DJDK-1型電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置實驗指導(dǎo)書

PAGEPAGE107DJDK-1型電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置簡介1-1控制屏介紹及操作說明一、特點(1)實驗裝置采用掛件結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同實驗內(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)》、《自動控制系統(tǒng)》、《直流調(diào)速系統(tǒng)》、《交流調(diào)速系統(tǒng)》、《電機控制》及《控制理論》等課程所開設(shè)的主要實驗項目。(2)實驗裝置占地面積小，節(jié)約實驗室用地，無需設(shè)置電源控制屏、電纜溝、水泥墩等，可減少基建投資；實驗裝置只需三相四線的電源即可投入使用，實驗室建設(shè)周期短、見效快。(3)實驗機組容量小，耗電小，配置齊全；裝置使用的電機經(jīng)過特殊設(shè)計,其參數(shù)特性能模擬3KW左右的通用實驗機組。(4)裝置布局合理，外形美觀，面板示意圖明確、清晰、直觀；實驗連接線采用強、弱電分開的手槍式插頭，兩者不能互插，避免強電接入弱電設(shè)備，造成該設(shè)備損壞；電路連接方式安全、可靠、迅速、簡便；除電源控制屏和掛件外，還設(shè)置有實驗桌，桌面上可放置機組、示波器等實驗儀器，操作舒適、方便。電機采用導(dǎo)軌式安裝，更換機組簡捷、方便；實驗臺底部安裝有輪子和不銹鋼固定調(diào)節(jié)機構(gòu)，便于移動和固定。(5)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護(hù)裝置，切實有效保護(hù)操作者的人身安全，為開放性的實驗室創(chuàng)造了前提條件。(6)掛件面板分為三種接線孔，強電、弱電及波形觀測孔，三者有明顯的區(qū)別，不能互插。(7)實驗線路選擇緊跟教材的變化，完全配合教學(xué)內(nèi)容，滿足教學(xué)大綱要求。圖1-1DJDK-1電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置外形圖二、技術(shù)參數(shù)(1)輸入電壓三相四線制380V±10%50±1Hz(2)工作環(huán)境環(huán)境溫度范圍為-5～40℃，相對濕度≤75%，海拔≤1000m(3)裝置容量：≤1.5kVA(4)電機輸出功率:≤200W(5)外形尺寸：長×寬×高=1870㎜×730㎜×1600㎜1-2DJK01電源控制屏電源控制屏主要為實驗提供各種電源，如三相交流電源、直流勵磁電源等；同時為實驗提供所需的儀表，如直流電壓、電流表，交流電壓、電流表。屏上還設(shè)有定時器兼報警記錄儀，供教師考核學(xué)生實驗之用；在控制屏正面的大凹槽內(nèi)，設(shè)有兩根不銹鋼管，可掛置實驗所需掛件，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)有供實驗臺照明用的40W日光燈。圖1-2主控制屏面板圖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)，觀測三相電網(wǎng)各線間電壓是否平衡。2、定時器兼報警記錄儀平時作為時鐘使用，具有設(shè)定實驗時間、定時報警和切斷電源等功能，它還可以自動記錄由于接線操作錯誤所導(dǎo)致的告警次數(shù)。（具體操作方法詳見DJDK-1型電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置使用說明書）3、電源控制部分它的主要功能是控制電源控制屏的各項功能，它由電源總開關(guān)、啟動按鈕及停止按鈕組成。當(dāng)打開電源總開關(guān)時，紅燈亮；當(dāng)按下啟動按鈕后，紅燈滅，綠燈亮，此時控制屏的三相主電路及勵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，A、B、C輸出線電壓為200V，可完成電力電子實驗以及直流調(diào)速實驗；當(dāng)開關(guān)置于“交流調(diào)速”側(cè)時，A、B、C輸出線電壓為240V，可完成交流電機調(diào)壓調(diào)速及串級調(diào)速等實驗。在A、B、C三相電源輸出附近裝有黃、綠、紅發(fā)光二極管，用以指示輸出電壓。同時在主電源輸出回路中還裝有電流互感器，電流互感器可測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、TA3三處觀測點用于觀測三路電流互感器輸出電壓信號。5、勵磁電源在按下啟動按鈕后將勵磁電源開關(guān)撥向“開”側(cè)，則勵磁電源輸出為220V的直流電壓，并有發(fā)光二極管指示輸出是否正常，勵磁電源由0.5A熔絲做短路保護(hù)，由于勵磁電源的容量有限，僅為直流電機提供勵磁電流，不能作為大容量的直流電源使用。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，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，供交流調(diào)速系統(tǒng)實驗時使用。1-3各掛件功能介紹以掛件的編號次序分別介紹其使用方法，并簡單說明其工作原理和單元電路原理圖。一、DJK02掛件（三相變流橋路）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。圖1-3DJK02面板圖1、三相同步信號輸出端同步信號是從電源控制屏內(nèi)獲得，屏內(nèi)裝有/Y接法的三相同步變壓器，和主電源輸出保持同相，其輸出相電壓幅度為15V左右，供三相晶閘管觸發(fā)電路(如DJK02-1等掛件)使用，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，則輸出相位一一對應(yīng)的三相同步電壓信號；信號接口的詳細(xì)引腳情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。2、正、反橋脈沖輸入端從三相晶閘管觸發(fā)電路(如DJK02-1等掛件)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；信號接口的詳細(xì)情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。3、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)有十二個鈕子開關(guān)，分為正、反橋兩組，分別控制對應(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；通過關(guān)閉某幾個鈕子開關(guān)可以模擬晶閘管主電路失去觸發(fā)脈沖的故障情況。4、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組成三相正橋元件（一般不可逆、可逆系統(tǒng)的正橋使用正橋元件）；由VT1ˊ～VT6ˊ組成三相反橋元件（可逆系統(tǒng)的反橋以及需單個或幾個晶閘管的實驗可使用反橋元件）；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)，此外正橋主電路還設(shè)有壓敏電阻，其內(nèi)部已經(jīng)接成三角形接法，起過壓吸收。注意：如果在DZSZ-1型上使用時，調(diào)節(jié)整流橋輸入的相電壓值不可超過200V，否則會造成整流橋處的壓敏電阻損壞。5、電抗器實驗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)實驗需要選擇合適的電感值。電抗器回路中串有3A熔絲保護(hù)，熔絲座裝在控制屏內(nèi)的電抗器旁。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，為可逆調(diào)速系統(tǒng)提供電壓及電流指示。二、DJK02-1掛件(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所示。1、移相控制電壓Uct輸入及偏移電壓Ub觀測及調(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，從而確定觸發(fā)脈沖的初始位置；當(dāng)初始觸發(fā)角固定后，在以后的調(diào)節(jié)中只調(diào)節(jié)Uct的電壓，這樣能確保移相角始終不會大于初始位置，防止實驗失??；如在逆變實驗中初始移相角α=150o定下后，無論調(diào)節(jié)Uct，都能保證β>30O，防止在實驗過程中出現(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，當(dāng)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到后沿固定、前沿可調(diào)的寬脈沖鏈；當(dāng)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。圖1-4DJK02-1面板圖3．三相同步信號輸入端通過專用的十芯扁平線將DJK02上的“三相同步信號輸出端”與DJK02-1“三相同步信號輸入端”連接，為其內(nèi)部的觸發(fā)電路提供同步信號；同步信號也可以從其他地方提供，但要注意同步信號的幅度和相序問題；信號接口的詳細(xì)情況詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。4、鋸齒波斜率調(diào)節(jié)與觀測孔由外接的三相同步信號經(jīng)KC04集成觸發(fā)電路，產(chǎn)生三路鋸齒波信號，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，三路鋸齒波斜率在調(diào)節(jié)后應(yīng)保證基本相同，使六路脈沖間隔基本保持一致，才能使主電路輸出的整流波形整齊劃一。5、控制電路其觸發(fā)線路原理如圖1-5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)有三相同步信號觀測孔、兩路觸發(fā)脈沖觀測孔。