，负载电流必需大于50mA以上。(6)在试验中要注意同时电压和触发相位关系，比如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生位置是在同时电压上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生位置是在同时电压下半周，所以在主电路接线时应充足考虑到这个问题，不然试验就无法顺利完成。(7)使用电抗器时要注意其经过电流不要超出1A，确保线性。试验二单相桥式全控整流及有源逆变电路试验一、试验目标(1)加深了解单相桥式全控整流及逆变电路工作原理。(2)研究单相桥式变流电路整流全过程。(3)研究单相桥式变流电路逆变全过程，掌握实现有源逆变条件。(4)掌握产生逆变颠覆原因及预防方法。二、试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”等多个模块。2DJK02晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”和“电感”等多个模块。3DJK03-1晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同时触发电路”模块。4DJK10变压器试验该挂件包含“逆变变压器”和“三相不控整流”等模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、试验线路及原理图3为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电路采取DJK03-1组件挂箱上“锯齿波同时移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。图4为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出交流电压经升压变压器返馈回电网。“三相不控整流”是DJK10上一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出电压接“心式变压器”中压端Am、Bm，返回电网电压从其高压端A、B输出，为了避免输出逆变电压过高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。图中电阻R、电抗Ld和触发电路和整流所用相同。相关实现有源逆变必需条件等内容可参见电力电子技术教材相关内容。四、试验内容(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观察。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关单相桥式全控整流电路相关内容。(2)阅读电力电子技术教材中相关有源逆变电路内容，掌握实现有源逆变基础条件。六、思索题实现有源逆变条件是什么?在本试验中是怎样确保能满足这些条件?七、试验方法(1)触发电路调试锯齿波同时移相触发电路I、II由同时检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等步骤组成，其原理图图1所表示。图1锯齿波同时移相触发电路I原理图由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同时检测步骤，其作用是利用同时电压UT来控制锯齿波产生时刻及锯齿波宽度。由V1、V2等元件组成恒流源电路，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经过R4、V3放电。调整电位器RP1能够调整恒流源电流大小，从而改变了锯齿波斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而组成移相控制步骤，RP2、RP3分别调整控制电压Uct和偏移电压Ub大小。V6、V7组成脉冲形成放大步骤，C5为强触发电容改善脉冲前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电路各点电压波形图2所表示。本装置有两路锯齿波同时移相触发电路，I和II，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出触发脉冲相位和I恰好互差180O，供单相整流及逆变试验用。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱面板上，同时变压器副边已在挂箱内部接好，全部测试信号全部在面板上引出。图2锯齿波同时移相触发电路I各点电压波形(α=900)将DJK01电源控制屏电源选择开关打到“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“外接220V”端，按下“开启”按钮，打开DJK03-1电源开关，用示波器观察锯齿波同时触发电路各观察孔电压波形。将控制电压Uct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，观察同时电压信号和“6”点U6波形，调整偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α=180°。将锯齿波触发电路输出脉冲端分别接至全控桥中对应晶闸管门极和阴极，注意不要把相序接反了，不然无法进行整流和逆变。将DJKO2上正桥和反桥触发脉冲开关全部打到“断”位置,并使Ulf和Ulr悬空，确保晶闸管不被误触发。