電力電子技術實驗報告

1、實 驗 報 告 課程名稱： 電力電子技術 指導教師： 戴永濤 班 級： 供配電142 姓 名： 覃俊杰、張凱琦、謝林宏 學 號：20140459、20142380、20140442 成績評定： 指導教師簽字： 2016 年 6 月 1 日實驗一、 單結晶體管觸發(fā)電路一、實驗目的(1) 熟悉單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理及電路中各元件的作用。(2) 掌握單結晶體管觸發(fā)電路的調試步驟與方法。(3) 熟悉與掌握單結晶體管觸發(fā)電路及其主要點的波形測量與分析。二、實驗所需掛掛箱及附件序號型 號備 注1MEC01 電源控制屏該控制屏包含“三相交流電源”等模塊2PAC14 晶閘管觸發(fā)電路組件該掛箱包含“單結晶

2、體管觸發(fā)電路”等模塊3PAC09A 交直流電源、變壓器及二極管組件該掛箱包含單相同步變壓器等幾個模塊4雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理利用單結晶體管(又稱雙基極二極管)的負阻特性和RC的充放電特性，可組成頻率可調的自激振蕩電路，如圖4-1所示。圖中V6為單結晶體管，其常用的型號有BT33和BT35兩種，由等效電阻V5和C1組成RC充電回路，由C1-V6-脈沖變壓器組成電容放電回路，調節(jié)RP1即可改變C1充電回路中的等效電阻。工作原理簡述如下：由同步變壓器副邊輸出60V的交流同步電壓，經VD1全波整流，再由穩(wěn)壓管V1、V2進行削波，從而得到梯形波電壓，其過零點與電源電壓的過零點同步，梯形波通過R

3、5及等效可變電阻V5向電容C1充電，當充電電壓達到單結晶體管的峰值電壓UP時，單結晶體管V6導通，電容通過脈沖變壓器原邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時由于放電時間常數很小，C1兩端的電壓很快下降到單結晶體管的谷點電壓UV，使V6關斷，C1再次充電，周而復始，在電容C1兩端呈現鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊輸出尖脈沖。在一個梯形波周期內，V6可能導通、關斷多次，但對晶閘管的觸發(fā)只有第一個輸出脈沖起作用。電容C1的充電時間常數由等效電阻等決定，調節(jié)RP1改變C1的充電的時間，控制第一個尖脈沖的出現時刻，實現脈沖的移相控制。單結晶體管觸發(fā)電路的各點波形如圖4-2所示。電位器RP1已裝在面板上，同步信

4、號已在內部接好，所有的測試信號都在面板上引出。圖4-1 單結晶體管觸發(fā)電路原理圖四、實驗內容(1) 單結晶體管觸發(fā)電路的調試。(2) 單結晶體管觸發(fā)電路各點電壓波形的觀察。五、實驗方法(1) 單結晶體管觸發(fā)電路的觀測用兩根4號導線將MEC01電源控制屏“三相交流電源”的單相220V交流電接到PAC09A的單相同步變壓器“220V”輸入端，再用兩根3號導線將“60V”輸出端接PAC14“單結晶體管觸發(fā)電路”模塊“60V”輸入端，按下“啟動”按鈕，這時觸發(fā)電路開始工作，用雙蹤示波器觀察單結晶體管觸發(fā)電路經全波整流后“1”點的波形，經穩(wěn)壓管削波得到“2”點的波形，調節(jié)移相電位器RP1，觀察“4”點鋸

5、齒波的周期變化及“5”點的觸發(fā)脈沖波形；最后觀測輸出的“G、K”觸發(fā)電壓波形，其能否在30°170°范圍內移相?(2) 單結晶體管觸發(fā)電路各點波形的記錄當30o、60o、90o、120o時，將單結晶體管觸發(fā)電路的各觀測點波形描繪下來，并與圖4-2的各波形進行比較。六、實驗報告(1) 畫出=60°時，單結晶體管觸發(fā)電路各點輸出的波形及其幅值。Tp1、2點波形 Tp2、3點波形 Tp3、4點波形 Tp4、5點波形 （2）畫出=30o、60o、90o、120o時，單結晶體管觸發(fā)電路各點輸出的波形及其幅值。 =30o時波形 =60o時波形七、注意事項雙蹤示波器有兩個探頭，

