電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書88083

電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫:許月霞方海泉審核：杜少武合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心2006年2月電力電子實(shí)驗(yàn)室注意事項(xiàng)1.學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室必須遵守實(shí)驗(yàn)記律,聽從實(shí)驗(yàn)室老師的安排2.實(shí)驗(yàn)課和課堂教學(xué)一樣,應(yīng)按時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,不得無故遲到和早退3.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,首先注意人身安全,不要隨意觸摸電源及開關(guān),愛護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備4.實(shí)驗(yàn)前一定要按要求進(jìn)行預(yù)習(xí),了解實(shí)驗(yàn)要求及步驟和方法,畫出實(shí)驗(yàn)接線圖5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，請(qǐng)把儀器設(shè)備檢查好歸位，清點(diǎn)導(dǎo)線，讓老師認(rèn)可后方可離開6.注意實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生,不得隨地吐談,亂仍廢紙及雜物。1編寫說明“電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”是為配合我院自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)的《電力電子技術(shù)》課程而編寫的，是由任課教師和實(shí)驗(yàn)室老師，根據(jù)教學(xué)大綱要求的實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)共同討論所做的實(shí)驗(yàn)方案。本指導(dǎo)書充分考慮《電力電子技術(shù)》課程內(nèi)容多并體現(xiàn)了其最新發(fā)展的特點(diǎn)，為保證學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，盡可能地通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴炀氄莆针娏﹄娮蛹夹g(shù)中最常用的基本電路、基本器件的原理及應(yīng)用，能夠舉一反三。所以共安排了三個(gè)單元大實(shí)驗(yàn)（實(shí)際是六個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）。2目錄第一章DJDK－1型電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介1－1控制屏介紹及操作說明…………41－2各掛件功能介紹…………………5第二章電力電子實(shí)驗(yàn)的基本要求和安全操作說明……22第三章電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一、三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)………………25三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)………………28實(shí)驗(yàn)二、直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）……………30實(shí)驗(yàn)三、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實(shí)驗(yàn)…………36GTO、MOSFET、GTR、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)……38單相正弦波脈寬調(diào)制SPWM逆變電路驗(yàn)……40第四章附錄附錄一電源控制屏常見故障的診斷………………44附錄二KC系列集成塊原理說明…………………45附錄三DJK02和DJK02-1插座使用說明…………493第一章實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介1-1控制屏介紹及操作說明一、特點(diǎn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置采用掛件結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行自由組合，故結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便功能齊全、綜合性能好，能在一套裝置上完成《電力電子技術(shù)》、《自動(dòng)控制系統(tǒng)》、《直流調(diào)速系統(tǒng)》、《交流調(diào)速系統(tǒng)》、《電機(jī)控制》及《控制理論》等課程所開設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。(2)實(shí)驗(yàn)機(jī)組容量小，耗電小，配置齊全；裝置使用的電機(jī)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì),其參數(shù)特性能模擬3KW左右的通用實(shí)驗(yàn)機(jī)組。圖1-1DJDK-1電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置外形圖(3)裝置布局合理，面板示意圖明確、清晰、直觀；實(shí)驗(yàn)連接線采用強(qiáng)、弱電分開的手槍式插頭，兩者不能互插，避免強(qiáng)電接入弱電設(shè)備，造成該設(shè)備損壞；電路連接方式安全、可靠、迅速、簡(jiǎn)便；除電源控制屏和掛件外，實(shí)驗(yàn)桌上可放置機(jī)組、示波器等實(shí)驗(yàn)儀器，操作舒適、方便。電機(jī)采用導(dǎo)軌式安裝，更換機(jī)組簡(jiǎn)捷、方便；實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部安裝有輪子和不銹鋼固定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于移動(dòng)和固定。實(shí)驗(yàn)裝置外形如上圖1-1(4)控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，設(shè)有電壓型漏電保護(hù)裝置和電流型漏電保4護(hù)裝置，可保護(hù)教師和學(xué)生的人身安全。(5)掛件面板分為三種接線孔，強(qiáng)電、弱電及波形觀測(cè)孔，三者有明顯的區(qū)別，不能互插。二、技術(shù)參數(shù)(1)輸入電壓三相四線制380V±10%50Hz(2)工作環(huán)境環(huán)境溫度范圍為-5—40℃,相對(duì)濕度<75%。(3)裝置容量：＜１.5kVA(4)電機(jī)輸出功率:＜200W(5)外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高=1870㎜×730㎜×1600㎜1-2各掛件功能介紹這里只介紹《電力電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)所用到的掛件使用方法，并簡(jiǎn)單說明其工作原理和單元電路原理圖。一、圖1-2DJK01掛件電源控制屏電源控制屏主要為實(shí)驗(yàn)提供各種電源，如三相交流電源、直流勵(lì)磁電源等；同時(shí)為實(shí)驗(yàn)提供所需的儀表，如直流電壓、電流表，交流電壓、電流表。屏上還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，教師可考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和質(zhì)量；在控制屏正面的大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根不銹鋼管，可掛置實(shí)驗(yàn)所需掛件，凹槽底部設(shè)有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，從這些插座提供有源掛件的電源；在控制屏兩邊設(shè)有單相三極220V電源插座及三相四極380V電源插座，此外還設(shè)有供實(shí)驗(yàn)臺(tái)照明用40W日光燈。1、三相電網(wǎng)電壓指示三相電網(wǎng)電壓指示主要用于檢測(cè)輸入的電網(wǎng)電壓是否有缺相的情況，操作交流電壓表下面的切換開關(guān)，觀測(cè)三相電網(wǎng)各線間電壓是否平衡。2、定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀平時(shí)作為時(shí)鐘使用，具有設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間、定時(shí)報(bào)警和切斷電源等功能，它還可以自動(dòng)記錄由于接線操作錯(cuò)誤所導(dǎo)致的告警次數(shù)。3、電源控制部分它的主要功能是控制電源控制屏的各項(xiàng)功能，它由電源總開關(guān)、啟動(dòng)按鈕及停止按鈕組成。當(dāng)打開電源總開關(guān)時(shí)，紅燈亮；當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，紅燈滅，綠燈亮，此時(shí)控制屏的三相主電路及勵(lì)磁電源都有電壓輸出。4、三相主電路輸出三相主電路輸出可提供三相交流200V/3A或240V/3A電源。輸出的電壓大小由“調(diào)速電源選擇開關(guān)”控制，當(dāng)開關(guān)置于“直流調(diào)速”側(cè)時(shí)，A、B、C輸出線電壓為200V，可完成電力電子實(shí)驗(yàn)以及直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)；當(dāng)開關(guān)置于“交流調(diào)速”側(cè)時(shí)，A、B、C輸出線電壓為240V，可完成交流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速及串級(jí)調(diào)速等實(shí)驗(yàn)。在A、B、C三相附近裝有黃、綠、紅發(fā)光二極管，用以指示輸出電壓。同時(shí)在主電源輸出回路中還裝有電流互感器，電流互感器可測(cè)定主電源輸出電流的大小，供電流反饋和過流保護(hù)使用，面板上的TA1、TA2、TA3三處觀測(cè)點(diǎn)用于觀測(cè)三路電流互感器輸出電壓信號(hào)。5圖1-2DJK01主控制屏面板圖5、勵(lì)磁電源在按下啟動(dòng)按鈕后將勵(lì)磁電源開關(guān)撥向“開”側(cè)，則勵(lì)磁電源輸出為220V的直流電壓，并有發(fā)光二極管指示輸出是否正常，勵(lì)磁電源由0.5A熔絲做短路保護(hù)，由于勵(lì)磁電源的容量有限，僅作為直流電機(jī)提供勵(lì)磁電流，故一般不能作為大電流的直流電源使用。6、面板儀表面板下部設(shè)置有±300V數(shù)字式直流電壓表和±5A數(shù)字式直流電流表，精度為0.5級(jí)，能為可逆調(diào)速系統(tǒng)提供電壓及電流指示；面板上部設(shè)置有500V真有效值交流電壓表和5A真有效值交流電流表，精度為0.5級(jí)，供交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。