15電力電子實驗指導(dǎo)書

1、電力電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書實驗一鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗一、實驗?zāi)康?1) 加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用(2) 掌握鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試方法。、實驗所需掛件及附件序號型號備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK03-1晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“鋸齒波同步移相觸發(fā)電路”等 模塊。3雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的原理圖參見掛件說明。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其工作 原理可參見掛件說明和電力電子技術(shù)教材中的相關(guān)內(nèi)容。四、實驗內(nèi)容(1) 鋸齒波同步移

2、相觸發(fā)電路的調(diào)試。(2) 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路各點波形的觀察和分析。五、預(yù)習(xí)要求(1) 閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的內(nèi)容，弄清鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理。(2) 掌握鋸齒波同步移相觸發(fā)電路脈沖初始相位的調(diào)整方法。六、思考題(1) 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路有哪些特點？(2) 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的移相范圍與哪些參數(shù)有關(guān)？(3) 為什么鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的脈沖移相范圍比正弦波同步移相觸發(fā) 電路的移相范圍要大？七、實驗方法(1) 將DJK01電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè) ，使輸出線電壓 為200V (不能打到“交流調(diào)速”側(cè)工作，因為DJK03-1的正常

3、工作電源電壓為220V 10%而“交流調(diào)速”側(cè)輸出的線電壓為240V。如果輸入電壓超出其標(biāo)準(zhǔn)工 作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至?xí)?dǎo)致掛件的損壞。在“DZSZ-型電機(jī)及自動控制實驗裝置”上使用時，通過操作控制屏左側(cè)的自藕調(diào)壓器，將輸出的線電壓調(diào)到220V左右，然后才能將電源接入掛件），用兩根導(dǎo)線將200V交流電壓接 到DJK03-1的“外接220V”端，按下“啟動”按鈕，打開DJK03-1電源開關(guān)，這時 掛件中所有的觸發(fā)電路都開始工作，用雙蹤示波器觀察鋸齒波同步觸發(fā)電路各觀 察孔的電壓波形。 同時觀察同步電壓和“ 1”點的電壓波形，了解“ 1”點波形形成的原因。 觀察“ 1”、“ 2”點的電

4、壓波形，了解鋸齒波寬度和“ 1”點電壓波形的 關(guān)系。 調(diào)節(jié)電位器RP1,觀測“2”點鋸齒波斜率的變化。 觀察“3”“6”點電壓波形和輸出電壓的波形，記下各波形的幅值與寬度，并比較“ 3”點電壓U和“6”點電壓U6的對應(yīng)關(guān)系。調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的移相范圍將控制電壓Ut調(diào)至零（將電位器RP2順時針旋到底），用示波器觀察同步電壓 信號和“ 6”點U6的波形，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub（即調(diào)RP3fe位器），使a =170°,其波 形如圖2-1所示。sfiir1L- *y11圖2-1鋸齒波同步移相觸發(fā)電路（3）調(diào)節(jié)Ut （即電位器RP2使a =60°,觀察并記錄UU6及輸出“ G K” 脈沖電壓的

5、波形，標(biāo)出其幅值與寬度，并記錄在下表中（可在示波器上直接讀出， 讀數(shù)時應(yīng)將示波器的“ V/DIV”和“ t/DIV ”微調(diào)旋鈕旋到校準(zhǔn)位置）。U1U2U3U4U5U6幅值(V)寬度(ms)八、實驗報告 整理、描繪實驗中記錄的各點波形，并標(biāo)出其幅值和寬度?？偨Y(jié)鋸齒波同步移相觸發(fā)電路移相范圍的調(diào)試方法，如果要求在UCt=0的條件下，使a =90°,如何調(diào)整？(3) 討論、分析實驗中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。九、注意事項(1) 雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與 示波器的外殼相連，所以兩探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個 點上，否則這兩點會通過示波器外殼發(fā)生電

6、氣短路。(2) 由于正弦波觸發(fā)電路的特殊性，我們設(shè)計移相電路的調(diào)節(jié)范圍較小，如 需將a調(diào)節(jié)到逆變區(qū)，除了調(diào)節(jié) RP外，還需調(diào)節(jié)RP電位器。(3) 由于脈沖“G'、“K'輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時，需將輸出端“ G'和“K'分別接到晶閘管的門極和陰極(或者也可用約100Q左右阻值的電阻接到“ G'、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值)，否則 無法觀察到正確的脈沖波形。實驗二單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一、實驗?zāi)康?1) 加深理解單相橋式全控整流及逆變電路的工作原理。(2) 研究單相橋式變流電路整流的全過程。(3) 研究單相橋式變