6、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，所以兩個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)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發(fā)生意外。實驗二、單相半波可控整流電路一、實驗目的(1) 掌握單結晶體管觸發(fā)電路的調試步驟和方法。(2) 掌握單相半波可控整流電路在電阻性負載及電阻電感性負載時的工作以及

7、其整流輸出電壓（Ud）波形。(3) 了解續(xù)流二極管的作用。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1MEC01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等模塊2PAC10 晶閘管及電抗器組件該掛箱包含“晶閘管”、“電抗器”等模塊3PAC09A 交直流電源、變壓器及二極管組件該掛箱包含“±15V”直流電源等幾個模塊4PAC14 晶閘管觸發(fā)電路組件該掛箱包含“單結晶體管觸發(fā)電路”等模塊5MEC21 直流數字電壓、電流表6MEC42 可調電阻器7雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理將PAC14掛件上的單結晶體管觸發(fā)電路的輸出端“G1”和“K1”接到PAC10掛件面板上的任意一個晶閘管的門極和陰極，

8、接線如圖4-9所示。圖中的R負載用MEC42掛箱的450電阻（將兩個900接成并聯形式）。電感Ld在PAC10面板上，有100mH、200mH兩檔可供選擇，本實訓中選用200mH，二極管VD1在PAC09A面板上。直流電壓表及直流電流表從MEC21掛箱上得到。圖4-9 單相半波可控整流電路接線圖四、實驗內容(1) 單結晶體管觸發(fā)電路的調試。(2) 單結晶體管觸發(fā)電路各點電壓波形的觀察并記錄。(3) 單相半波可控整流電路帶電阻性負載時Ud/U2= f()特性的測定。(4) 單相半波可控整流電路帶電阻電感性負載時續(xù)流二極管作用的觀察。五、實驗方法(1) 單結晶體管觸發(fā)電路的調試用兩根4號導線將ME

9、C01電源控制屏“三相交流電源”的單相220V交流電接到PAC09A的單相同步變壓器“220V”輸入端，再用兩根3號導線將“60V”輸出端接PAC14“單結晶體管觸發(fā)電路”模塊“60V”輸入端，按下“啟動”按鈕，用雙蹤示波器觀察單結晶體管觸發(fā)電路中整流輸出的梯形波電壓等波形。調節(jié)移相電位器RP1，觀察鋸齒波的周期變化及輸出脈沖波形的移相范圍能否在30°170°范圍內移動?(2) 單相半波可控整流電路接電阻性負載觸發(fā)電路調試正常后，按圖4-9電路圖接線。將電阻器調在最大阻值位置，按下“啟動”按鈕，用示波器觀察負載電壓Ud、晶閘管VT兩端電壓UVT的波形，調節(jié)電位器RP1，觀察

10、 =30°、60°、90°、120°、150°時Ud、UVT的波形，并測量直流輸出電壓Ud和電源電壓U2，記錄于下表中。30°60°90°120°150°U2220220220220Ud（記錄值）90.871.445.722.1Ud/U20.410.320.210.10Ud（計算值）92.474.349.524.8Ud=0.45U2(1+cos)/2(3) 單相半波可控整流電路接電阻電感性負載將負載電阻R改成電阻電感性負載（由電阻器與平波電抗器Ld串聯而成）。暫不接續(xù)流二極管VD1，在不同阻抗角

11、阻抗角 =tg-1(L/R)，保持電感量不變，改變R的電阻值,注意電流不要超過1A情況下，觀察并記錄 =30°、60°、90°、120°時的直流輸出電壓值Ud及UVT的波形。30°60°90°120°150°U2220220220220Ud(記錄值）86.873.05625.3Ud/U20.390.330.250.11Ud（計算值）92.474.349.524.8接入續(xù)流二極管VD1，重復上述實驗，觀察續(xù)流二極管的作用,以及UVD1波形的變化。30°60°90°120