VT1～VT6為單脈沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)或?qū)捗}沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)；VT1’～VT6’為雙脈沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)或?qū)捗}沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)。三相同步電壓信號從三路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，通過控制4066（電子開關(guān)），使得每個KC04從“1、15”腳輸出相位相差180°的單窄脈沖(可在上面的VT1～VT6脈沖觀測孔觀測到)，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’脈沖觀測孔觀測到)。將鈕子開關(guān)撥到寬脈沖側(cè)時，通過控制4066，使得KC04的“1、15”腳輸出寬脈沖，同時將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，它將部分控制信號反相，用以控制4066；KC42為調(diào)制信號發(fā)生器，對窄脈沖和寬脈沖進(jìn)行高頻調(diào)制。具體有關(guān)KC04、KC41、KC42的內(nèi)部電路原理圖，請查閱附錄中的相關(guān)內(nèi)容。圖1-5觸發(fā)電路原理圖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1-6所示；由晶閘管觸發(fā)電路輸出的脈沖信號經(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,該點接地才可使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)功放電路最終輸出；當(dāng)端子懸空表示功放不工作；Ulf端子控制正橋功放，Ulr端子控制反橋功放。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。圖1-6功放電路原理圖三、DJK03-1掛件（晶閘管觸發(fā)電路）晶閘管裝置的正常工作與其觸發(fā)電路的正確、可靠的運行密切相關(guān)，門極觸發(fā)電路必須按主電路的要求來設(shè)計，為了能可靠觸發(fā)晶閘管應(yīng)滿足以下幾點要求:(1)觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率，觸發(fā)脈沖的電壓和電流應(yīng)大于晶閘管要求的數(shù)值，并保留足夠的裕量。(2)為了實現(xiàn)變流電路輸出的電壓連續(xù)可調(diào)，觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。(3)觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同步，兩者頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。(4)觸發(fā)脈沖的波形要符合一定的要求。多數(shù)晶閘管電路要求觸發(fā)脈沖的前沿要陡，以實現(xiàn)精確的導(dǎo)通控制。對于電感性負(fù)載，由于電感的存在，其回路中的電流不能突變，所以要求其觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，以確保主回路的電流在沒有上升到晶閘管擎住電流之前，其門極與陰極始終有觸發(fā)脈沖存在，保證電路可靠工作。DJK03-1掛件是晶閘管觸發(fā)電路專用實驗掛箱，面板如圖1-7所示。其中有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、正弦波同步移相觸發(fā)電路、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I和II，單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路以及西門子TCA785集成觸發(fā)電路。圖1-7DJK03-1面板圖1、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路利用單結(jié)晶體管(又稱雙基極二極管)的負(fù)阻特性和RC的充放電特性，可組成頻率可調(diào)的自激振蕩電路，如圖1-8所示。圖中V6為單結(jié)晶體管，其常用的型號有BT33和BT35兩種，由等效電阻V5和C1組成組成RC充電回路，由C1-V6-脈沖變壓器組成電容放電回路，調(diào)節(jié)RP1即可改變C1充電回路中的等效電阻。圖1-8單結(jié)晶體管觸發(fā)電路原理圖圖1-9單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點的電壓波形(α=900)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(jīng)VD1半波整流，再由穩(wěn)壓管V1、V2進(jìn)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R7及等效可變電阻V5向電容C1充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到單結(jié)晶體管的峰值電壓UP時，單結(jié)晶體管V6導(dǎo)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(shù)很小，C1兩端的電壓很快下降到單結(jié)晶體管的谷點電壓Uv，使V6關(guān)斷，C1再次充電，周而復(fù)始，在電容C1兩端呈現(xiàn)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(nèi)，V6可能導(dǎo)通、關(guān)斷多次，但只有輸出的第一個觸發(fā)脈沖對晶閘管的觸發(fā)時刻起作用。充電時間常數(shù)由電容C1和等效電阻等決定，調(diào)節(jié)RP1改變C1的充電的時間，控制第一個尖脈沖的出現(xiàn)時刻，實現(xiàn)脈沖的移相控制。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的各點波形如圖1-9所示。電位器RP1已裝在面板上，同步信號已在內(nèi)部接好，所有的測試信號都在面板上引出。2、正弦波同步移相觸發(fā)電路正弦波同步移相觸發(fā)電路由同步移相、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其原理如圖1-10所示。同步信號由同步變壓器副邊提供，三極管V1左邊部分為同步移相環(huán)節(jié)，在V1的基極綜合了同步信號電壓UT、偏移電壓Ub及控制電壓Uct（RP1電位器調(diào)節(jié)Uct，RP2調(diào)節(jié)Ub）。調(diào)節(jié)RP1及RP2均可改變V1三極管的翻轉(zhuǎn)時刻，從而控制觸發(fā)角的位置。脈沖形成整形環(huán)節(jié)是一分立元件的集基耦合單穩(wěn)態(tài)脈沖電路，V2的集電極耦合到V3的基極，V3的集電極通過C4、RP3耦合到V2的基極。當(dāng)V1未導(dǎo)通時，R6供給V2足夠的基極電流使之飽和導(dǎo)通，V3截止。電源電壓通過R9、T1、VD6、V2對C4充電至15V左右，極性為左負(fù)右正。圖1-10正弦波同步移相觸發(fā)電路原理圖當(dāng)V1導(dǎo)通的時候，V1的集電極從高電位翻轉(zhuǎn)為低電位，V2截止，V3導(dǎo)通，脈沖變壓器輸出脈沖。由于設(shè)置了C4、RP3阻容正反饋電路，使V3加速導(dǎo)通，提高輸出脈沖的前沿陡度。同時V3導(dǎo)通經(jīng)正反饋耦合，V2的基極保持低電壓，V2維持截止?fàn)顟B(tài)，電容通過RP3、V3放電到零，再反向充電，當(dāng)V2的基極升到0.7V后，V2從截止變?yōu)閷?dǎo)通，V3從導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。V2的基極電位上升0.7V的時間由其充放電時間常數(shù)所決定，改變RP3的阻值就改變了其時間常數(shù)，也就改變了輸出脈沖的寬度。正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點電壓波形如圖1-11所示。電位器RP1、RP2、RP3均已安裝在面板上，同步變壓器副邊已在內(nèi)部接好，所有的測試信號都在面板上引出。圖1-11正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點電壓波形(α=00)3、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I、II鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I、II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，其原理圖如圖1-12所示。圖1-12鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I原理圖由V3、VD1、VD2、C1等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。由V1、V2等元件組成的恒流源電路，當(dāng)V3截止時，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當(dāng)V3導(dǎo)通時，電容C2通過R4、V3放電。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)恒流源的電流大小，從而改變了鋸齒波的斜率?？刂齐妷篣ct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在V5基極綜合疊加，從而構(gòu)成移相控制環(huán)節(jié)，RP2、RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓Ub的大小。