二、圖1-3DJK02掛件晶閘管主電路該掛件裝有12只晶閘管、直流電壓和電流表等，其面板如圖1-3所示。1、三相同步信號(hào)輸出端同步信號(hào)是從電源控制屏內(nèi)獲得，屏內(nèi)裝有△/Y接法的三相同步變壓器，和主電源輸出同相，其輸出相電壓幅度為15V左右，供DJK02-1掛件內(nèi)的KC04集成電路，從而產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖；只要將本掛件的12芯插頭與屏相連接，則輸出相位一一對(duì)應(yīng)的三相同步電壓信號(hào)；接口的詳細(xì)引腳情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。2、正、反橋脈沖輸入端從DJK02-1來的正、反橋觸發(fā)脈沖分別通過輸入接口，加到相應(yīng)的晶閘管電路上；接口的詳細(xì)情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。63、正、反橋鈕子開關(guān)從正、反橋脈沖輸入端來的觸發(fā)脈沖信號(hào)通過“正、反橋鈕子開關(guān)”接至相應(yīng)晶閘管的門極和陰極。面板上共設(shè)有十二個(gè)鈕子開關(guān)，分為正、反橋兩組，分別控制對(duì)應(yīng)的晶閘管的觸發(fā)脈沖；開關(guān)打到“通”側(cè)，觸發(fā)脈沖接到晶閘管的門極和陰極；開關(guān)打到“斷”側(cè)，觸發(fā)脈沖被切斷；通過鈕子開關(guān)的切換可以模擬晶閘管失去觸發(fā)脈沖的故障情況。圖1-3三相變流橋路面板圖4、三相正、反橋主電路正橋主電路和反橋主電路分別由六只5A/1000V晶閘管組成；其中由VT1～VT6組成正橋元件（一般不可逆、可逆系統(tǒng)的正橋使用正橋元件）；由VT1ˊ～VT6ˊ組成反橋元件（可逆系統(tǒng)的反橋以及需單個(gè)或幾個(gè)晶閘管的實(shí)驗(yàn)可使用反橋元件）；所有這些晶閘管元件均配置有阻容吸收及快速熔斷絲保護(hù)，此外正橋還設(shè)有壓敏電阻接成三角形，起過壓吸收。圖1-3DJK02三相變流橋路面板圖5、電抗器實(shí)驗(yàn)主回路中所使用的平波電抗器裝在電源控制屏內(nèi)，其各引出端通過12芯的插座連接到DJK02面板的中間位置，有3檔電感量可供選擇，分別為lOOmH、2O0mH、700mH（各檔在1A電流下能保持線性），可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇合適的電感值。電抗器回路中串有3A熔絲保護(hù)，熔絲座裝在電抗器旁。6、直流電壓表及直流電流表面板上裝有±300V的帶鏡面直流電壓表、±2A的帶鏡面直流電流表，均為中零式，精度為1.0級(jí)，為可逆調(diào)速系統(tǒng)提供電壓及電流指示。7三、圖1-4DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件裝有三相晶閘管觸發(fā)電路和正反橋功放電路等，面板圖如圖1-4。1、移相控制電壓Uct輸入及偏移電壓Ub觀測(cè)及調(diào)節(jié)Uct及Ub用于控制觸發(fā)電路的移相角；在一般的情況下，我們首先將Uct接地，調(diào)節(jié)Ub，以確定觸發(fā)脈沖的初始位置；當(dāng)初始觸發(fā)角定下后，在以后的調(diào)節(jié)中只調(diào)節(jié)Uct的電壓，這樣確保移相角不會(huì)大于初始位置；如在逆變實(shí)驗(yàn)中初始移相角α=150o定下后，無論調(diào)節(jié)Uct，都能保證β>300，防止出現(xiàn)逆變顛覆的情況。2、觸發(fā)脈沖指示在觸發(fā)脈沖指示處設(shè)有鈕子開關(guān)用以控制觸發(fā)電路，開關(guān)撥到左邊，綠色發(fā)光管亮，在觸發(fā)脈沖觀察孔處可觀測(cè)到后沿固定、前沿可調(diào)的寬脈沖鏈；開關(guān)撥到右邊，紅色發(fā)光管亮，觸發(fā)電路產(chǎn)生雙窄脈沖。3．三相同步信號(hào)輸入端通過專用的十芯扁平線將DJK02上的“三相同步信號(hào)輸出端”與DJK02-1“三相同步信號(hào)輸入端”連接，為其內(nèi)部的觸發(fā)電路提供同步信號(hào)；同步信號(hào)也可以從其他地方提供，但要注意同步信號(hào)的幅度和相序問題；接口的詳細(xì)情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容.圖1-4DJK02-1三相觸發(fā)電路面板圖4、鋸齒波斜率調(diào)節(jié)與觀測(cè)孔8打開掛件的電源開關(guān)，由外接同步信號(hào)經(jīng)KC04集成觸發(fā)電路，產(chǎn)生三路鋸齒波信號(hào)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的斜率調(diào)節(jié)電位器，可改變相應(yīng)的鋸齒波斜率，三路鋸齒波斜率應(yīng)保證基本相同，使六路雙窄脈沖間隔基本一致，才能使主電路輸出的波形整齊劃一。5、控制電路其線路原理如圖1-6所示。在由原KC04、KC41和KC42三相集成觸發(fā)電路的基礎(chǔ)上，又增加了4066、4069芯片，可產(chǎn)生三相六路互差60°的雙窄脈沖或三相六路后沿固定、前沿可調(diào)的寬脈沖鏈，供觸發(fā)晶閘管使用。在面板上設(shè)有三相同步信號(hào)觀測(cè)孔、兩路觸發(fā)脈沖觀測(cè)孔。VT1～VT6為單脈沖觀測(cè)孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)或?qū)捗}沖觀測(cè)孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)；VT1’～VT6’為雙脈沖觀測(cè)孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)或?qū)捗}沖觀測(cè)孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)。三相同步電壓信號(hào)從每個(gè)KC04的“8”腳輸入，在其“4”腳相應(yīng)形成線性增加的鋸齒波，移相控制電壓Uct和偏移電壓Ub經(jīng)疊加后，從“9”腳輸入。當(dāng)觸發(fā)脈沖選擇的鈕子開關(guān)撥到窄脈沖側(cè)時(shí)，通過控制4066（電子開關(guān)）,使得每個(gè)KC04從“1、15”腳輸出相位相差180°的單窄脈沖(可在上面的VT1～VT6脈沖觀測(cè)孔觀測(cè)到)，窄脈沖經(jīng)KC41（六路雙脈沖形成器）后，得到六路雙窄脈沖(可在下面的VT1’～VT6’脈沖觀測(cè)孔觀測(cè)到)。將鈕子開關(guān)撥到寬脈沖側(cè)時(shí)，通過控制4066，使得KC04的“1、15”腳輸出寬脈沖，同時(shí)將KC41的控制端“7”腳接高電平，使KC41停止工作，寬脈沖則通過4066的“3、9”兩腳直接輸出。4069為反相器，它將部分控制信號(hào)反相，用以控制4066；KC42為調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，對(duì)窄脈沖和寬脈沖進(jìn)行高頻調(diào)制。具體有KC04、KC41、KC42的內(nèi)部電路原理圖，請(qǐng)查閱附錄中的相關(guān)內(nèi)容。6、正、反橋功放電路正、反橋功放電路的原理以正橋的一路為例，如圖1-5所示；由觸發(fā)電路輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)功放電路中的V2、V3三極管放大后由脈沖變壓器T1輸出。Ulf即為DJKO2面板上的Ulf,接地才可使V3工作，脈沖變壓器輸出脈沖；正橋共有六路功放電路，其余的五路電路完全與這一路一致；反橋功放和正橋功放線路完全一致，只是控制端不一樣，將Ulf改為Ulr。7、正橋控制端Ulf及反橋控制端Ulr這兩個(gè)端子用于控制正反橋功放電路的工作與否，當(dāng)端子與地短接，表示功放電路工作，觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖經(jīng)功放電路從正反橋脈沖輸出端輸出；懸空表示功放不工作；Ulf控制正橋功放電路，Ulr控制反橋。8、正、反橋脈沖輸出端經(jīng)功放電路放大的觸發(fā)脈沖，通過專用的20芯扁平線將DJK02“正反橋脈沖輸入端”與DJK02-1上的“正反橋脈沖輸出端”連接，為其晶閘管提供相應(yīng)的觸發(fā)脈沖；接口的詳細(xì)情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。9圖1-5功放電路原理圖圖1-6所示觸發(fā)電路原理圖如下頁：101112四、DJKO6掛件給定及實(shí)驗(yàn)器件該掛件由給定、負(fù)載及+24V直流電源等組成。面板示意圖如圖1-7所示。圖1-7DJK06面板圖1、負(fù)載:燈泡作為電力電子實(shí)驗(yàn)的電阻性負(fù)載。2、給定:作為新器件特性實(shí)驗(yàn)中的給定電平觸發(fā)信號(hào)，或提供DJK02-1的移相控制電壓。電壓范圍-15V～0V～+15V。原理圖如下圖1－8:圖1-8給定原理圖電壓給定由兩個(gè)電位器RP1、RP2及兩個(gè)鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負(fù)極性切換開關(guān)，輸出的正、負(fù)電壓的大小分別由RP1、RP2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍為0～士l5V，S2為輸出控制開關(guān)，打到“運(yùn)行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出為零。按以下步驟撥動(dòng)S1、S2，可獲得以下信號(hào)：(1)將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，S1打到“正給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP1使給定輸出一定的正電壓，撥動(dòng)S2到“停止”側(cè)，此時(shí)可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號(hào)，再撥動(dòng)S2到“運(yùn)行”側(cè)，此時(shí)可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號(hào)。(2)將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，S1打到“負(fù)給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP2使給定輸出一定的負(fù)電壓，撥動(dòng)S2到“停止”側(cè)，此時(shí)可獲得從負(fù)電壓突跳到0V的階躍信號(hào)，再撥動(dòng)S2到“運(yùn)行”側(cè)，此時(shí)可獲得從0V突跳到負(fù)電壓的階躍信號(hào)。(3)將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，撥動(dòng)S1，分別調(diào)節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負(fù)電壓，當(dāng)S1從“正給定”側(cè)打到“負(fù)給定”側(cè)，得到從正電壓到負(fù)電壓的跳變。當(dāng)S1從“負(fù)給定”側(cè)打到“正給定”側(cè)，得到從負(fù)電壓到正電壓的跳變。元件RP1、RP2、S1及S2均安裝在掛件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流數(shù)字電壓表指示輸出電壓值。