12、6;150°U2220220220220Ud（記錄值）89.175.274.920.8Ud/U20.410.340.340.09Ud（計算值）92.474.349.524.8計算公式: Ud = 0.45U2(l十cos)/2六、實驗報告(1) 畫出=90°時，電阻性負載和電阻電感性負載的Ud、UVT波形。(2) 畫出電阻性負載時Ud/U2=f()的實驗曲線，并與計算值Ud的對應曲線相比較。(3) 分析實驗的現象，寫出體會。 30度°60度°90度°120度°電感90°電感60°電感30°電感120

13、76;二極管30°二極管60°二極管 90°二極管120°七、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，所以兩個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)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發(fā)生意外。(2) 在本實驗中觸

14、發(fā)電路選用的是單結晶體管觸發(fā)電路，同樣也可以用鋸齒波同步移相觸發(fā)電路來完成實驗。 (3) 在實驗中，觸發(fā)脈沖是從外部接入PAC10面板上晶閘管的門極和陰極，此時,請不要用扁平線將PAC10、PAC13的正反橋觸發(fā)脈沖“輸入”“輸出”相連，并將Ulf及Ulr懸空，避免誤觸發(fā)。(4) 為避免晶閘管意外損壞，實驗時要注意以下幾點： 在主電路未接通時，首先要調試觸發(fā)電路，只有觸發(fā)電路工作正常后，才可以接通主電路。 在接通主電路前，必須先將控制電壓Uct調到零，且將負載電阻調到最大阻值處；接通主電路后，才可逐漸加大控制電壓Uct，避免過流。 要選擇合適的負載電阻和電感，避免過流。在無法確定的情況下，應盡

15、可能選用大的電阻值。 (5) 由于晶閘管持續(xù)工作時，需要有一定的維持電流，故要使晶閘管主電路可靠工作，其通過的電流不能太小，否則可能會造成晶閘管時斷時續(xù)，工作不可靠。在本實驗裝置中，要保證晶閘管正常工作，負載電流必須大于50mA以上。(6) 在實驗中要注意同步電壓與觸發(fā)相位的關系，例如在單結晶體管觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖產生的位置是在同步電壓的上半周，而在鋸齒波觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖產生的位置是在同步電壓的下半周，所以在主電路接線時應充分考慮到這個問題，否則實訓就無法順利完成。(7) 使用電抗器時要注意其通過的電流不要超過1A，保證線性。實驗三、三相可控整流電路觸發(fā)電路一、實驗目的(1) 理解三相可

16、控整流的觸發(fā)電路的工作原理。(2) 熟悉三相半波可控整流電路在電阻性負載時的工作情況。二、實驗所需掛箱及附件序號型 號備 注1MEC01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”模塊2PAC10 晶閘管及電抗器組件該掛箱包含“晶閘管”、“電抗器”模塊3PAC13 三相TCA785觸發(fā)電路組件該掛箱包含“鋸齒波同步觸發(fā)電路”模塊4PAC09A 交直流電源、變壓器及二極管組件該掛箱包含“±15V”直流電源及功率二極管等幾個模塊MEC21 直流數字電壓、電流表6MEC42 可調電阻器7雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理 圖4-12 三相可控整流觸發(fā)原理圖四、實驗內容(1) 三相可控整流的觸發(fā)電

17、路的工作原理。五、實驗方法PAC10和PAC13上的“觸發(fā)電路”調試 打開MEC01總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網電壓是否平衡。 用2號導線將PAC09A的一組“+24V、+15V、-15V、GND1”直流電源輸出接到PAC13的對應輸入端。將PAC09A面板上的三相同步變壓器接成Y/Y型，輸入端用4號導線接MEC01電源控制屏上的“三相交流電源”（ 輸出不可調節(jié)），輸出端用3號導線和PAC13的三相同步信號輸入端“A”、“B”、“C”相連，打開PAC09A電源開關。按下MEC01的“啟動”按鈕，觀察a、b、c三相同步正弦波信號，并調節(jié)三相同步正