V6、V7構(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié)，C5為強觸發(fā)電容改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖，電路的各點電壓波形如圖1-13所示。本裝置有兩路鋸齒波同步移相觸發(fā)電路，I和II，在電路上完全一樣，只是鋸齒波觸發(fā)電路II輸出的觸發(fā)脈沖相位與I恰好互差180O，供單相整流及逆變實驗用。電位器RP1、RP2、RP3均已安裝在掛箱的面板上，同步變壓器副邊已在掛箱內(nèi)部接好，所有的測試信號都在面板上引出。圖1-13鋸齒波同步移相觸發(fā)電路I各點電壓波形(α=900)4、單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路采用KCO5集成晶閘管移相觸發(fā)器（KCO5的電路內(nèi)部原理圖見附錄）。該集成觸發(fā)器適用于觸發(fā)雙向晶閘管或兩個反向并聯(lián)晶閘管組成的交流調(diào)壓電路，具有失交保護(hù)、輸出電流大等優(yōu)點，是交流調(diào)壓的理想觸發(fā)電路。單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖1-14所示。圖1-14單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖同步電壓由KC05的15、16腳輸入，在TP2點可以觀測到鋸齒波，RP1電位器調(diào)節(jié)鋸齒波的斜率，RP2電位器調(diào)節(jié)移相角度，觸發(fā)脈沖從第9腳，經(jīng)脈沖變壓器輸出。電位器RP1、RP2均已安裝在掛箱的面板上，同步變壓器副邊已在掛箱內(nèi)部接好，所有的測試信號都在面板上引出。5、西門子TCA785觸發(fā)電路教科書上講述的晶閘管集成觸發(fā)電路，如KC04、KC05等，在目前工業(yè)現(xiàn)場很少使用了。工業(yè)現(xiàn)場正在使用的新型晶閘管集成觸發(fā)電路，主要有西門子TCA785，與KC04等相比它對零點的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，移相范圍更寬；同時它輸出脈沖的寬度可人為自由調(diào)節(jié)。西門子TCA785外圍電路如圖1-15所示。圖1-15Tca785鋸齒波移相觸發(fā)電路原理圖鋸齒波斜率由電位器RP1調(diào)節(jié)，RP2電位器調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角。電位器RP1、RP2已安裝在掛箱的面板上，所有的測試信號都在面板上引出。6.外接220V輸入端該掛件的電源及同步信號都是由+zzX外接220V輸入端提供的，注意的是輸入的電壓范圍為220V±10%，如超過此范圍會造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。四、DJK04掛件（電機調(diào)速控制實驗I）該掛件主要完成電機調(diào)速實驗，如單閉環(huán)直流調(diào)速實驗、雙閉環(huán)直流調(diào)速實驗。同時和其它掛件配合可增加實驗項目，如與DJK04-1配合使用可完成邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速實驗，與DJK18配合使用就可以完成三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗。DJK04的面板圖如下：圖1-16DJK04面板圖1、電流反饋與過流保護(hù)(FBC+FA)本單元主要功能是檢測主電源輸出的電流反饋信號，并且當(dāng)主電源輸出電流超過某一設(shè)定值時發(fā)出過流信號切斷控制屏輸出主電源。其原理如圖1-17所示。TA1、TA2、TA3為電流互感器的輸出端，它的電壓高低反映三相主電路輸出的電流大小，面板上的三個圓孔均為觀測孔，只要將DJK04掛件的十芯電源線與電源控制屏的相應(yīng)插座連接(不需再外部進(jìn)行接線)，TA1、TA2、TA3就與屏內(nèi)的電流互感器輸出端相連，打開掛件電源開關(guān)后，過流保護(hù)就處于工作狀態(tài)。(1)電流反饋與過流保護(hù)單元的輸入端TA1、TA2、TA3，來自電流互感器的輸出端，反映負(fù)載電流大小的電壓信號經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至RP1、RP2、及R1、R2、VD7組成的3條支路上，其中:①R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在VD7的陽極取零電流檢測信號從“1”端輸出，供零電平檢測用。當(dāng)電流反饋的電壓比較低的時候，“1”端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時候，“1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接近0.6V左右時，VD7導(dǎo)通，使“1”端輸出始終鉗位在0.6V左右。②將RP1的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從“2”端輸出，電流反饋系數(shù)由RP1進(jìn)行調(diào)節(jié)。③RP2的滑動觸頭與過流保護(hù)電路相連，調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)過流動作電流的大小。圖1-17電流反饋與過流保護(hù)原理圖(2)當(dāng)電路開始工作時，由于V2的基極有電容C2的存在，V3必定比V2要先導(dǎo)通，V3的集電極低電位，V4截止，同時通過R4、VD8將V2基極電位拉低，保證V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)。(3)當(dāng)主電路電流超過某一數(shù)值后，RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)壓管V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導(dǎo)通，從而V3截止，V4導(dǎo)通使繼電器K動作，控制屏內(nèi)的主繼電器掉電，切斷主電源，掛件面板上的聲光報警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實驗裝置已過流跳閘。調(diào)節(jié)RP2的抽頭的位置，可得到不同的電流報警值。(4)過流的同時，V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，在集電極產(chǎn)生一個高電平信號從“3”端輸出，作為推β信號供電流調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)器II）使用。(5)當(dāng)過流動作后，電源通過SB、R4、VD8及C2維持V2導(dǎo)通，V3截止、V4導(dǎo)通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。SB為解除過流記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過流故障排除后，則須按下SB以解除記憶，告警電路才能恢復(fù)。當(dāng)按下SB按紐后，V2基極失電進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，V3導(dǎo)通、V4截止，電路恢復(fù)正常。元件RP1、RP2、SB均安裝在該掛箱的面板上，方便操作。2、給定(G)給定的原理圖如下圖所示。圖1-18電壓給定原理圖電壓給定由兩個電位器RP1、RP2及兩個鈕子開關(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“運行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出恒為零。 按以下步驟撥動S1、S2，可獲得以下信號：(1)將S2打到“運行”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S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號。(2)將S2打到“運行”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S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從負(fù)電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從0V突跳到負(fù)電壓的階躍信號。(3)將S2打到“運行”側(cè)，撥動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。注意：不允許長時間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時候，可能會將RP1、RP2損壞。3、轉(zhuǎn)速變換(FBS)轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，反映轉(zhuǎn)速變化并把與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。圖1-19為其原理圖：圖1-19轉(zhuǎn)速變換原理圖使用時，將DD03-3(或DD03-2等)導(dǎo)軌上的電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP1分壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。4、調(diào)節(jié)器I調(diào)節(jié)器I的功能是對給定和反饋兩個輸入量進(jìn)行加法、減法、比例、積分和微分等運算，使其輸出按某一規(guī)律變化。