要注意的是不允許長(zhǎng)時(shí)間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時(shí)候，可能會(huì)將RP1、RP2損壞。注意由于該二極管工作頻率不高，故不能將此二極管當(dāng)快速恢復(fù)二極管使用，規(guī)格為：耐壓800V,最大電流3A。圖1-9DJK07面板圖3、+24V電源該+24V直流電源主要提供單相并聯(lián)逆變實(shí)驗(yàn)所需的直流電源，輸出最大電流為0.5A。輸出通過一鈕子開關(guān)控制，輸出端有0.5A熔絲保護(hù)。4、二極管13提供四個(gè)二極管可作為普通整流二極管，也可用做為晶閘管實(shí)驗(yàn)帶電感性負(fù)載時(shí)所需續(xù)流二極管。在回路中有一個(gè)鈕子開關(guān)對(duì)其進(jìn)行通斷控制。5、壓敏電阻三個(gè)壓敏電阻（規(guī)格為：3kA/510V）用于三相反橋主電路(邏輯無環(huán)流直流調(diào)速系統(tǒng))的電源輸入端，作為過電壓保護(hù)，內(nèi)部已連成三角形接法。注意不可輸入峰值電壓高于510V，否則造成壓敏電阻損壞。6、電感5mH，額定電流0.5A。用于單相并聯(lián)逆變電路實(shí)驗(yàn)。五、DJK07掛件新器件特性實(shí)驗(yàn)該掛件裝有SCR(單向晶閘管)、MOSFET(功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣雙極性晶體管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、GTR(大功率晶體管)五種功率器件。與DJK06配合使用，可完成SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR的特性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定新器件的特性曲線；與DJK12配合使用，可完成MOSFET、IGBT、GTO、GTR的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)實(shí)驗(yàn)。面板圖如上頁圖1-9六、DJK09掛件單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載圖1-10JK09面板圖:該掛件由可調(diào)電阻、整流與濾波、單相自耦調(diào)壓器組成，面板如圖1-10。14可調(diào)電阻由兩個(gè)同軸90Ω/1.3A瓷盤電阻構(gòu)成，通過旋轉(zhuǎn)手柄調(diào)節(jié)電阻值的大小，單個(gè)電阻回路中有1.5A熔絲保護(hù)。整流與濾波的作用是將交流電源通過二極管整流輸出直流電源，供實(shí)驗(yàn)中直流電源使用，交流輸入側(cè)輸入最大電壓為250V,有2A熔絲保護(hù)。單相自耦調(diào)壓器額定輸入交流220V，輸出0～250V可調(diào)電壓。七、DJK10掛件變壓器實(shí)驗(yàn)該掛件由三相心式變壓器，逆變變壓器以及三相不控整流橋組成。面板圖如圖1-11。1、三相心式變壓器在繞線式異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中作為逆變變壓器使用，在三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)中也要使用該掛箱。該變壓器有2套副邊繞組，原、副邊繞組的相電壓為127V/63.5V/31.8V。(如果Y/Y/Y接法，則線電壓為220V/110V/55V)2、逆變變壓器額定電壓24V，額定電流0.5A，變壓比為1，用于單相并聯(lián)逆變實(shí)驗(yàn)。3、三相不控整流橋由六只二極管組成橋式整流，最大電流3A?？捎糜谌鄻蚴?、單相橋式有源逆變電路及直流斬波原理實(shí)驗(yàn)中的高壓直流電源等。圖1-11DJK10面板圖15八、DJK12掛件功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱DJKl2掛件是功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)箱，其中包括GTO、GTR、MOSFET、IGBT四種自關(guān)斷器件的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，可拖動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速實(shí)驗(yàn)。掛件由以下幾部分組成：PWM信號(hào)發(fā)生電路(PWM)、GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(GTO)、GTR驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(GTR)、MOSFET驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電(MOSFET)、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路(IGBT)、穩(wěn)壓電源。面板如圖1-12所示：圖1-12DJK12面板圖1、穩(wěn)壓電源提供±5V、±15V及20V電源，供各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路使用。2、PWM信號(hào)發(fā)生器PWM波形發(fā)生器是為新器件驅(qū)動(dòng)電路提供PWM波形，其工作原理是由SG3525為核心的PWM發(fā)生器，工作原理詳見半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把PWM波形發(fā)生器的輸出接至各驅(qū)動(dòng)電路的輸入，用示波器在驅(qū)動(dòng)電路的輸出端觀察相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)波形。用鈕子開關(guān)進(jìn)行切換，可選擇高頻和低頻的PWM波形，高頻檔是為MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)電路所用，頻率調(diào)節(jié)范圍從2～10K，低頻檔是為GTR和GTO驅(qū)動(dòng)電路所用，頻率調(diào)節(jié)范圍從200～1000Hz。通過調(diào)節(jié)電位器W1，可對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)；輸出PWM波的占空比由電位器W2進(jìn)行調(diào)節(jié)。163、GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTO的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖1-13所示：電路由±5V直流電源供電，輸入端接PWM發(fā)生器輸出的PWM信號(hào)，經(jīng)過光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)比較器LM311輸出低電平時(shí)，V2、V4截止、V3導(dǎo)通，+5V的電源經(jīng)R11、R12、R14和C1加速網(wǎng)絡(luò)向GTO提供開通電流，GTO導(dǎo)通；當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，V2導(dǎo)通、V3截止、V4導(dǎo)通，-5V的電源經(jīng)L1、R13、V4、R14提供反向關(guān)斷電流，關(guān)斷GTO后，再給門極提供反向偏置電壓。圖1-13GTO驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理圖圖1-14IGBT管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路4、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路IGBT管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖1-14所示，該電路采用富士通公司開發(fā)的IGBT專17用集成觸發(fā)芯片EXB841。它由信號(hào)隔離電路、驅(qū)動(dòng)放大器、過流檢測(cè)器、低速過流切斷電路和柵極關(guān)斷電源等部分組成。EXB841的“6”腳接一高壓快恢復(fù)二極管VD1至IGBT的集電極，以完成IGBT的過流保護(hù)。正常工作時(shí)，RS觸發(fā)器輸出高電平，輸入的PWM信號(hào)相與后送入EXB841的輸入端“15”腳。當(dāng)過流時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)線路通過VD1檢測(cè)到集射極電壓升高，一方面在10us內(nèi)逐步降低柵極電壓，使IGBT進(jìn)入軟關(guān)斷；另一方面通過“5”腳輸出過流信號(hào)，使RS觸發(fā)器動(dòng)作，從而封鎖與門，使輸入封鎖。5、MOSFET驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路MOSFET的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路如圖1-15所示，該電路由±15V電源供電，PWM控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)比較器LM311的“2”腳為低電平時(shí)，其輸出端為高電平，三極管V1導(dǎo)通，使MOSFET的柵極接+15V電源，從而使MOSFET管導(dǎo)通。當(dāng)比較器LM311“2”腳為高電平時(shí)，其輸出端為低電平-15V，三極管V1截止，VD1導(dǎo)通，使MOSFET管柵極接-15V電源，迫使MOSFET關(guān)斷圖1-15MOSFET管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路6、GTR驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理框圖如圖1-16所示：該電路的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后輸入555，555接成施密特觸發(fā)器形式，其輸出信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)對(duì)管V1和V2，V1和V2分別由正、負(fù)電源供電，推挽輸出提供GTR基極開通與關(guān)斷的電流。C5、C6為加速電容，可向GTR提供瞬時(shí)開關(guān)大電流以提高開關(guān)速度。VD1～VD4接成貝克鉗位電路，使GTR始終處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)有利于提高器件的開關(guān)速度，其中VD1、VD2、VD3為抗飽和二極管，VD4為反向基極電流提供回路。比較器N2通過監(jiān)測(cè)GTR的BE結(jié)電壓以判斷是否過電流，并通過門電路控制器在過電流時(shí)關(guān)斷GTR。當(dāng)檢測(cè)到基極過電流時(shí)，通過采樣電阻R11得到的電壓大于比較器N2的基準(zhǔn)電壓，則通過與非門使74LS38的6腳輸出為高電平，從而使V1管截止，起到關(guān)斷GTR的作用。18圖1-16GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路原理圖九、DJK14掛件(單相交直交變頻原理)該掛件主要完成單相交直交變頻原理實(shí)驗(yàn)。面板圖如下圖1-17：19圖1-17DJK14單相交直交變頻原理面板圖1．主電路主電路由四個(gè)IGBT及LC濾波電路組成，左側(cè)為0～200V的直流電壓輸入，右側(cè)輸出經(jīng)LC低通濾波后的正弦波信號(hào)。