18、弦波信號幅值調節(jié)電位器（在各觀測孔下方），使三相同步信號幅值盡可能一致；觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率、高度盡可能一致。 將PAC09A上的“給定”輸出Ug與PAC13的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到停止位置（即Uct=0），調節(jié)PAC13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=180°。 將S1撥到正給定、S2撥到運行，適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測PAC13上“VT1VT6”的波形。 將PAC13面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，

19、將PAC13的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和PAC10“觸發(fā)脈沖輸入”端相連，觀察VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常，此步驟結束后按下MEC01的“停止”按鈕。 六、實訓報告記錄該臺儀器所能實現的脈沖移相范圍。按下MEC01電源控制屏上的“啟動”按鈕， PAC09A上的“給定”從零開始，慢慢增加移相電壓，使在移相范圍內調節(jié)，觀察并紀錄=30°、60°、90°、120°、150°時移相電壓Ug的數值于下表中，并畫出相應于正弦波或鋸齒波的觸發(fā)角波形。30°60°90°120°150°Ug

20、a、b兩相同步正弦波信號波形圖 a、c兩相同步正弦波信號波形圖 A、B兩相鋸齒波波形圖 A、C兩相鋸齒波波形圖 =30°時的波形圖 =60°時的波形圖 =90°時的波形圖 =120°時的波形 七、注意事項：三相同步變壓器采用三相四線制連接；用示波器觀察波形時選擇恰當的參考端。實驗四、 三相半波可控整流電路一、實驗目的(1) 理解三相半波可控整流電路的工作原理。(2) 熟悉三相半波可控整流電路在電阻性負載的工作情況。二、實驗所需掛箱及附件序號型 號備 注1MEC01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”模塊2PAC10 晶閘管及電抗器組件該掛箱包含“晶閘

21、管”、“電抗器”模塊3PAC13 三相TCA785觸發(fā)電路組件該掛箱包含“鋸齒波同步觸發(fā)電路”模塊4PAC09A 交直流電源、變壓器及二極管組件該掛箱包含“±15V”直流電源及功率二極管等幾個模塊MEC21 直流數字電壓、電流表6MEC42 可調電阻器7雙蹤示波器自備三、實驗線路及原理三相半波可控整流電路用了三只晶閘管，與單相電路比較，其輸出電壓脈動小，輸出功率大。不足之處是晶閘管電流即變壓器的副邊電流在一個周期內只有1/3時間有電流流過，變壓器利用率較低。圖4-12中晶閘管用PAC10中的三個，電阻R用450可調電阻（將兩個900接成并聯形式），電感Ld用PAC10面板上的200m

22、H，其三相觸發(fā)信號由PAC13內部提供，只需在其外加一個給定電壓接到Uct端即可，給定電壓在PAC09A掛箱上。直流電壓、電流表由MEC21獲得。圖4-12 三相半波可控整流電路實訓原理圖四、實驗內容(1) 三相半波可控整流電路帶電阻性負載。五、實驗方法(1) PAC10和PAC13上的“觸發(fā)電路”調試 打開MEC01總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網電壓是否平衡。 用2號導線將PAC09A的一組“+24V、+15V、-15V、GND1”直流電源輸出接到PAC13的對應輸入端。將PAC09A面板上的三相同步變壓器接成Y/Y型，輸入端用4號導線接MEC01電源控制屏上的“三相交流電源”（ 輸出不可調節(jié)），輸出端用3號導線和PAC13的三相同步信號輸入端“A”、“B”、“C”相連，打開PAC09A電源開關。按下MEC01的“啟動”按鈕，觀察a、b、c三相同步正弦波信號，并調節(jié)三相同步正弦波信號幅值調節(jié)電位器（在各觀測孔下方），使三相同步信號幅值盡可能一致；觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率、高度盡可能一致。 將PAC09A上的“給定”輸出Ug與PAC13的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