調(diào)節(jié)器I由運算放大器、輸入與反饋環(huán)節(jié)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。其原理如圖1-20所示。在圖1-20中“1、2、3”端為信號輸入端，二極管VD1和VD2起運放輸入限幅，保護(hù)運放的作用。二極管VD3、VD4和電位器RP1、RP2組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C1、R3組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)。R7、C5組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，其電阻、電容均從DJK08掛件上獲得。改變R7的阻值改變了系統(tǒng)的放大倍數(shù)，改變C5的電容值改變了系統(tǒng)的響應(yīng)時間。RP3為調(diào)零電位器。電位器RP1、RP2、RP3均安裝面板上。電阻R7、電容C1和電容C5兩端在面板上裝有接線柱，可根據(jù)需要外接電阻及電容，一般在自動控制系統(tǒng)實驗中作為速度調(diào)節(jié)器使用。圖1-20調(diào)節(jié)器I原理圖5、反號器(AR)反號器由運算放大器及相關(guān)電阻組成，用于調(diào)速系統(tǒng)中信號需要倒相的場合，如圖1-21。圖1-21反號器原理圖反號器的輸入信號U1由運算放大器的反相輸入端輸入，故輸出電壓U2為：U2=-（RP1+R3）/R1×U1調(diào)節(jié)電位器RP1的滑動觸點，改變RP1的阻值，使RP1+R3=R1，則U2=-U1輸入與輸出成倒相關(guān)系。電位器RP1裝在面板上，調(diào)零電位器RP2裝在內(nèi)部線路板上（在出廠前我們已經(jīng)將運放調(diào)零，用戶不需調(diào)零）。6、調(diào)節(jié)器II調(diào)節(jié)器II由運算放大器、限幅電路、互補輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)及反饋阻抗網(wǎng)絡(luò)等環(huán)節(jié)組成，工作原理基本上與調(diào)節(jié)器I相同，其原理圖如圖1-22所示。調(diào)節(jié)器II也可當(dāng)作調(diào)節(jié)器I使用。元件RP1、RP2、RP3均裝在面板上，電容C1、電容C7和電阻R13的數(shù)值可根據(jù)需要，由外接電阻、電容來改變，一般在自動控制系統(tǒng)實驗中作為電流調(diào)節(jié)器使用。調(diào)節(jié)器II與調(diào)節(jié)器I相比，增加了幾個輸入端，其中“3”端接推β信號，當(dāng)主電路輸出過流時，電流反饋與過流保護(hù)的“3”端輸出一個推β信號（高電平）信號，擊穿穩(wěn)壓管，正電壓信號輸入運放的反向輸入端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓下降，使α角向180度方向移動，使晶閘管從整流區(qū)移至逆變區(qū)，降低輸出電壓，保護(hù)主電路?！?、7”端接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端，當(dāng)有高電平輸入時，擊穿穩(wěn)壓管，三極管V4、V5導(dǎo)通，將相應(yīng)的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實驗中“4、6”端同為輸入端，其輸入的值正好相反，如果兩路輸入都有效的話，兩個值正好抵消為零，這時就需要通過“5、7”端的電壓輸入來控制。在同一時刻，只有一路信號輸入起作用，另一路信號接地不起作用。圖1-22調(diào)節(jié)器II原理圖7、電壓隔離器（TVD）電壓隔離器的目的是為電壓環(huán)提供電壓反饋信號，在本實驗裝置中采用WB121電壓傳感器，它利用線性光耦隔離，對輸入的直流電壓進(jìn)行實時測量，并轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)?shù)碾妷褐递敵觯ㄟ^調(diào)節(jié)電位器RP1，可得到所需的電壓反饋系數(shù)。WB121的主要技術(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓范圍：0300V輸出電壓范圍：010V測量精度：0.2級輸出負(fù)載能力：5mA(DC)圖1-23電壓隔離器五、DJK04-1掛件（電機調(diào)速控制實驗II）該掛件和DJK04配合可完成邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗，DJK04-1面板如圖1-24所示：圖1-24DJK04-1面板圖1、轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測器，用于檢測控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉(zhuǎn)換成邏輯運算所需的“0”、“1”電平信號。其原理圖如圖1-25所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖1-27a所示，具有繼電特性。調(diào)節(jié)運放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為:Uk=Usr2一Usr1=K1(Uscm2一Uscm1)式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正反饋越強，回環(huán)寬度就越?。籙sr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓；Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測環(huán)寬一般取0.2～0.6V，環(huán)寬大時能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時會使系統(tǒng)動作遲鈍。圖1-25轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖圖1-26零電平檢測器原理2、零電平檢測(DPZ)零電平檢測器也是一個電平檢測器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行零電流檢測，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖1-26和圖1-27b所示。(a)轉(zhuǎn)矩極性檢測(b)零電平檢測圖1-27轉(zhuǎn)矩極性鑒別及零電平檢測輸入輸出特性3、邏輯控制(DLC)邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號進(jìn)行邏輯運算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運行。其原理圖如圖1-28所示。其主要由邏輯判斷電路、延時電路、邏輯保護(hù)電路、推電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。圖1-28邏輯控制器原理圖(1)邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進(jìn)行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由UI是否從“0”變“1”決定)。即當(dāng)UM變號后，零電平檢測到主電路電流過零(UI=“1”)時，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時應(yīng)保證在任何時刻邏輯判斷電路的輸出UZ和UF狀態(tài)必須相反。(2)延時環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF后，經(jīng)關(guān)斷等待時間t1（約3ms）和觸發(fā)等待時間t2(約lOms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設(shè)置相應(yīng)的延時電路，延時電路中的VD1、VD2、C1、C2起t1的延時作用，VD3、VD4、C3、C4起t2的延時作用。(3)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)邏輯電路發(fā)生故障時，UZ、UF的輸出同時為“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時開放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng)UZ、UF全為“1”狀態(tài)時，使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出A點電位變?yōu)椤?”，使Ulf和Ulr都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。(4)推β環(huán)節(jié)在正、反橋切換時，邏輯控制器中的G8輸出“1”狀態(tài)信號，將此信號送入調(diào)節(jié)器II的輸入端作為脈沖后移推β信號，從而可避免切換時電流的沖擊。(5)功放電路由于與非門輸出功率有限，為了可靠的推動Ulf、Ulr,故增加了V3、V4組成的功率放大級。五、DJK05掛件（直流斬波電路）DJK05掛件為直流斬波電路掛箱，分為斬波器主電路和斬波器觸發(fā)電路兩大部分。面板圖如圖1-29所示。圖1-29DJK05面板圖1、斬波器觸發(fā)電路斬波器觸發(fā)電路由三部分組成，圖1-30為斬波器觸發(fā)電路的原理圖。第一部分為由幅值比較電路U1和積分電路U2組成一個頻率和幅值均可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器。電位器RP1用來調(diào)節(jié)鋸齒波的上下位置，電位器RP2用來調(diào)節(jié)鋸齒波的頻率（頻率從100到700Hz可調(diào)）。