2．驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路由IGBT專用驅(qū)動(dòng)電路M57962L構(gòu)成，具有驅(qū)動(dòng)、隔離、保護(hù)等功能。3．控制電路控制電路由兩片8038及外圍元器件等組成，其中一片8038產(chǎn)生一路鋸齒波，另一片產(chǎn)生一路頻率可調(diào)的正弦波，調(diào)節(jié)“正弦波頻率調(diào)節(jié)電位器”可調(diào)節(jié)正弦波的頻率。為了讓學(xué)生能比較清晰的觀測(cè)到SPWM信號(hào)，鋸齒波的頻率分為兩擋，可通過鈕子開關(guān)進(jìn)行切換；當(dāng)鈕子開關(guān)撥到運(yùn)行側(cè)時(shí)，輸出頻率為10kHz左右，可減少輸出諧波分量，當(dāng)鈕子開關(guān)撥到測(cè)試側(cè)，輸出400Hz左右，方便用普通示波器觀測(cè)SPWM信號(hào)。十、DJK20掛件(直流斬波實(shí)驗(yàn))該掛件主要依據(jù)西安交通大學(xué)王兆安、黃俊編寫的電力電子技術(shù)（第四版）教材中的有關(guān)斬波電路的六種典型的電路實(shí)驗(yàn)。通過利用主電路元器件的自由組合，可構(gòu)成降壓斬波電路(BuckChopper)、升壓斬波電路(BoostChopper)、升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路六種電路實(shí)驗(yàn)。1．主電路接線圖包括六種電路實(shí)驗(yàn)詳細(xì)接線圖，在實(shí)驗(yàn)過程中按原器件標(biāo)號(hào)進(jìn)行接線。2．主電路原器件實(shí)驗(yàn)中所用的器件，包括電容、電感、IGBT等。3．整流電路輸入交流電源得到直流電源，要注意輸出的直流電源不能超過50V。直流側(cè)有2A熔絲保護(hù)。4．控制電路及脈寬調(diào)節(jié)電位器PWM發(fā)生器由SG3525構(gòu)成，具體原理見實(shí)驗(yàn)部分。調(diào)節(jié)“PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器”改變輸出的觸發(fā)信號(hào)脈寬。DJK20面板圖如下頁圖1-18。20圖1-18DJK20面板圖。21第二章電力電子實(shí)驗(yàn)的基本要求和安全操作說明《電力電子技術(shù)》是電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)的三大電子技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。本課程涉及面廣，內(nèi)容包括電力、電子、控制、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，而實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是這些課程的重要組成部分。通過實(shí)驗(yàn)，可以加深對(duì)理論的理解，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手能力和分析、解決問題的能力。1、實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和要求電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容較多、較新，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也比較復(fù)雜，系統(tǒng)性較強(qiáng)。電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是《電力電子技術(shù)》課程理論教學(xué)的重要的補(bǔ)充和繼續(xù)，而理論教學(xué)則是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，提高動(dòng)手能力；同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論，促使理論和實(shí)踐相結(jié)合，使認(rèn)識(shí)不斷提高、深化。具體地說，學(xué)生在完成指定的實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)具備以下能力:(1)掌握電力電子變流裝置主電路、觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成及調(diào)試方法，能初步設(shè)計(jì)和應(yīng)用這些電路。(2)系統(tǒng)的組成和調(diào)試方法，系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)量和整定方法。(3)能設(shè)計(jì)交、直流電機(jī)控制系統(tǒng)的具體實(shí)驗(yàn)線路，列出實(shí)驗(yàn)步驟。(4)熟悉并掌握基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試儀器的性能及使用方法。(5)能夠運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行分析和處理，解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。(6)能夠綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備即為實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)階段，是保證實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行的必要步驟。每次實(shí)驗(yàn)前都應(yīng)先進(jìn)行預(yù)習(xí)，從而提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和效率，否則就有可能在實(shí)驗(yàn)時(shí)不知如何下手，浪費(fèi)時(shí)間，完不成實(shí)驗(yàn)要求，甚至有可能損壞實(shí)驗(yàn)裝置。因此，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)做到：(1)復(fù)習(xí)教材中與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容，熟悉與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)。(2)閱讀本教材中的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，了解本次實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容；掌握本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理和方法；明確實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題。(3)寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，其中應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄表格等。(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分組，一般情況下，每組人應(yīng)與每次的裝置對(duì)應(yīng)。3、實(shí)驗(yàn)實(shí)施在完成理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等環(huán)節(jié)后，就可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段。實(shí)驗(yàn)時(shí)要做到以下幾點(diǎn)：(1)實(shí)驗(yàn)開始前，學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告應(yīng)給任課教師作檢查，要求學(xué)生了解本次實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和方法，只有滿足此要求后，方能允許實(shí)驗(yàn)。(2)認(rèn)真聽取實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的介紹，熟悉本次實(shí)驗(yàn)使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器，明確這些設(shè)備的功能與使用方法。(3)按實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)小組成員應(yīng)進(jìn)行明確的分工，以保證實(shí)驗(yàn)操作協(xié)調(diào)，記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，各人的任務(wù)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中實(shí)行輪換，以便實(shí)驗(yàn)參加者能全面掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高動(dòng)手能力。22(4)按預(yù)習(xí)報(bào)告上的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)詳細(xì)線路圖進(jìn)行接線，一般情況下，接線次序?yàn)橄戎麟娐?，后控制電路?5)完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)接線后，必須進(jìn)行自查。串聯(lián)回路從電源的某一端出發(fā)，按回路逐項(xiàng)檢查各儀表、設(shè)備、負(fù)載的位置、極性等是否正確;并聯(lián)支路則檢查其兩端的連接點(diǎn)是否在指定的位置。距離較遠(yuǎn)的兩連接端必須選用長(zhǎng)導(dǎo)線直接跨接，不得用2根導(dǎo)線在實(shí)驗(yàn)裝置上的某接線端進(jìn)行過渡連接。(6)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書所提出的要求及步驟，逐項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和操作。系統(tǒng)啟動(dòng)前，應(yīng)使負(fù)載電阻值最大，給定電位器處于零位；測(cè)試記錄點(diǎn)的分布應(yīng)均勻；改接線路時(shí)，必須斷開主電源方可進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否正常，所得數(shù)據(jù)是否合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論相一致。(7)完成本次實(shí)驗(yàn)全部?jī)?nèi)容后，應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、記錄的波形。經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后方可拆除接線，整理好連接線、儀器、工具，使之物歸原位。4、實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)的最后階段是實(shí)驗(yàn)總結(jié)，即對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、繪制波形和圖表、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。