7、流電路逆變的全過程，掌握實現(xiàn)有源逆變的條件(4) 掌握產(chǎn)生逆變顛覆的原因及預(yù)防方法。二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK02晶閘管主電路該掛件包含“晶閘管”以及“電感”等幾個模塊。3DJK03-1晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“鋸齒波同步觸發(fā)電路”模塊。4DJK10變壓器實驗該掛件包含“逆變變壓器”以及“三相不控整流” 等模塊。5D42三相可調(diào)電阻6雙蹤示波器自備7萬用表自備、實驗線路及原理圖6-1為單相橋式整流帶電阻電感性負(fù)載，其輸出負(fù)載 F用 D42三相可調(diào)電阻 器，將兩個900Q接成并聯(lián)形式，電抗Ld用DJK02

8、面板上的700mH直流電壓、電 流表均在DJK02S板上。觸發(fā)電路采用DJK03-1組件掛箱上的“鋸齒波同步移相觸 發(fā)電路I”和“ U”。圖6-2為單相橋式有源逆變原理圖，三相電源經(jīng)三相不控整流，得到一個上 負(fù)下正的直流電源，供逆變橋路使用，逆變橋路逆變出的交流電壓經(jīng)升壓變壓器 反饋回電網(wǎng)。“三相不控整流”是 DJK101的一個模塊，其“心式變壓器”在此 做為升壓變壓器用，從晶閘管逆變出的電壓接“心式變壓器”的中壓端Am Bm返回電網(wǎng)的電壓從其高壓端A、B俞出，為了避免輸出的逆變電壓過高而損壞心式 變壓器，故將變壓器接成丫/Y接法。圖中的電阻R、電抗Ld和觸發(fā)電路與整流所用 相同。有關(guān)實現(xiàn)有源

9、逆變的必要條件等內(nèi)容可參見電力電子技術(shù)教材的有關(guān)內(nèi) 容。四、實驗內(nèi)容(1) 單相橋式全控整流電路帶電阻電感負(fù)載。(2) 單相橋式有源逆變電路帶電阻電感負(fù)載。(3) 有源逆變電路逆變顛覆現(xiàn)象的觀察。五、預(yù)習(xí)要求(1) 閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)單相橋式全控整流電路的有關(guān)內(nèi)容。(2) 閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)有源逆變電路的內(nèi)容，掌握實現(xiàn)有源逆變的基本條件。六、思考題實現(xiàn)有源逆變的條件是什么？在本實驗中是如何保證能滿足這些條件？七、實驗方法（1）觸發(fā)電路的調(diào)試將DJK01電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè)使輸出線電壓為200V,用兩根導(dǎo)線將200V交流電壓接到DJK03-1的“外接220V

10、”端，按下“啟動” 按鈕，打開DJK03-1電源開關(guān)，用示波器觀察鋸齒波同步觸發(fā)電路各觀察孔的電 壓波形。將控制電壓UCt調(diào)至零（將電位器RP2順時針旋到底），觀察同步電壓信號和“6” 點的波形，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub（即調(diào)RP如位器），使a =180°。將鋸齒波觸發(fā)電路的輸出脈沖端分別接至全控橋中相應(yīng)晶閘管的門極和陰極，注意不要把相序接反了，否則無法進(jìn)行整流和逆變。將DJKO上的正橋和反圖6-1單相橋式整流實驗原理圖一 wili:uj m-1 牡忡融發(fā)電.11粒赴電 11<A)"Ld三相IL源輸出in三相不控做流JJ圖6-2 單相橋式有源逆變電路實驗原理圖（2）單相橋式全

11、控整流按圖6-1接線，將電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，保持Ub偏移電壓不變（即RP：固定），逐漸增加UCt （調(diào)節(jié)RP2，在a =0°、30°、60°、90°、120°時，用示波器觀察、記錄整流電壓Ud和晶閘管兩端電壓UVt的波形，并 記錄電源電壓U2和負(fù)載電壓U的數(shù)值于下表中。a30 °60 °90 °120 °Ud （記錄值）Ud （計算值）計算公式：Ud= O.9U2（1+cos a ）/2（3）單相橋式有源逆變電路實驗按圖6-2接線，將電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，保持 Ub偏

12、移 電壓不變（即RP3S定），逐漸增加UCt （調(diào)節(jié)RP2，在B =30°、60°、90°時, 觀察、記錄逆變電流Id和晶閘管兩端電壓Ut的波形，并記錄負(fù)載電壓Ud的數(shù)值于 下表中。30 °60 °90 °U2U (記錄值)U (計算值)(4) 逆變顛覆現(xiàn)象的觀察調(diào)節(jié)UCt,使a =150°,觀察U波形。突然關(guān)斷觸發(fā)脈沖(可將觸發(fā)信號拆去), 用雙蹤慢掃描示波器觀察逆變顛覆現(xiàn)象，記錄逆變顛覆時的Ud波形。八、實驗報告(1) 畫出 a =30°、60°、90°、120°、150°