由于晶閘管的開關(guān)速度及LC振蕩頻率所限，所以在斬波實驗中我們一般選用200Hz這一頻率。第二部分是比較器部分。比較器U3輸入的一路是鋸齒波信號，另一路是給定的電平信號，輸出為前沿固定后沿可調(diào)的方波信號。改變輸入的電平信號的值，則相應(yīng)改變了輸出方波的占空比。圖1-30斬波器觸發(fā)電路原理圖第三部分是比較器產(chǎn)生的方波送到4098雙單穩(wěn)電路U4，單穩(wěn)電路則在方波的前沿和后沿分別產(chǎn)生兩個脈沖，如圖1-31所示，其后沿脈沖隨方波的寬度變化而移動，前沿脈沖相位則保持不變，輸出的脈沖經(jīng)三極管放大通過脈沖變壓器輸出。將上述兩脈沖分別送至主晶閘管及輔助晶閘管，其中方波前沿產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖G1、K1接主晶閘管VT1，而后沿產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖G2、K2接輔助晶閘管VT2。a）4098單穩(wěn)電路輸入波形b）主晶閘管觸發(fā)電路c）輔助晶閘管觸發(fā)電路圖1-31斬波器觸發(fā)電路輸出主、輔脈沖相位關(guān)系2、斬波器主電路主電路如圖1-32所示。其中VT1為主晶閘管，VT2為輔助晶閘管，當(dāng)主脈沖到來的時候，VT1導(dǎo)通，電源電壓就通過該晶閘管加在負(fù)載上，由VT2控制輸出電壓的脈寬。C和L1構(gòu)成換流振蕩電路,它們與VD2、VD1、L2組成VT1的換流關(guān)斷電路。接通電源時，C經(jīng)VD1、負(fù)載充電至+Ud0，VT1導(dǎo)通，電源加到負(fù)載上，當(dāng)輔助脈沖到來時，VT2導(dǎo)通，C和L1產(chǎn)生串聯(lián)振蕩，C上的電壓由+Ud0變?yōu)?Ud0，C經(jīng)VD1和VT1反向放電，使流過VT1的電流降到零，迫使VT1關(guān)斷。VD3為續(xù)流二極管，為反電勢負(fù)載提供放電回路。圖1-32斬波器主電路六、DJKO6掛件(給定及實驗器件)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1-33所示。圖1-33DJK06面板圖1、負(fù)載燈泡作為電力電子實驗中的電阻性負(fù)載。2、給定作為新器件特性實驗中的給定電平觸發(fā)信號，或提供DJK02-1等掛件的移相控制電壓。輸出電壓范圍-15V～0V～+15V。原理圖詳見圖1-18。3、二極管 提供四個二極管可作為普通的整流二極管，也可用做為晶閘管實驗帶電感性負(fù)載時所需續(xù)流二極管。在回路中有一個鈕子開關(guān)對其進(jìn)行通斷控制。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。4、壓敏電阻三個壓敏電阻（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。注意如果在DZSZ-1型上使用時，調(diào)節(jié)整流橋輸入的電壓時不可輸入線電壓>350V的交流電壓，否則會造成壓敏電阻損壞。七、DJK07掛件（新器件特性實驗）該掛件裝有SCR(單向晶閘管)、MOSFET(功率場效應(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等掛件配合使用，可完成SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR的特性實驗，測定新器件的特性曲線；與DJK12等掛件配合使用，可完成MOSFET、IGBT、GTO、GTR的驅(qū)動及保護(hù)實驗。面板圖如1-34所示：圖1-34DJK07面板圖八、DJK08掛件（可調(diào)電阻、電容箱）DJKO8掛件作為電機調(diào)速控制中電流、速度調(diào)節(jié)器的外接電阻、電容。共有2組可調(diào)電阻、3組可調(diào)電容。其中2組電阻值可以在0～999kΩ范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，額定功率為2W；2組電容可在0.1uF～8.37uF范圍可調(diào)，剩余1組電容在0.1uF～11.37uF范圍可調(diào)，其耐壓值為63V（注意：使用時外加的電壓信號值不能超過此值）?？烧{(diào)電容箱處裝有鈕子開關(guān)和琴鍵開關(guān)，四個鈕子開關(guān)為一路，共有三路，分別控制各自的電容輸出端，將開關(guān)撥至“接入”位置表示已將鈕子開關(guān)所標(biāo)的電容值接入，撥向“斷開”位置，則表示將該電容斷開。鈕子開關(guān)上部有一組琴鍵，每組琴鍵開關(guān)分別控制其下面三路電容的接入，按下琴鍵開關(guān)的任意鍵，則表示已將該鍵所標(biāo)的電容值接入下面三路電容輸出端。圖1-35DJK08面板圖圖1-36DJK09面板圖九、DJK09掛件(單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載)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1-36所示?？烧{(diào)電阻由兩個同軸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，供實驗中直流電源使用，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。十、DJK10掛件(變壓器實驗)該掛件由三相心式變壓器以及三相不控整流橋組成。面板圖如圖1-37。1、三相心式變壓器在繞線式異步電機串級調(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驗中也要使用該掛箱。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、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鄻蚴健蜗鄻蚴接性茨孀冸娐芳爸绷鲾夭ㄔ淼葘嶒炛械母邏褐绷麟娫?。圖1-37DJK10面板圖十一、DJK12掛件（功率器件驅(qū)動電路實驗箱）DJKl2掛件是功率器件驅(qū)動與保護(hù)電路實驗箱，其中包括GTO、GTR、MOSFET、IGBT四種自關(guān)斷器件的驅(qū)動和保護(hù)電路，可拖動直流電機進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速實驗。掛件由以下幾部分組成：PWM信號發(fā)生電路(PWM)、GTO驅(qū)動與保護(hù)電路(GTO)、GTR驅(qū)動與保護(hù)電路(GTR)、MOSFET驅(qū)動與保護(hù)電路(MOSFET)、IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路(IGBT)、穩(wěn)壓電源。面板如圖1-38所示：1、穩(wěn)壓電源提供5V、15V及20V電源，供各個驅(qū)動電路使用。2、PWM信號發(fā)生器PWM波形發(fā)生器是為新器件驅(qū)動電路提供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。實驗時，把PWM波形發(fā)生器的輸出接至各驅(qū)動電路的輸入，用示波器在驅(qū)動電路的輸出端觀察相應(yīng)的驅(qū)動波形。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)。3、GTO驅(qū)動與保護(hù)電路GTO的驅(qū)動與保護(hù)電路如圖1-39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，經(jīng)過光耦隔離后送入驅(qū)動電路。當(dāng)比較器LM311輸出低電平時，V2、V4截止、V3導(dǎo)通圖1-38DJK12面板圖+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，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1-39GTO驅(qū)動與保護(hù)電路原理圖4、IGBT驅(qū)動與保護(hù)電路IGBT管的驅(qū)動與保護(hù)電路如圖1-40所示，該電路采用富士通公司開發(fā)的IGBT專用集成觸發(fā)芯片EXB841。它由信號隔離電路、驅(qū)動放大器、過流檢測器、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，RS觸發(fā)器輸出高電平，輸入的PWM信號相與后送入EXB841的輸入端“15”腳。當(dāng)過流時，驅(qū)動電路的保護(hù)線路通過VD1檢測到集射極電壓升高，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，使RS觸發(fā)器動作，從而封鎖與門，使輸入封鎖。圖1-40IGBT管的驅(qū)動與保護(hù)電路5、MOSFET驅(qū)動與保護(hù)電路MOSFET的驅(qū)動與保護(hù)電路如圖1-41所示，該電路由15V電源供電，PWM控制信號經(jīng)光耦隔離后送入驅(qū)動電路，當(dāng)比較器LM311的“2”腳為低電平時，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，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1-41MOSFET管的驅(qū)動與保護(hù)電路6、GTR驅(qū)動與保護(hù)電路GTR的驅(qū)動與保護(hù)電路原理框圖如圖1-42所示：該電路的控制信號經(jīng)光耦隔離后輸入555，555接成施密特觸發(fā)器形式，其輸出信號用于驅(qū)動對管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關(guān)斷GTR。當(dāng)檢測到基極過電流時，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。圖1-42GTR的驅(qū)動與保護(hù)電路原理圖十二、DJK13掛件（三相異步電機變頻調(diào)速控制）DJK13可完成三相正弦波脈寬調(diào)制SPWM變頻原理實驗、三相馬鞍波（三次諧波注入）脈寬調(diào)制變頻原理實驗、三相空間電壓矢量SVPWM變頻原理等實驗，面板圖如圖1-43所示。