(2)单相桥式全控整流图3单相桥式整流试验原理图按图3接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“开启”按钮，保持Ub偏移电压不变(即RP3固定)，逐步增加Uct（调整RP2），在α=0°、30°、60°、90°、120°时，用示波器观察、统计整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt波形，并统计电源电压U2和负载电压Ud数值于下表中。α30°60°90°120°U2Ud（统计值）Ud（计算值）计算公式:Ud＝O.9U2(1+cosα)/2(3)单相桥式有源逆变电路试验图4单相桥式有源逆变电路试验原理图按图4接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“开启”按钮，保持Ub偏移电压不变(即RP3固定)，逐步增加Uct（调整RP2），在β=30°、60°、90°时，观察、统计逆变电流Id和晶闸管两端电压Uvt波形，并统计负载电压Ud数值于下表中。β30°60°90°U2Ud（统计值）Ud（计算值）(4)逆变颠覆现象观察调整Uct,使α=150°，观察Ud波形。忽然关断触发脉冲（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，统计逆变颠覆时Ud波形。八、试验汇报(1)画出α=30°、60°、90°、120°、150°时Ud和UVT波形。(2)画出电路移相特征Ud=f(α)曲线。(3)分析逆变颠覆原因及逆变颠覆后会产生后果。九、注意事项(1)参考试验四注意事项(2)在本试验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应正桥触发脉冲或反桥触发脉冲开关拨向“断”位置，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。(3)为了确保从逆变到整流不发生过流，其回路电阻R应取比较大值，但也要考虑到晶闸管维持电流，确保可靠导通。试验三直流斩波电路原理试验一、试验目标(1)加深了解斩波器电路工作原理。(2)掌握斩波器主电路、触发电路调试步骤和方法。(3)熟悉斩波器电路各点电压波形。二、试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”等多个模块。2DJK05直流斩波电路该挂件包含触发电路及主电路两个部分。3DJK06给定及试验器件该挂件包含“给定”和“开关”等模块。4D42三相可调电阻5双踪示波器自备6万用表自备三、试验线路及原理本试验采取脉宽可调晶闸管斩波器，主电路图1所表示。其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管,C和L1组成振荡电路,它们和VD2、VD1、L2组成VT1换流关断电路。当接通电源时，C经L1、VD2、L2及负载充电至+Ud0，此时VT1、VT2均不导通，当主脉冲到来时，VT1导通，电源电压将经过该晶闸管加到负载上。当辅助脉冲到来时，VT2导通，C经过VT2、L1放电，然后反向充电，其电容极性从+Ud0变为-Ud0，当充电电流下降到零时，VT2自行关断，此时VT1继续导通。VT2关断后，电容C经过VD1及VT1反向放电，流过VT1电流开始减小，当流过VT1反向放电电流和负载电流相同时候，VT1关断；此时，电容C继续经过VD1、L2、VD2放电，然后经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，电源停止输出电流，等候下一个周期触发脉冲到来。VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。图1斩波主电路原理图从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现时刻即可调整输出电压脉宽,从而可达成调整输出直流电压目标。VT1、VT2触发脉冲间隔由触发电路确定。斩波器触发电路图1-27所表示，其原理可参见1-3节内容。试验接线图2所表示，电阻R用D42三相可调电阻，用其中一个900Ω电阻；励磁电源和直流电压、电流表均在控制屏上。图2直流斩波器试验线路图四、试验内容(1)直流斩波器触发电路调试。(2)直流斩波器接电阻性负载。(3)直流斩波器接电阻电感性负载（选做）。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关斩波器内容，搞清脉宽可调斩波器工作原理。(2)学习本教材1-3节中相关斩波器及其触发电路内容，掌握斩波器及其触发电路工作原理及调试方法。六、思索题(1)直流斩波器有哪多个调制方法?本试验中斩波器为何种调制方法?(2)本试验采取斩波器主电路中电容C起什么作用?七、试验方法(1)斩波器触发电路调试斩波器触发电路由三部分组成，图4为斩波器触发电路原理图。第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值均可调锯齿波发生器。电位器RP1用来调整锯齿波上下位置，电位器RP2用来调整锯齿波频率（频率从100到700Hz可调）。因为晶闸管开关速度及LC振荡频率所限，所以在斩波试验中我们通常选择200Hz这一范围。第二部分是比较器部分。比较器U3输入一路是锯齿波信号，另一路是给定电平信号，输出为前沿固定后沿可调方波信号。改变输入电平信号值，则对应改变了输出方波占空比。图3DJK05面板图图4斩波器触发电路原理图第三部分是比较器产生方波送到4098双单稳电路U4，单稳电路则在方波前沿和后沿分别产生两个脉冲，图5所表示，其后沿脉冲随方波宽度改变而移动，前沿脉冲相位则保持不变，输出脉冲经三极管放大经过脉冲变压器输出。将上述两脉冲分别送至主晶闸管及辅助晶闸管，其中方波前沿触发脉冲G1、K1接主晶闸管VT1，以后沿触发脉冲G2、K2接辅助晶闸管VT2。a）单稳电路输入波形b）主晶闸管触发电路