13、; 時Ud和UVt的波形。畫出電路的移相特性U=f( a )曲線。(3) 分析逆變顛覆的原因及逆變顛覆后會產(chǎn)生的后果。九、注意事項(1) 參照實驗三的注意事項 在本實驗中，觸發(fā)脈沖是從外部接入 DJKO面板上晶閘管的門極和陰極， 此時,應(yīng)將所用晶閘管對應(yīng)的正橋觸發(fā)脈沖或反橋觸發(fā)脈沖的開關(guān)撥向“斷”的 位置，并將uif及ur懸空，避免誤觸發(fā)。(3) 為了保證從逆變到整流不發(fā)生過流，其回路的電阻F應(yīng)取比較大的值，但也要考慮到晶閘管的維持電流，保證可靠導(dǎo)通。實驗三三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、實驗?zāi)康?1) 加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理了解KC系列集成觸發(fā)器的調(diào)整方法和各點

14、的波形。二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電 路該掛件包含“觸發(fā)電路”，“正反橋功放”等幾 個模塊。4DJK06給定及實驗器件該掛件包含“二極管”等幾個模塊。5DJK10變壓器實驗該掛件包含“逆變變壓器”以及“三相不控整流”。6D42三相可調(diào)電阻7雙蹤示波器自備8萬用表自備三、實驗線路及原理實驗線路如圖9-1及圖9-2所示。主電路由三相全控整流電路及作為逆變直流 電源的三相不控整流電路組成，觸發(fā)電路為DJK02-仲的集成觸發(fā)電路，由KC04 KC4I、KC42等集成芯片組成，可輸

15、出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。集成觸發(fā)電路的原理可參考掛件說明的有關(guān)內(nèi)容，三相橋式整流及逆變電路的工作原理可參見 電力電子技術(shù)教材的有關(guān)內(nèi)容。三相電源輸出發(fā)路觸電圖9-1三相橋式全控整流電路實驗原理圖在三相橋式有源逆變電路中，電阻、電感與整流的一致，而三相不控整流及 心式變壓器均在DJK1(掛件上，其中心式變壓器用作升壓變壓器，逆變輸出的電 壓接心式變壓器的中壓端Am Bm Cm返回電網(wǎng)的電壓從高壓端A、B、C輸出，變 壓器接成丫/Y接法。圖中的R均使用D42三相可調(diào)電阻，將兩個 900Q接成并聯(lián)形式；電感 Ld在 DJK02面板上，選用700mH直流電壓、電流表由DJK02獲得。三相電源輸出三

16、相心式變壓器©11R觸發(fā)圖9-2三相橋式有源逆變電路實驗原理圖四、實驗內(nèi)容(1) 三相橋式全控整流電路。(2) 三相橋式有源逆變電路。(3) 在整流或有源逆變狀態(tài)下，當(dāng)觸發(fā)電路出現(xiàn)故障(人為模擬)時觀測主電路的各電壓波形。五、預(yù)習(xí)要求(1)閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)三相橋式全控整流電路的有關(guān)內(nèi)容。(2) 閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)有源逆變電路的有關(guān)內(nèi)容，掌握實現(xiàn)有源 逆變的基本條件。(3) 學(xué)習(xí)有關(guān)集成觸發(fā)電路的內(nèi)容，掌握該觸發(fā)電路的工作原理。六、思考題(1) 如何解決主電路和觸發(fā)電路的同步問題？在本實驗中主電路三相電源的相序可任意設(shè)定嗎？(2) 在本實驗的整流及逆變時，對a角有什么

17、要求 ？為什么？七、實驗方法DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開DJK0總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示” 開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。 將DJK01“電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)。 用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1 “三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關(guān)，撥動“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。 觀察A、B C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器(在 各觀測孔左側(cè))，使三相鋸齒波斜率盡可能一致。 將DJK06E的“給定”輸出U直接與DJK0

18、2-1上的移相控制電壓UCt相接，將 給定開關(guān)S2撥到接地位置(即UCt=0)，調(diào)節(jié)DJK02-1上的偏移電壓電位器，用雙 蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使a =150°(注意此處的a表示三相晶閘管電路中的移相角，它的 0°是從自然換流點開始 計算，前面實驗中的單相晶閘管電路的0°移相角表示從同步信號過零點開始計 算，兩者存在相位差，前者比后者滯后 30° ) o 適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DJK02-1上 “脈沖觀察孔”的波形， 此時應(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。 用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發(fā)