1、顯示、控制及計算機通訊接口控制部分由“轉(zhuǎn)向”、“增速”、“減速”三個按鍵及四個鈕子開關(guān)等組成。每次點動“轉(zhuǎn)向”鍵，電機的轉(zhuǎn)向改變一次，點動“增速”及“減速”鍵，電機的轉(zhuǎn)速升高或降低，頻率的范圍從0.5Hz～60Hz，步進(jìn)頻率為0.5Hz。從0.5Hz～50Hz范圍內(nèi)是恒轉(zhuǎn)矩變頻，50Hz～60Hz為恒功率變頻。K1、K2、K3、K4四個鈕子開關(guān)為V/F函數(shù)曲線選擇開關(guān)，每個開關(guān)代表一個二進(jìn)制，將鈕子開關(guān)撥到上面，表示“1”，將其撥到下面，表示“0”，從“0000”到“1111”共十六條V/F函數(shù)曲線。在按鍵的下面有“S、V、P”三個插孔，它的作用是切換變頻模式。當(dāng)三個全部都懸空時，工作在SPWM模式下；當(dāng)短接“V”、“P”時，工作在馬鞍波模式下。當(dāng)短接“S”、“V”時，工作在SVPWM模式下。不允許將“S”、“P”插孔短接，否則會造成不可預(yù)料的后果。通訊接口用于本掛件與計算機聯(lián)機（操作方法詳見附錄），通過對計算機鍵盤和鼠標(biāo)的操作，完成各種控制和在顯示器上顯示相應(yīng)點的波形。使用時必須用本公司所附帶的計算機插件板，專用軟件與聯(lián)接電纜。2、電壓矢量觀察我們使用“旋轉(zhuǎn)燈光法”來形象表示SVPWM的工作方式。通過對“V0～V7”八個電壓矢量的觀察，更加形象直觀的了解SVPWM的工作過程。3、磁通軌跡觀測在不同的變頻模式下，其電機內(nèi)部磁通軌跡是不一樣的。面板上特別設(shè)有X、Y觀測孔，分別接至示波器的X、Y通道，可觀測到不同模式下的磁通軌跡。4、PLC控制接口面板上所有控制部分（包括V/F函數(shù)選擇，“轉(zhuǎn)向”、“增速”、“減速”按鍵，“S、V、P”的切換）的控制接點都與PLC部分的接點一一對應(yīng)，經(jīng)與PLC主機的輸出端相連，通過對PLC的編程、操作可達(dá)到希望的控制效果。圖1-43DJK13面板圖5、SPWM觀測區(qū)SPWM及馬鞍波的變頻原理的波形觀測（分別在對應(yīng)的模式下才能觀測到正確的波形）。測試點1：在這兩種模式下的V/F函數(shù)的電壓輸出。測試點2、3、4：在SPWM模式下為三相正弦波信號，在馬鞍波模式下為三相馬鞍波信號。測試點5：高頻三角波調(diào)制信號。測試點6、7、8：調(diào)制后的三相波形。6、SVPWM觀測區(qū)SVPWM的波形觀測（在SVPWM模式下才能觀測到正確的波形）。測試點9：在這SVPWM模式下的V/F函數(shù)的電壓輸出。測試點10、11、12：空間矢量三相的波形。測試點14：高頻三角波調(diào)制信號。測試點13：三角波與V/F函數(shù)的電壓信號合成后的PWM波形。測試點15、16、17：三相調(diào)制波形。7、三相主電路主電路由單相橋式整流、濾波及三相逆變電路組成，逆變輸出接三相鼠籠電機。主電路交流輸入由一開關(guān)控制。逆變電路由六個IGBT管組成，其觸發(fā)脈沖有相應(yīng)的觀測孔引出。十三、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驗。面板圖如下所示：圖1-44DJK14面板圖1、主電路主電路由四個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。2、驅(qū)動電路驅(qū)動電路由IGBT專用驅(qū)動電路M57962L構(gòu)成，具有驅(qū)動、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到SPWM信號，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)撥到運行側(cè)時，輸出頻率為10kHz左右，可減少輸出諧波分量，當(dāng)鈕子開關(guān)撥到測試側(cè)，輸出400Hz左右，方便用普通示波器觀測SPWM信號。十四、DJK17掛件(雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速)該掛件主要完成雙閉環(huán)H橋PWM直流調(diào)速系統(tǒng)及DC/DC變換電路實驗，主要由電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、給定、電流反饋調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)等，由于其基本的工作原理與DJK04的基本一致。具體說明詳見雙閉環(huán)H橋PWM直流調(diào)速系統(tǒng)實驗。面板圖如圖1-45所示。圖1-45DJK17面板圖十五、DJK18掛件（電機調(diào)速控制實驗III）該掛件與DJK04掛件配合可完成三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗，其面板如下：圖1-46DJK18面板圖1、觸發(fā)選擇器觸發(fā)選擇器的原理圖如下：在錯位選觸無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗中，觸發(fā)選擇器的輸入接電壓調(diào)節(jié)器的輸出，輸出一部分接DJK02上的Ulf和Ulr，控制正反橋工作；輸出另一部分接電流符號選擇器的輸入，用于切換電流反饋的極性。圖1-47觸發(fā)選擇器原理圖當(dāng)“1”端輸入為負(fù)的電壓信號時，超過RP1設(shè)置的正的偏置電壓，則U1運放輸出高電平，V1和V3都導(dǎo)通，“2”端輸出高電平，“3”端如果C極外接電源則輸出為低電平。U2的正相輸入端始終為負(fù)值，故運放輸出恒為負(fù)電壓，V2截止。當(dāng)“1”端輸入為正的電壓信號時，超過RP2負(fù)的偏置電壓，則U2運放輸出低電平，V2和V4都導(dǎo)通，“4”端輸出高電平，“5”端如果C極外接電源則輸出為低電平。U1的負(fù)相輸入端始終為正值，故運放輸出恒為負(fù)電壓，V1截止。電位器RP1、RP2均已裝在面板上。2、絕對值放大器原理圖如下：圖1-48絕對值放大器原理圖絕對值放大器對輸入的電平信號進(jìn)行絕對值變換，同時還具有輸出限幅及最小值設(shè)定電路。信號從“1”端輸入，由VD1、VD6、U1、U2等組成絕對值電路，當(dāng)輸入為負(fù)信號時，VD1導(dǎo)通，信號經(jīng)U2運放反向得到正值，此時VD6處于截止?fàn)顟B(tài)，故負(fù)的信號從VD1回路走，A點為負(fù)值；當(dāng)輸入為正信號時，VD1截止，信號經(jīng)U2運放反向后輸出負(fù)值，VD6導(dǎo)通，A點依然為負(fù)值，再經(jīng)U1運放反向得到正的信號。VD7、RP1構(gòu)成正限幅電路，RP2、VD8構(gòu)成最小值設(shè)定電路，V3為射隨輸出。“2”端為當(dāng)過流保護(hù)輸出一推β信號時，V1導(dǎo)通，降低“3”端輸出電壓，使整流橋進(jìn)入逆變狀態(tài)，降低輸出電壓。電位器RP1、RP2均已裝在面板上。3、電流符號選擇器電流符號選擇器原理圖如圖1-49。在錯位選觸無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗中電流符號選擇器將電流反饋量轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合反饋系統(tǒng)的值。電流符號選擇器的“2”端輸入接電流反饋及過流保護(hù)的“2”端，“1”、“3”兩端分別接觸發(fā)選擇器的“2”和“4”，輸出端“4”接電流調(diào)節(jié)器的輸入端。在實驗中當(dāng)電機正向轉(zhuǎn)動的時候，觸發(fā)選擇器的“2”端輸出高電平，從電流符號選擇器“1”端輸入，擊穿穩(wěn)壓管V1，使V2導(dǎo)通，將V2的集電極電位拉到零；觸發(fā)選擇器“4”端輸出低電平，從電流符號選擇器“3”端輸入，V4處于截止，電流反饋為正的電壓值從“2”端入，由于V2導(dǎo)通、V4截止，正的電流反饋信號先經(jīng)U2反向后，再經(jīng)過U1反向輸出，輸出的值依然為正值。當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時，反饋的電流信號依然為正值，觸發(fā)選擇器的“2”端輸出由高電平變成低電平，觸發(fā)選擇器“4”端由低電平變?yōu)楦唠娖?，使得電流符號選擇器的V2截止、V4導(dǎo)通，電流信號直接經(jīng)U1運放反向輸出，輸出負(fù)的電壓值。圖1-49電流符號選擇器原理圖4、電壓調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理基本相同，在三閉環(huán)系統(tǒng)中它能縮小電壓調(diào)節(jié)死區(qū)，防止動態(tài)環(huán)流，保證電流能安全地?fù)Q相，并且能克服電流斷續(xù)對系統(tǒng)性能的影響。原理圖如圖1-50。它所增加的部分為零速封鎖環(huán)節(jié)，當(dāng)其“3”端輸入為0時，MOS管導(dǎo)通，短接電阻R5及電容C2，使輸出為恒為零。圖1-50電壓調(diào)節(jié)器原理圖電位器RP1、RP2、RP3均裝在面板上，方便操作。5、零速封鎖器零速封鎖器的原理圖如下：圖1-51零速封鎖器原理圖零速封鎖器由兩個具有“山”型繼電器特性的電平檢測器，邏輯門及延時環(huán)節(jié)組成，其原理如圖1-51。零速封鎖器的作用是：當(dāng)給定電壓及速度反饋電壓均為零時（即調(diào)速系統(tǒng)在停車狀態(tài)），封鎖電壓調(diào)節(jié)器的輸出，保證電機不會低速爬行或者系統(tǒng)在零速時出現(xiàn)振蕩。兩個“山”型電平檢測器分別對給定和速度反饋信號進(jìn)行檢測，當(dāng)輸入信號為正值時，通過二極管VD1和VD3分別進(jìn)入運放的反向輸入端，而當(dāng)輸入信號為負(fù)值時，則通過VD2和VD4進(jìn)入運放的正相輸入端。