每位實(shí)驗(yàn)參與者都要獨(dú)立完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫應(yīng)持嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論有較大出入時(shí)，不得隨意修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，不得用湊數(shù)據(jù)的方法來向理論靠攏，而是用理論知識(shí)來分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，找出引起較大誤差的原因。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一般格式如下:(1)實(shí)驗(yàn)名稱、專業(yè)、班級(jí)、實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名、同組者姓名和實(shí)驗(yàn)時(shí)間。(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)線路、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器、儀表的型號(hào)、規(guī)格、銘牌數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)裝置編號(hào)。(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、列表、計(jì)算，并列出計(jì)算所用的計(jì)算公式。(5)畫出與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的特性曲線及記錄的波形。(6)用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，得出明確的結(jié)論。(7)對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象、遇到的問題進(jìn)行分析、討論，寫出心得體會(huì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)提出自己的建議和改進(jìn)措施。(8)實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)寫在一定規(guī)格的報(bào)告紙上，保持整潔。(9)每次實(shí)驗(yàn)每人獨(dú)立完成一份報(bào)告，按時(shí)送交指導(dǎo)教師批閱。5、實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程為了順利完成電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)時(shí)人身安全與設(shè)備可靠運(yùn)行要嚴(yán)格遵守如下安全操作規(guī)程：（1）在實(shí)驗(yàn)過程時(shí)，絕對(duì)不允許做實(shí)驗(yàn)者雙手同時(shí)接到隔離變壓器的兩個(gè)輸出端，將人體作為負(fù)載使用。（2）任何接線和拆線都必須在切斷主電源后方可進(jìn)行。（3）為了提高實(shí)驗(yàn)過程中的效率，完成接線或改接線路后，應(yīng)仔細(xì)再次核對(duì)線路，并使組內(nèi)其他同學(xué)引起注意后方可接通電源。（4）如果在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生過流告警，應(yīng)仔細(xì)檢查線路以及電位器的調(diào)節(jié)參數(shù)，確定23無誤后方能重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（5）在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意所接儀表的最大量程，選擇合適的負(fù)載完成實(shí)驗(yàn)，以免損壞儀表、電源或負(fù)載。（6）系統(tǒng)起動(dòng)前負(fù)載電阻必須放在最大阻值，給定電位器必須退回至零位后，才允許合閘起動(dòng)并慢慢增加給定，以免元件和設(shè)備過載損壞。24第三章實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一三相半波可控整流和三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1、三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊喟氩煽卣麟娐返墓ぷ髟?，研究可控整流電路在電阻?fù)載和電阻電感性負(fù)載時(shí)的工作情況。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含三相電源輸出等幾個(gè)模塊2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路包含觸發(fā)電路、正反橋功放等幾個(gè)模塊4DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管、開關(guān)等模塊5D42三相可調(diào)電阻6雙蹤示波器圖3-1三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)原理圖25三、實(shí)驗(yàn)線路及原理圖3-1中晶閘管用DJK02正橋組的三個(gè)(共陰極)，電阻R用D42三相可調(diào)電阻，將兩個(gè)900Ω接成并聯(lián)形式，Ld電感用DJK02面板上的700mH，其三相觸發(fā)信號(hào)由DJK02-1內(nèi)部提供，只需在其外加一個(gè)給定電壓接到Uct端即可。直流電壓、電流表由DJK02獲得。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、研究三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載。2、研究三相半波可控整流電路帶電阻電感性負(fù)載。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試①打開DJK01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。②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)。③用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號(hào)輸出”端和DJK02-1“三相同步信號(hào)輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關(guān)，撥動(dòng)“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“寬”的發(fā)光管亮。④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(cè)孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。⑤將DJK06上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1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(hào)和“雙脈沖觀察孔”VT1的輸出波形。⑥適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀測(cè)DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時(shí)應(yīng)觀測(cè)到脈沖變化（移相）。⑦將DJK02-1面板上的Ulf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”的三個(gè)開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1、TV3、VT5晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。2、三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載按圖3-1接線，將電阻器放在最大阻值處，按下“啟動(dòng)”按鈕，DJK06上的“給定”從零開始，慢慢增加移相電壓，使α能從0°到150°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，用示波器觀察并紀(jì)錄α=0°、30°、60°、90°、120°時(shí)整流輸出電壓Ud和晶閘管兩端電壓UVT的波形，并紀(jì)錄相應(yīng)的電源電壓U2及Ud的數(shù)值于下表中α0O30O60O90O120OUd（計(jì)算值）Ud（記錄值）Ud/U2U226計(jì)算公式:Ud＝1.17U2cosα(0～30O)Ud=0.675U2[1+cos(α+6/π)](30O～150O)3、三相半波整流帶電阻電感性負(fù)載將DJK02上700mH的電抗器與負(fù)載電阻R串聯(lián)后接入主電路，觀察不同移相角α?xí)rUd、Id的輸出波形，并記錄相應(yīng)的電源電壓U2及Ud值，畫出α＝90O時(shí)的Ud及Id波形圖。α0O30O60O90O120OUd（計(jì)算值）Ud（記錄值）Ud/U2U2六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)作出以下關(guān)系曲線：1)電阻性負(fù)載、電阻電感性負(fù)載時(shí)Ud=f(α)、Ud/U2=f(α)2)繪出當(dāng)α＝90O時(shí)，整流電路供電給電阻性負(fù)載、電阻電感性負(fù)載時(shí)的Ud、UVT及Id的波形，并進(jìn)行分析討論。七、預(yù)習(xí)要求閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)三相半波整流電路的內(nèi)容。八、注意事項(xiàng)(1)雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)觀測(cè)兩路信號(hào)，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同時(shí)接在同一電路的不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會(huì)通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測(cè)量的順利進(jìn)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(gè)問題。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩個(gè)信號(hào)時(shí)，必須在被測(cè)電路上找到這兩個(gè)信號(hào)的公共點(diǎn)，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測(cè)信號(hào)，只有這樣才能在示波器上同時(shí)觀察到兩個(gè)信號(hào)，而不發(fā)生意外。(2)整流電路與三相電源連接時(shí),一定要注意相序,必須一一對(duì)應(yīng).27實(shí)驗(yàn)2、三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯咳喟氩ㄓ性茨孀冸娐返墓ぷ?