19、脈沖輸出”和“觸發(fā)脈沖輸入” 相連，使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端。 將DJK02-1面板上的U端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正橋觸 發(fā)脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DJK02“正橋觸發(fā)脈 沖”的六個開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈 沖是否正常。（2）三相橋式全控整流電路按圖9-1接線，將DJK06k的“給定”輸出調(diào)到零（逆時針旋到底），使電阻 器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，調(diào)節(jié)給定電位器，增加移相電壓，使a 角在30°150。范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時，根據(jù)需要不斷調(diào)整負(fù)載電阻 R,使得負(fù)載電 流I d保持

20、在0.6A左右（注意I d不得超過0.65A） o用示波器觀察并記錄a =30°、60° 及90°時的整流電壓Ud和晶閘管兩端電壓UVt的波形，并記錄相應(yīng)的Ud數(shù)值于下表 中。a30?60?90?Ud （記錄值）Ud/LbUd（計算值）計算公式：Ud=2.34U2COS a（0600）Ud=2.34U21+cos（a+） （60。120°）3（3）三相橋式有源逆變電路按圖9-2接線，將DJK061的“給定”輸出調(diào)到零（逆時針旋到底），將電阻 器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，調(diào)節(jié)給定電位器，增加移相電壓，使B 角在30°90°范圍內(nèi)

21、調(diào)節(jié)，同時，根據(jù)需要不斷調(diào)整負(fù)載電阻R,使得電流Id保持在0.6A左右（注意I d不得超過0.65A） °用示波器觀察并記錄B =30°、60°、 90°時的電壓Ud和晶閘管兩端電壓U/t的波形，并記錄相應(yīng)的Ud數(shù)值于下表中。30?60?90?Ud （記錄值）Ud心Ud（計算值）計算公式：Ud=2.34U2COS（180°- B ）(4) 故障現(xiàn)象的模擬當(dāng)B =60°時，將觸發(fā)脈沖鈕子開關(guān)撥向“斷開”位置，模擬晶閘管失去觸 發(fā)脈沖時的故障，觀察并記錄這時的Ud、U/t波形的變化情況。八、實驗報告(1)畫出電路的移相特性U =f( a

22、)。 畫出觸發(fā)電路的傳輸特性a =f(U ct)。(3) 畫出a =30°、60°、90°、120°、150°時的整流電壓U和晶閘管兩端 電壓U/T的波形。(4) 簡單分析模擬的故障現(xiàn)象。九、注意事項(1) 可參考實驗五的注意事項(1)、(2)(2) 為了防止過流，啟動時將負(fù)載電阻 R調(diào)至最大阻值位置。(3) 三相不控整流橋的輸入端可加接三相自耦調(diào)壓器，以降低逆變用直流電 源的電壓值。有時會發(fā)現(xiàn)脈沖的相位只能移動120。左右就消失了，這是因為A、C兩相 的相位接反了，這對整流狀態(tài)無影響，但在逆變時，由于調(diào)節(jié)范圍只能到120°， 使實驗

23、效果不明顯，用戶可自行將四芯插頭內(nèi)的A、C相兩相的導(dǎo)線對調(diào)，就能保 證有足夠的移相范圍。實驗四單相交流調(diào)壓電路實驗一、實驗?zāi)康氖煜び秒p向可控硅組成的交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)與工作原理二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1.DJK01電源控制屏2.DJK22單相交流調(diào)壓/調(diào)功電路3.慢掃描雙蹤示波器自備4.萬用表自備、實驗線路及原理將一種形式的交流電變成另一種形式的交流電，可以通過改變電壓、電流、頻率和相位等參數(shù)。只改變相位而不改變交流電頻率的控制，在交流電力控制中 稱為交流調(diào)壓。單相交流調(diào)壓的典型電路如圖 1所示。x1130Hz(0 220 )/200Cl ;=圖1單相交流調(diào)壓電路本實驗采用雙向可控硅

24、BCR(Z0409MF取代由兩個單向可控硅SCR反并聯(lián) 的結(jié)構(gòu)形式，并利用RC充放電電路和雙向觸發(fā)二極管 DB3的特點，在每半個周 波內(nèi)，通過對雙向可控硅的通斷進(jìn)行移相觸發(fā)控制， 可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的 有效值。由圖2可見，正負(fù)半周控制角a的起始時刻均為電源電壓的過零時刻，且正負(fù)半周的控制角相等，可見負(fù)載兩端的電壓波形只是電源電壓波形的一部 份。在電阻性負(fù)載下，負(fù)載電流和負(fù)載電壓的波形相同，a角的移相范圍為0Wa<n , a =0時,相當(dāng)于可控硅一直導(dǎo)通,輸入電壓為最大值，U0=Ui燈最亮；隨 著a的增大，U0逐漸降低，燈的亮度也由亮變暗,直至a =n時，U0=0,燈熄滅。此外a =0時，功率因數(shù)COS © =1,隨著a的增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸 變，COS ©也逐漸降