故當(dāng)輸入信號絕對值大于某值時（0.3V左右）時，運放輸出始終為負(fù)值，通過二極管VD9和VD10鉗位至-0.7V，作為“0”信號，當(dāng)輸入信號的絕對值小于某一整定值時（0.2V左右），則運放輸出正電壓，作為“1”信號。因此可得到如圖所示的“山”型繼電特性。圖1-52零速封鎖器的“山”型繼電特性當(dāng)電平檢測到輸入電壓大于0.3V時，其輸出為低電平“0”，當(dāng)電平檢測到輸入電壓小于0.2V時，其輸出為高電平“1”。兩個電平檢測器的輸出經(jīng)與門和非門后，V2的基極為低電平，V2導(dǎo)通，零速封鎖器輸出約為-15V的電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其關(guān)斷，從而使電壓調(diào)節(jié)器開放工作，在出現(xiàn)故障時，電平檢測器輸出低電平“1”，V2基極為低電平，則V2截止，零速封鎖器輸出0V電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其導(dǎo)通，使調(diào)節(jié)器的反饋環(huán)節(jié)短路，輸出為“0”。電容C3和電阻R25起延時作用，當(dāng)與門輸出由低電平跳變到高電平時，該電電位由正電源向C3和R25充電，其電位逐漸升高，從而避免在低速運行或換向過程中引起誤封鎖。面板上裝有S1開關(guān)，當(dāng)開關(guān)撥到“封鎖”時，零速封鎖器處于工作狀態(tài)；當(dāng)S1開關(guān)撥到“解除”時，零速封鎖器處于關(guān)閉狀態(tài)。6、電壓隔離器（TVD）電壓隔離器的目的是為電壓內(nèi)環(huán)提供電壓反饋信號，在本實驗裝置中采用WB121S電壓傳感器，它利用線性光耦隔離，對輸入的直流電壓進(jìn)行實時測量，并轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)?shù)碾妷褐递敵觯ㄟ^調(diào)節(jié)電位器RP1，可得到所需的電壓反饋系數(shù)。圖1-53電壓隔離器WB121S的主要技術(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓范圍：0300V輸出電壓范圍：010V測量精度：0.2級輸出負(fù)載能力：5mA(DC)十六、DJK19掛件(半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源)該掛件主要完成半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究，操作說明詳見半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源實驗內(nèi)容，面板圖如下圖所示：圖1-54DJK19面板圖十七、DJK20掛件(直流斬波實驗)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驗。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驗。面板圖如圖1-55所示。1、主電路接線圖包括六種電路實驗詳細(xì)接線圖，在實驗過程中按原器件標(biāo)號進(jìn)行接線。2、主電路原器件實驗中所用的器件，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，具體原理見實驗部分。調(diào)節(jié)“PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器”改變輸出的觸發(fā)信號脈寬。十八、DJK21掛件(斬控式交流調(diào)壓電路)該掛件完成斬控式交流調(diào)壓電路實驗，主要由控制電路、主電路、電阻及電感性負(fù)載等組成。面板圖如圖1-56所示。圖1-55DJK20面板圖圖1-56DJK21面板圖1、控制電路及PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器控制電路的原理圖詳見單相斬控式交流調(diào)壓電路實驗內(nèi)容。調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變了輸出電壓的有效值。2、主電路主電路由4個IGBT等組成，電源輸入由一鈕子開關(guān)控制，在觸發(fā)電路工作正常前請勿將開關(guān)接通，防止將功率器件損壞。3、電阻及電感性負(fù)載電阻及電感性負(fù)載供主電路輸出使用，輸出接燈泡為電阻性負(fù)載，燈泡和電感串聯(lián)使用為電阻電感性負(fù)載。十九、DJK22掛件(單相交流調(diào)壓/調(diào)功電路)該掛件完成單相交流調(diào)壓和單相調(diào)功電路實驗，面板如圖1-57所示。1、交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路由雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成觸發(fā)電路，觸發(fā)雙向晶閘管，觸發(fā)角度由移相控制電位器控制。2、燈座燈座供交流調(diào)壓電路及交流調(diào)功電路負(fù)載用。3、交流調(diào)功電路電路由555時基電路構(gòu)成觸發(fā)電路，由周期電位器調(diào)節(jié)通過的正弦波個數(shù)，達(dá)到交流調(diào)功的目的。二十、DJK23掛件(單端反激式隔離開關(guān)電源)該掛件完成單端反激式隔離開關(guān)電源實驗，面板圖如圖1-58所示。主電路由4個三極管組成，輸入50～250V的交流電壓，輸出+5V/5A及±12V/1A直流電源。在面板的下方有+5V調(diào)整電位器，通過調(diào)節(jié)該電位器可以對+5V電壓值微調(diào)。圖1-57DJK22面板圖圖1-58DJK23面板圖二十一、DJK24掛件(PS-ZVS-PWM軟開關(guān)技術(shù))該掛件完成PS-ZVS-PWM軟開關(guān)技術(shù)實驗。面板圖如圖1-59。原理及操作方法詳見PS-ZVS-PWM軟開關(guān)技術(shù)實驗有關(guān)內(nèi)容。二十二、DJK25掛件(整流電路有源功率因數(shù)校正)該掛件完成整流電路有源功率因數(shù)校正實驗，面板圖如圖1-60。原理及操作方法詳見整流電路有源功率因數(shù)校正實驗有關(guān)內(nèi)容。圖1-59DJK24面板圖圖1-60DJK25面板圖電力電子及電機控制實驗的基本要求和安全操作說明《半導(dǎo)體變流技術(shù)》、《電力電子技術(shù)》是電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)的三大電子技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，《電力拖動自動控制系統(tǒng)》、《電機控制》是這些專業(yè)重要的專業(yè)課。上述課程涉及面廣，內(nèi)容包括電力、電子、控制、計算機技術(shù)等，而實驗環(huán)節(jié)是這些課程的重要組成部分。通過實驗，可以加深對理論的理解，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立動手能力和分析、解決問題的能力。1-1實驗的特點和要求電力電子技術(shù)與電機控制實驗的內(nèi)容較多、較新，實驗系統(tǒng)也比較復(fù)雜，系統(tǒng)性較強。電力電子技術(shù)與電機控制實驗是上述課程理論教學(xué)的重要的補充和繼續(xù)，而理論教學(xué)則是實驗教學(xué)的基礎(chǔ)。學(xué)生在實驗中應(yīng)學(xué)會運用所學(xué)的理論知識去分析和解決實際系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，提高動手能力；同時通過實驗來驗證理論，促使理論和實踐相結(jié)合，使認(rèn)識不斷提高、深化。具體地說，學(xué)生在完成指定的實驗后，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)動電路的構(gòu)成及調(diào)試方法，能初步設(shè)計和應(yīng)用這些電路。(2)掌握交、直流電機控制系統(tǒng)的組成和調(diào)試方法，系統(tǒng)參數(shù)的測量和整定方法。(3)能設(shè)計交、直流電機控制系統(tǒng)的具體實驗線路，列出實驗步驟。(4)熟悉并掌握基本實驗設(shè)備、測試儀器的性能及使用方法。(5)能夠運用理論知識對實驗現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行分析和處理，解決實驗中遇到的問題。(6)能夠綜合實驗數(shù)據(jù)，解釋實驗現(xiàn)象，編寫實驗報告。本書介紹了50余個電力電子技術(shù)、電機控制及控制理論方面的實驗。電力電子技術(shù)方面的實驗可以完成三相全控整流及有源逆變電路、單相整流電路及各類觸發(fā)電路、交流調(diào)壓電路、自關(guān)斷電力電子器件的驅(qū)動與保護(hù)電路等實驗，直流調(diào)速系統(tǒng)實驗可選擇雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、邏輯無環(huán)流可逆直流凋速系統(tǒng)、三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流PWM(H橋)調(diào)速系統(tǒng)等實驗，交流調(diào)速系統(tǒng)則可進(jìn)行雙閉環(huán)異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗、雙閉環(huán)異步電機串級調(diào)速系統(tǒng)實驗、三相異步電機正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速、三相異步電機空間電壓矢量（SVPWM）變頻調(diào)速實驗和三次諧波注入的馬鞍波變頻調(diào)速等實驗。1-2實驗前的準(zhǔn)備實驗準(zhǔn)備即為實驗的預(yù)習(xí)階段，是保證實驗?zāi)芊耥樌M(jìn)行的必要步驟。每次實驗前都應(yīng)先進(jìn)行預(yù)習(xí)，從而提高實驗質(zhì)量和效率，否則就有可能在實驗時不知如何下手，浪費時間，完不成實驗要求，甚至有可能損壞實驗裝置。因此，實驗前應(yīng)做到：(1)復(fù)習(xí)教材中與實驗有關(guān)的內(nèi)容，熟悉與本次實驗相關(guān)的理論知識。(2)閱讀本教材中的實驗指導(dǎo)，了解本次實驗的目的和內(nèi)容；掌握本次實驗系統(tǒng)的工作原理和方法；明確實驗過程中應(yīng)注意的問題。(3)寫出預(yù)習(xí)報告，其中應(yīng)包括實驗系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄表格等。(4)進(jìn)行實驗分組，一般情況下，電力電子技術(shù)實驗分組為每組1～2人，交、直流調(diào)速系統(tǒng)實驗的實驗小組為每組2～3人。1-3實驗實施在完成理論學(xué)習(xí)、實驗預(yù)習(xí)等環(huán)節(jié)后，就可進(jìn)入實驗實施階段。實驗時要做到以下幾點：(1)實驗開始前，指導(dǎo)教師要對學(xué)生的預(yù)習(xí)報告作檢查，要求學(xué)生了解本次實驗的目的、內(nèi)容和方法，只有滿足此要求后，方能允許實驗。