，?yàn)證可控整流電路在有源逆變時(shí)的工作條件，并比較與整流工作時(shí)的區(qū)別。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含三相電源輸出等幾個(gè)模塊2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路包含觸發(fā)電路、正反橋功放等幾個(gè)模塊4DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管、開關(guān)等模塊5DJK10變壓器實(shí)驗(yàn)器件包含變變壓器、三相不控整流等6D42三相可調(diào)電阻7雙蹤示波器三、實(shí)驗(yàn)線路及原理其工作原理詳見電力電子技術(shù)教材中的有關(guān)內(nèi)容。晶閘管可選用DJK02上的正橋，電感用DJK02上的Ld=700mH，電阻R選用D42三相可調(diào)電阻，將兩個(gè)900Ω接成串聯(lián)形式，直流電源用DJK01上的勵(lì)磁電源，其中DJK10中的心式變壓器用作升壓變壓器使用，變壓器接成Y/Y接法，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。直流電壓、電流表均在DJK02上。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三相半波整流電路在有源逆變狀態(tài)工作下帶電阻電感性負(fù)載的研究。五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1、DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試（與整流電路步驟相同）2、三相半波整流及有源逆變電路①按圖3-2接線，將負(fù)載電阻放在最大阻值處，使輸出給定調(diào)到零。②按下“啟動(dòng)”按鈕，此時(shí)三相半波處于逆變狀態(tài)，理論值α=150O（即β=30O），實(shí)際調(diào)到βmin即可，用示波器觀察電路輸出電壓Ud波形，緩慢調(diào)節(jié)給定電位器，升高輸出給定電壓。觀察電壓表的指示，其值由負(fù)的電壓值向零靠近，當(dāng)?shù)搅汶妷旱臅r(shí)候，也就是α=90O（即β=90O），記錄β=βmin、45O、60O、75O、90O時(shí)的電壓值以及波形。ββmin45O60O75O90OUd（計(jì)算值）Ud（實(shí)測(cè)值）28圖3-2三相半波有源逆變電路實(shí)驗(yàn)原理圖六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)畫出實(shí)驗(yàn)所得的各特性曲線與波形圖。(2)對(duì)可控整流電路在整流狀態(tài)與逆變狀態(tài)的工作特點(diǎn)作比較。七、注意事項(xiàng)(1)參照本實(shí)驗(yàn)1的注意事項(xiàng)(1)(2)電阻調(diào)節(jié)要緩慢進(jìn)行,以防主電路電流過大,損壞晶閘管.29實(shí)驗(yàn)二直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉直流斬波電路的工作原理。(2)熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點(diǎn)。(3)了解PWM控制與驅(qū)動(dòng)電路的原理及其常用的集成芯片。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含三相電源輸出等幾個(gè)模塊2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載3DJK20直流斬波電路4D42三相可調(diào)負(fù)載5雙蹤示波器三、實(shí)驗(yàn)線路及原理1、主電路①、降壓斬波電路(BuckChopper)降壓斬波電路(BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖3-3所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。由圖3-3b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Ui。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。負(fù)載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時(shí)間，toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開關(guān)周期，α為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值U0最大為Ui，若減小占空比α，則UO隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。圖3-3降壓斬波電路的原理圖及波形30②、升壓斬波電路(BoostChopper)升壓斬波電路(BoostChopper)的原理圖及工作波形如圖3-4所示。電路也使用一個(gè)全控型器件V。由圖3-4b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向電感L1充電，充電電流基本恒定為I1,同時(shí)電容C1上的電壓向負(fù)載供電，因C1值很大，基本保持輸出電壓UO為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L1上積蓄的能量為UiI1ton。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)Ui和L1共同向電容C1充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感L1釋放的能量為(UO-Ui)I1ton。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L1積蓄的能量與釋放的能量相等，即：上式中的T/toff≥1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。圖3-4升壓斬波電路的原理圖及波形③、升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖3-5所示。圖3-5升降壓斬波電路的原理圖及波形電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)V向電感L1供電使其貯存能量，同時(shí)C1維持輸出電壓UO基本恒定并向負(fù)載供電。此后，V關(guān)斷，電感L1中貯存的能量向負(fù)載釋放?？梢?負(fù)載電壓為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。若改變導(dǎo)通比α，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓。輸出電壓為：31④、Cuk斬波電路Cuk斬波電路的原理圖如圖3-6所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，Ui—L1—V回路和負(fù)載R—L2—C2—V回路分別流過電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，Ui—L1—C2—D回路和負(fù)載R—L2—D回路分別流過電流，輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比α，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓。圖3-6Cuk斬波電路原理圖⑤、Sepic斬波電路Sepic斬波電路的原理圖如圖3-7所示。圖3-7Sepic斬波電路原理圖電路的基本工作原理是：可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，Ui—L1—V回路和C2—V—L2回路同時(shí)導(dǎo)電，L1和L2貯能。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，Ui—L1—C2—D—R回路及L2—D—R回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段Ui和L1既向R供電，同時(shí)也向C2充電，C2貯存的能量在V處通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移。輸出電壓為：32若改變導(dǎo)通比α，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓。⑥、Zeta斬波電路Zeta斬波電路的原理圖如圖3-8所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)開關(guān)V向電感L1貯能。當(dāng)V處于斷態(tài)后，L1經(jīng)D與C2構(gòu)成振蕩回路，其貯存的能量轉(zhuǎn)至C2，至振蕩回路電流過零，L1上的能量全部轉(zhuǎn)移至C2上之后，D關(guān)斷，C2經(jīng)L2向負(fù)載R供電。輸出電壓為：圖3-8Zeta斬波電路原理圖若改變導(dǎo)通比α，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓。2、控制與驅(qū)動(dòng)電路控制電路以SG3525為核心構(gòu)成，SG3525為美國(guó)SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖3-9所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相等、相位相差、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號(hào)）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。詳細(xì)的工作原理與性能指標(biāo)可參閱相關(guān)的資料。圖3-9SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所需的外部組件33四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試2、六種直流斬波器的測(cè)試五、實(shí)驗(yàn)方法1、控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試(1)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置電源，開啟DJK20控制電路電源開關(guān)。(3)調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變Ur，用雙蹤示波器分別觀測(cè)SG3525的第11腳與第14腳的波形，觀測(cè)輸出PWM信號(hào)的變化情況，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)(3)用示波器分別觀測(cè)A、B和PWM信號(hào)的波形，記錄其波形、頻率和幅值，并填入下表。觀測(cè)點(diǎn)A(11腳)B(14腳)PWM波形類型幅值A(chǔ)(V)頻率f(HZ)(4)用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測(cè)11腳和14腳的輸出波形，調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器，觀測(cè)兩路輸出的PWM信號(hào)。2、直流斬波器的測(cè)試(使用一個(gè)探頭觀測(cè)波形)斬波電路的輸入直流電壓Ui由三相調(diào)壓器輸出的單相交流電經(jīng)DJK20掛箱上的單相橋式整流及電容濾波后得到。接通交流電源，觀測(cè)Ui波形，記錄其平均值(注：本裝置限定直流輸出最大值為50V，輸入交流電壓的大小由調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸出)。六、按下列實(shí)驗(yàn)步驟依次對(duì)六種典型的直流斬波電路進(jìn)行測(cè)試。(1)切斷電源，根據(jù)DJK20上的主電路圖，利用面板上的元器件連接好相應(yīng)的斬波實(shí)驗(yàn)線路，并接上電阻負(fù)載，負(fù)載電流最大值限制在200mA以內(nèi)。將控制與驅(qū)動(dòng)電路“V-G”“V-E”分別接至V的G和E端。(2)檢查接線正確，尤其是電解電容的極性是否接反后，接通主電路和控制電路的電源。(3)用示波器觀測(cè)PWM信號(hào)的波形、UGE的電壓波形、UCE的電壓波形及輸出電壓Uo和二極管兩端電壓UD的波形，注意各波形間的相位關(guān)系。(4)調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變Ur，觀測(cè)在不同占空比(α)時(shí)，記錄Ui、UO和α的數(shù)值于下表中，從而畫出UO=f(α)的關(guān)系曲線。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)分析圖3-9中產(chǎn)生PWM信號(hào)的工作原理。(2)整理各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制各直流斬波電路的Ui/UO-α曲線并作比較與分析。(3)討論、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。34各種直流斬波電路的Ui/UO-α比較表斬波種類Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)Ui(V)降壓電路BuckChopperU0(V)占空比α(%)Ui(V)升壓電路BoostChopperU0(V)占空比α(%)Ui(V)升降壓電路Boost-BuckChopperU0(V)占空比α(%)Ui(V)Cuk斬波電路U0(V)占空比α(%)Ui(V)Sepic斬波電路U0(V)占空比α(%)Ui(V)Zeta斬波電路U0(V)35實(shí)驗(yàn)三電力電子器件特性、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)和單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握各種電力電子器件的工作特性。(2)掌握各器件對(duì)觸發(fā)信號(hào)的要求。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含三相電源輸出等幾個(gè)模塊2DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管、開關(guān)等模塊3DJK07新器件特性試驗(yàn)4DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載5萬用表三、實(shí)驗(yàn)線路及原理實(shí)驗(yàn)線路的具體接線如下圖所示：圖3-10新器件特性實(shí)驗(yàn)原理圖將電力電子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五種)和負(fù)載電阻R串聯(lián)后接至直流電源的兩端，由DJK06上的給定為新器件提供觸發(fā)電壓信號(hào)，給定電壓從零開始調(diào)節(jié)，直至器件觸發(fā)導(dǎo)通，從而可測(cè)得在上述過程中器件的V/A特性；圖3-10中的電阻R用DJK09上的可調(diào)電阻負(fù)載，將兩個(gè)90Ω的電阻接成串聯(lián)形式，最大可通過電流為1.3A；直流電壓和電流表可從DJK01電源控制屏上獲得，五種電力電子器件均在DJK07掛箱上；直流電源從電源控制屏的輸出接DJK09上的單相調(diào)壓器，然后調(diào)36壓器輸出接DJK09上整流及濾波電路，從而得到一個(gè)輸出可以由調(diào)壓器調(diào)節(jié)的直流電壓源。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)。2、可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)。3、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)。4、大功率晶體管（GTR）特性實(shí)驗(yàn)。5、絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)。五、預(yù)習(xí)要求閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)電力電子器件的章節(jié)。六、實(shí)驗(yàn)方法1、按圖3-10接線，首先將晶閘管（SCR）接入主電路，在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，將DJK06上的給定電位器RP1沿逆時(shí)針旋到底，S1撥到“正給定”側(cè)，S2撥到“給定”側(cè)，單相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)到底，DJK09上的可調(diào)電阻調(diào)到阻值為最大的位置；打開DJK06的電源開關(guān)，按下控制屏上的“啟動(dòng)”按鈕，然后緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器，同時(shí)監(jiān)視電壓表的讀數(shù)，當(dāng)直流電壓升到40V時(shí)，停止調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器(在以后的其他實(shí)驗(yàn)中，均不用調(diào)節(jié))；調(diào)節(jié)給定電位器RP1，逐步增加給定電壓，監(jiān)視電壓表、電流表的讀數(shù)，當(dāng)電壓表指示接近零（表示管子完全導(dǎo)通），停止調(diào)節(jié)，記錄給定電壓Ug調(diào)節(jié)過程中回路電流Id以及器件的管壓降Uv。UgIdUv2、按下控制屏的“停止”按鈕，將晶閘管換成可關(guān)斷晶閘管（GTO），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv3、按下控制屏的“停止”按鈕，換成功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv4、按下控制屏的“停止”按鈕，換成大功率晶體管（GTR），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv375、按下控制屏的“停止”按鈕，換成絕緣雙極性晶體管（IGBT），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，繪出各器件的輸出特性。八、注意事項(xiàng)(1)參照本實(shí)驗(yàn)1的注意事項(xiàng)(1)(2)為保證功率器件在實(shí)驗(yàn)過程中避免功率擊穿，應(yīng)保證管子的功率損耗(即功率器件的管壓降與器件流過的電流乘積)小于8W。(3)為使GTR特性實(shí)驗(yàn)更典型，其電流控制在0.4A以下。(4)在本實(shí)驗(yàn)中，完成的是關(guān)于器件的伏安特性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同學(xué)可以根據(jù)自己的實(shí)際需要調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如可增加測(cè)量器件的導(dǎo)通時(shí)間等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)理解各種自關(guān)斷器件對(duì)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的要求。(2)熟悉各種自關(guān)斷器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。(3)掌握由自關(guān)斷器件構(gòu)成PWM直流斬波電路原理與方法。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含三相電源輸出等幾個(gè)模塊2DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管、開關(guān)等模塊3DJK07新器件特性試驗(yàn)4DJK12功率器件驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)箱5雙蹤示波器三、實(shí)驗(yàn)線路及原理自關(guān)斷器件的實(shí)驗(yàn)接線及實(shí)驗(yàn)原理圖如圖3-11所示，圖中直流電源可由控制屏上的勵(lì)磁電壓提供，或由控制屏上三相電源中的兩相經(jīng)整流濾波后輸出，接線時(shí)，應(yīng)從直流電源的正極出發(fā)，經(jīng)過限流電阻、自關(guān)斷器件及保護(hù)電路、直流電流表、再回到直流電源的負(fù)端，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)主電路。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自關(guān)斷器件及其驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路的研究（可根據(jù)需要選擇一種或幾種自關(guān)斷器件）。五、實(shí)驗(yàn)方法1、GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)在本實(shí)驗(yàn)中，把DJK12實(shí)驗(yàn)掛箱中的頻率選擇開關(guān)撥至“低頻檔”。然后調(diào)節(jié)頻率按鈕，使PWM波輸出頻率在“1KHz”左右。38圖3-11自關(guān)斷器件的實(shí)驗(yàn)接線及原理圖在主電路中，直流電源由控制屏上的勵(lì)磁電源輸出，負(fù)載電阻R用DJK06上的燈泡負(fù)載，直流電壓、電流表均在控制屏上。驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路接線時(shí)，要注意控制電源及接地的正確連接。對(duì)于GTR器件，采用±5V電源驅(qū)動(dòng)。接線時(shí)，PWM波形的輸出端接GTR驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端，±5V電源分別接GTR電源的輸入端。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先檢查驅(qū)動(dòng)電路的工作情況。在未接通主電路的情況下，接通驅(qū)動(dòng)模塊的電源，此時(shí)可在驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端觀察到相應(yīng)的波形，調(diào)節(jié)PWM波形發(fā)生器的頻率及占空比，觀測(cè)PWM波形的變化規(guī)律。在驅(qū)動(dòng)電路正常工作后，將占空比調(diào)小，然后合上主電路電源開關(guān)，再調(diào)節(jié)占空比，用示波器觀測(cè)、記錄不同占空比時(shí)基極的驅(qū)動(dòng)電壓、GTR管壓降及負(fù)載上的波形。