(2)指導(dǎo)教師對實驗裝置作介紹，要求學(xué)生熟悉本次實驗使用的實驗設(shè)備、儀器，明確這些設(shè)備的功能與使用方法。(3)按實驗小組進(jìn)行實驗，實驗小組成員應(yīng)進(jìn)行明確的分工，以保證實驗操作協(xié)調(diào)，記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，各人的任務(wù)應(yīng)在實驗進(jìn)行中實行輪換，以便實驗參加者能全面掌握實驗技術(shù)，提高動手能力。(4)按預(yù)習(xí)報告上的實驗系統(tǒng)詳細(xì)線路圖進(jìn)行接線，一般情況下，接線次序為先主電路，后控制電路；先串聯(lián)，后并聯(lián)。在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)實驗時，也可由2人同時進(jìn)行主電路和控制電路的接線。(5)完成實驗系統(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是否在指定的位置。距離較遠(yuǎn)的兩連接端必須選用長導(dǎo)線直接跨接，不得用2根導(dǎo)線在實驗裝置上的某接線端進(jìn)行過渡連接。(6)實驗時，應(yīng)按實驗教材所提出的要求及步驟，逐項進(jìn)行實驗和操作。除作階躍啟動試驗外,系統(tǒng)啟動前，應(yīng)使負(fù)載電阻值最大，給定電位器處于零位；測試記錄點的分布應(yīng)均勻；改接線路時，必須斷開主電源方可進(jìn)行。實驗中應(yīng)觀察實驗現(xiàn)象是否正常，所得數(shù)據(jù)是否合理，實驗結(jié)果是否與理論相一致。(7)完成本次實驗全部內(nèi)容后，應(yīng)請指導(dǎo)教師檢查實驗數(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。1-4實驗總結(jié)實驗的最后階段是實驗總結(jié)，即對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、繪制波形和圖表、分析實驗現(xiàn)象、撰寫實驗報告。每位實驗參與者都要獨立完成一份實驗報告，實驗報告的編寫應(yīng)持嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的科學(xué)態(tài)度。如實驗結(jié)果與理論有較大出入時，不得隨意修改實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，不得用湊數(shù)據(jù)的方法來向理論靠攏，而是用理論知識來分析實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，解釋實驗現(xiàn)象，找出引起較大誤差的原因。實驗報告的一般格式如下:(1)實驗名稱、專業(yè)、班級、實驗學(xué)生姓名、同組者姓名和實驗時間。(2)實驗?zāi)康摹嶒灳€路、實驗內(nèi)容。(3)實驗設(shè)備、儀器、儀表的型號、規(guī)格、銘牌數(shù)據(jù)及實驗裝置編號。(4)實驗數(shù)據(jù)的整理、列表、計算，并列出計算所用的計算公式。(5)畫出與實驗數(shù)據(jù)相對應(yīng)的特性曲線及記錄的波形。(6)用理論知識對實驗結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，得出明確的結(jié)論。(7)對實驗中出現(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，并對實驗提出自己的建議和改進(jìn)措施。(8)實驗報告應(yīng)寫在一定規(guī)格的報告紙上，保持整潔。(9)每次實驗每人獨立完成一份報告，按時送交指導(dǎo)教師批閱。實驗安全操作規(guī)程為了順利完成電力電子技術(shù)及電機控制實驗，確保實驗時人身安全與設(shè)備可靠運行要嚴(yán)格遵守如下安全操作規(guī)程：(1)在實驗過程時，絕對不允許實驗人員雙手同時接到隔離變壓器的兩個輸出端，將人體作為負(fù)載使用。(2)為了提高學(xué)生的安全用電常識，任何接線和拆線都必須在切斷主電源后方可進(jìn)行。(3)為了提高實驗過程中的效率，學(xué)生獨立完成接線或改接線路后，應(yīng)仔細(xì)再次核對線路，并使組內(nèi)其他同學(xué)引起注意后方可接通電源。(4)如果在實驗過程中發(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)，確定無誤后方能重新進(jìn)行實驗。(5)在實驗中應(yīng)注意所接儀表的最大量程，選擇合適的負(fù)載完成實驗，以免損壞儀表、電源或負(fù)載。(6)電源控制屏以及各掛件所用保險絲規(guī)格和型號是經(jīng)我們反復(fù)實驗選定的，不得私自改變其規(guī)格和型號，否則可能會引起不可預(yù)料的后果。(7)在完成電流、轉(zhuǎn)速閉環(huán)實驗前一定要確保反饋極性是否正確，應(yīng)構(gòu)成負(fù)反饋，避免出現(xiàn)正反饋，造成過流。(8)除作階躍起動試驗外，系統(tǒng)起動前負(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，才允許合閘起動并慢慢增加給定，以免元件和設(shè)備過載損壞。(9)在直流電機啟動時，要先開勵磁電源，后加電樞電壓。在完成實驗時，要先關(guān)電樞電壓，再關(guān)勵磁電源。第三章電力電子技術(shù)實驗實驗一三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一、實驗?zāi)康?1)加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理。(2)了解KC系列集成觸發(fā)器的調(diào)整方法和各點的波形。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3-13及圖3-14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DJKO2-1中的集成觸發(fā)電路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片組成，可輸出經(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1-3節(jié)中的有關(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。圖3-13三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DJK10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Y/Y接法。圖中的R均使用D42三相可調(diào)電阻，將兩個900Ω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。圖3-14三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)本教材1-3節(jié)中有關(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α角有什么要求?為什么?七、實驗方法(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。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相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔”VT1的輸出波形，使α=150°(注意此處的α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°)。⑥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。⑦用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發(fā)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。⑧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”的六個開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1～VT6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3-13接線，將DJK06上的“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α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Id保持在0.6A左右(注意Id不得超過0.65A)。用示波器觀察并記錄α=30°、60°及90°時的整流電壓Ud和晶閘管兩端電壓Uv