測(cè)定并記錄不同占空比α?xí)r負(fù)載的電壓平均值Ua于下表中：αUa2、GTO的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)將DJK12實(shí)驗(yàn)掛箱上的頻率選擇開關(guān)撥至“低頻檔”，調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)電位器，使方波的輸出頻率在“1KHz”左右，然后再按實(shí)驗(yàn)原理圖接好驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路。其基本的實(shí)驗(yàn)方法與GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路及斬波調(diào)速實(shí)驗(yàn)相同。3、MOSFET的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)將DJK12實(shí)驗(yàn)掛箱上的頻率選擇開關(guān)撥至“高頻檔”，調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)電位器，使方波的輸出頻率在“8KHz～10KHz”范圍內(nèi)，然后再按實(shí)驗(yàn)原理圖接好驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的實(shí)驗(yàn)線路，其基本的實(shí)驗(yàn)方法與GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)一致。4、IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)39在本實(shí)驗(yàn)中，DJK12實(shí)驗(yàn)掛箱中的頻率選擇開關(guān)撥至“高頻檔”，改變頻率調(diào)節(jié)電位器，使方波的輸出頻率在“8KHz～10KHz”范圍內(nèi)，然后再按實(shí)驗(yàn)原理圖接好驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的實(shí)驗(yàn)線路，其基本的實(shí)驗(yàn)方法與GTR的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)一致。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理并畫出不同自關(guān)斷器件的基極（或控制極）驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流、元件管壓降的波形。(2)畫出Ua=f（α）的曲線。(3)討論并分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。七、注意事項(xiàng)(1)可參考本實(shí)驗(yàn)1的注意事項(xiàng)(1)。(2)連接驅(qū)動(dòng)電路時(shí)必須注意各器件不同的接地方式。(3)不同的自關(guān)斷器件需接不同的控制電壓，接線時(shí)應(yīng)注意正確選擇。(5)實(shí)驗(yàn)開始前，必須先加上自關(guān)斷器件的控制電壓，然后再加主回路的電源；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，必須先切斷主回路電源，然后再切斷控制電源。實(shí)驗(yàn)3、單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉單相交直交變頻電路原理及電路組成。(2)熟悉ICL8038的功能。(3)掌握SPWM波產(chǎn)生的基理。(4)分析交直交變頻電路在不同負(fù)載時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含三相電源輸出等幾個(gè)模塊2DJK06給定及實(shí)驗(yàn)器件包含二極管、開關(guān)等模塊3DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載4DJK14單相交直交變頻原理5雙蹤示波器6萬用表三、實(shí)驗(yàn)線路及原理采用SPWM正弦波脈寬調(diào)制，通過改變調(diào)制頻率，實(shí)現(xiàn)交直交變頻的目的。實(shí)驗(yàn)電路由三部分組成：即主電路,驅(qū)動(dòng)電路和控制電路。(1)主電路部分:AC/DC(整流)DC/AC(逆變)如圖3-12所示,交直流變換部分（AC/DC）為不可控整流電路（由實(shí)驗(yàn)掛箱DJK09提供）；逆變部分（DC/AC）由四只IGBT管組成單相橋式逆變電路，采用雙極性調(diào)制方式。輸出經(jīng)LC低通濾波器，濾除高次諧波，得到頻率可調(diào)的正弦波（基波）交流輸出。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的負(fù)載為電阻性或電阻電感性負(fù)載.40圖3-12主電路結(jié)構(gòu)原理圖(2)驅(qū)動(dòng)電路:如本圖3-13（以其中一路為例）所示，采用IGBT管專用驅(qū)動(dòng)芯片M57962L，圖3-13驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)原理圖其輸入端接控制電路產(chǎn)生的SPWM信號(hào)，其輸出可用以直接驅(qū)動(dòng)IGBT管。其特點(diǎn)如下：①采用快速型的光藕實(shí)現(xiàn)電氣隔離。②具有過流保護(hù)功能，通過檢測(cè)IGBT管的飽和壓降來判斷IGBT是否過流,過流時(shí)IGBT管CE結(jié)之間的飽和壓降升到某一定值，使8腳輸出低電平，在光藕TLP521的輸出端OC1呈現(xiàn)高電平，經(jīng)過流保護(hù)電路（見圖3-14），使4013的輸出Q端呈現(xiàn)低電平，送控制電路，起到了封鎖保護(hù)作用。41圖3-14保護(hù)電路結(jié)構(gòu)原理圖:(3)控制電路:控制電路結(jié)構(gòu)框圖如下圖3－16控制電路結(jié)構(gòu)原理圖控制電路如圖3-16所示，它是由兩片集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038為核心組成，42其中一片8038產(chǎn)生正弦調(diào)制波Ur，另一片用以產(chǎn)生三角載波Uc，將此兩路信號(hào)經(jīng)比較電路LM311異步調(diào)制后，產(chǎn)生一系列等幅，不等寬的矩形波Um，即SPWM波。Um經(jīng)反相器后，生成兩路相位相差180度的±PWM波，再經(jīng)觸發(fā)器CD4528延時(shí)后，得到兩路相位相差180度并帶一定死區(qū)范圍的兩路SPWM1和SPWM2波，作為主電路中兩對(duì)開關(guān)管IGBT的控制信號(hào)。各波形的觀測(cè)點(diǎn)均已引到面板上，可通過示波器進(jìn)行觀測(cè)。為了便于觀察SPWM波，面板上設(shè)置了“測(cè)試”和“運(yùn)行”選擇開關(guān)，在“測(cè)試”狀態(tài)下，三角載波Uc的頻率為180HZ左右,此時(shí)可較清楚地觀察到異步調(diào)制的SPWM波，通過示波器可比較清晰地觀測(cè)SPWM波，但在此狀態(tài)下不能帶載運(yùn)行，因載波比N太低，不利于設(shè)備的正常運(yùn)行。在“運(yùn)行”狀態(tài)下，三角載波Uc頻率為10KHZ左右,因波形的寬窄快速變化致使無法用普通示波器觀察到SPWM波形，通過帶儲(chǔ)存的數(shù)字示波器的存儲(chǔ)功能也可較清晰地觀測(cè)SPWM波形。正弦調(diào)制波Ur頻率的調(diào)節(jié)范圍設(shè)定為5-60Hz?？刂齐娐愤€設(shè)置了過流保護(hù)接口端STOP，當(dāng)有過流信號(hào)時(shí)，STOP呈低電平，經(jīng)與門輸出低電平，封鎖了兩路SPWM信號(hào)，使IGBT關(guān)斷，起到保護(hù)作用。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、控制信號(hào)的觀測(cè)。2、帶電阻及電阻電感性負(fù)載。五、實(shí)驗(yàn)方法1、控制信號(hào)的觀測(cè):在主電路不接直流電源時(shí)，打開控制電源開關(guān)，并將DJK14掛箱左側(cè)的鈕子開關(guān)撥到“測(cè)試”位置。①觀察正弦調(diào)制波信號(hào)Ur的波形，測(cè)試其頻率可調(diào)范圍；②觀察三角載波Uc的波形，測(cè)試其頻率；③比較“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的區(qū)別.2、帶電阻及電阻電感性負(fù)載在實(shí)驗(yàn)步驟1之后，將DJK14掛箱面板左側(cè)的鈕子開關(guān)撥到“運(yùn)行”位置，將正弦調(diào)制波信號(hào)Ur的頻率調(diào)到最小，選擇負(fù)載種類：①將輸出接燈泡負(fù)載，然后將主電路接通由控制屏左下側(cè)的直流電源(通過調(diào)節(jié)單相交流自藕調(diào)壓器，使整流后輸出直流電壓保持為200V)接入主電路，由小到大調(diào)節(jié)正弦調(diào)制波信號(hào)Ur的頻率，觀測(cè)負(fù)載電壓的波形，記錄其波形參數(shù)（幅值、頻率）。②接入實(shí)驗(yàn)器件和DJK02上的100mH電感串聯(lián)組成的電阻電感性負(fù)載，然后將主電路接通由DJK09提供的直流電源(通過調(diào)節(jié)交流側(cè)的自藕調(diào)壓器，使輸出直流電壓保持為200V)，由小到大調(diào)節(jié)正弦調(diào)制波信號(hào)Ur的頻率觀測(cè)負(fù)載電壓的波形，記錄其波形參數(shù)（幅值、頻率）。六、注意事項(xiàng)(1)在“測(cè)試”狀態(tài)下，請(qǐng)勿帶負(fù)載運(yùn)行。(2)面板上的“過流保護(hù)”指示燈亮，表明過流保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)檢查負(fù)載是否短路，若要繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)先關(guān)機(jī)后，再重新開機(jī)。(3)當(dāng)做交流電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，通常是與調(diào)壓一起進(jìn)行的，以保持V/F＝常數(shù),本裝置是采用手動(dòng)調(diào)節(jié)輸入的交流電壓。43第四章附錄附錄一電源控制屏常見故障的診斷本部分內(nèi)容中，主要介紹設(shè)備在使用過程中最容易遇見的問題，供同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)參考。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)以下問題后，可參考以下的步驟解決，如仍無法解決請(qǐng)向老師提出幫忙。1．插上三相四線的電源后電源控制屏上沒有任何反映檢查的輸入電源是否正常？-→控制屏上的空氣開關(guān)是否合上？2．控制屏上的交流電源沒有電源輸出檢查的輸入電源是否正常？-→控制屏面板上的主面板上的“電源總開關(guān)”是否打開？-→是否將控制屏啟動(dòng)？3．打開控制屏上的直流電源開關(guān)，但沒有電壓輸出檢查的輸入電源是否正常？-→控制屏面板上的主面板上的“電源總開關(guān)”是否打開？-→是否將控制屏啟動(dòng)？4．三相主電路有一路或幾路沒有輸出檢查的輸入電源是否有缺相現(xiàn)象？-→主面板上的8A保險(xiǎn)絲是否正常？5．控制屏上的日光燈不亮了檢查的輸入電源是否正常？-→控制屏面板上的主面板上的“電源總開關(guān)”是否打開？-→檢查面板上1.5A保險(xiǎn)絲是否正常？-→啟輝器是否正常？-→日光燈是否正常？6．控