課程實訓(xùn)及實驗課件

第9章課程實訓(xùn)及實驗9.1整流變壓器參數(shù)計算9.2平波電抗器參數(shù)計算9.3脈沖變壓器設(shè)計9.4課程設(shè)計及實習(xí)9.5實驗實驗一晶閘管的簡易測試及導(dǎo)通關(guān)斷條件實驗實驗二單相橋式半控整流電路的研究實驗三三相橋式全控整流電路的研究實驗四三相交流調(diào)壓電路的研究實驗五GTR單相并聯(lián)逆變器的研究實驗六IGBT斬波電路的研究9.1整流變壓器參數(shù)計算在晶閘管整流裝置中，滿足負載要求的交流電壓往往與電網(wǎng)電壓不一致，這就需要利用變壓器來進行電壓匹配。另外，為降低或減少晶閘管變流裝置對電網(wǎng)和其它用電設(shè)備的干擾，也需要設(shè)置變壓器將晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離。因此，在晶閘管整流裝置中一般都需要設(shè)置整流變壓器，它的參數(shù)計算是一個重要的問題，對整流裝置的性能有著直接的影響。例如，主電路接線形式和負載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓只能在一個較小的范圍內(nèi)變化。如果交流側(cè)的電壓選得過高，則晶閘管裝置在運行過程中控制角α就會過大，整個裝置的功率因數(shù)變壞，無功功率增加，在電源回路中電感上的壓降增大；此外，對應(yīng)晶閘管器件的額定電壓要求也高，裝置成本提高。如果交流側(cè)的電壓選得偏低，則可能即使控制角α=0°，整流輸出也達不到負載所要求的額定電壓，因而也就達不到負載所要求的功率。因此，必須根據(jù)負載的要求，合理計算整流變壓器的參數(shù)，以確保變流裝置安全、可靠運行。9.1.1次級電壓U2欲精確計算整流變壓器次級電壓，就必須首先對主電路中影響U2值的各個因素加以考慮，它們是：（1）U2值的大小首先要保證滿足負載所要求的最大平均電壓Ud。（2）在分析整流電路工作原理時，我們曾經(jīng)假設(shè)晶閘管是理想的開關(guān)元件，導(dǎo)通時電阻為零，關(guān)斷時電阻為無窮大，但事實上，晶閘管并非是理想的半可控開關(guān)器件，導(dǎo)通時有一定的管壓降，用UV表示。（3）變壓器漏抗的存在導(dǎo)致晶閘管整流裝置在換相過程中產(chǎn)生換相壓降，用ΔUx表示。（4）當(dāng)晶閘管整流裝置對直流電動機供電時，為改善電動機的性能，保證流過電機的電流連續(xù)平滑，一般都需串接足夠大電感的平波電抗器。因平波電抗器具有一定的直流電阻，所以電流流經(jīng)該電阻會產(chǎn)生一定的電壓降。（5）晶閘管裝置供電的電動機是恒速系統(tǒng)，在最大負載電流時，電機的端電壓除考慮電動機的額定電壓UN外，還需要考慮電機電樞電阻的壓降，即電機的端電壓應(yīng)當(dāng)為電動機的額定電壓UN和電樞電流在電樞電阻RD上壓降之和?？紤]到以上幾點，在選擇變壓器次級電壓U2的值時，應(yīng)當(dāng)取比理想情況下滿足負載要求的UN所要求的U2稍大的值。U2的具體數(shù)值可根據(jù)此情況下直流回路的電壓平衡方程求得。考慮到最嚴(yán)重的情況，回路的電壓平衡方程為（9-1）(1)ΔUxmax表示直流側(cè)電流最大時變壓器漏抗壓降的平均值。通過變換，變壓器的漏抗壓降平均值ΔUxmax可寫成式中：A——由表9-1選取；C——由表9-1選??；U2——變壓器次級的相電壓；uk%——變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取uk%=5，100～1000kVA的變壓器取uk%=5～8;Idmax/Id——負載的過載倍數(shù)，即最大過載電流與額定電流之比，其數(shù)值由運行要求決定。(2)UPmax表示除了電動機電樞電阻RD外，包括平波電抗器電阻在內(nèi)所有電阻RP上的壓降式中:γP=(INRP)/UN——對應(yīng)電動機額定電流和電壓時電阻RP的標(biāo)么值。標(biāo)么值是指電阻RP對應(yīng)于電動機額定電流、額定電壓時的相對阻值，取這種值進行計算可省去代入單位的麻煩，使計算簡便。(3)UDmax表示恒速系統(tǒng)在電動機最大過載電流IDmax時電機的端電壓，計算方法為式中 ——電動機電樞電路總電阻RD的標(biāo)么值，對容量為15～150kW的電動機，通常γD=0.08~0.04。(4)nUV表示主電路中電流經(jīng)過n個串聯(lián)晶閘管的管壓降之和。式（9-1）左端的Ud隨著主電路的接線形式和負載性質(zhì)的不同而不同，顯然逐個按主電路形式列寫比較繁瑣，這里給出考慮到電網(wǎng)電壓波動后的通式(9-5)式中, 表示當(dāng)控制角α=0°時，整流電壓平均值與變壓器次級相電壓有效值之比，此值可根據(jù)整流電路的接線形式查表9-1。 表示控制角為α?xí)r和α=0°時整流電壓平均值之比。根據(jù)接線形式可查表9-1。ε為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，根據(jù)規(guī)定，允許波動＋5%～-10%，即ε=1.05～0.9。將式（9-2）、（9-3）、（9-4）及（9-5）代入式（9-1）可得該式即為變壓器次級電壓U2的精確表達式。在要求不太精確的情況下，變壓器次級電壓U2可簡化為或式中的UN為電動機的額定電壓，系數(shù)（1～1.2）或（1.2～1.5）是考慮到各種因素影響后的安全系數(shù)。9.1.2初級相電流I1和次級相電流I2

在忽略變壓器激磁電流的情況下，可根據(jù)變壓器的磁勢平衡方程寫出初級和次級電流的關(guān)系式為或式中，N1和N2為變壓器初級和次級繞組的匝數(shù),k=N1/N2為變壓器的變比。為簡化分析，令N1=N2（即k=1），則由上式可見，對于普通電力變壓器而言，初、次級電流是有效值相等的正弦波電流。但對于整流變壓器來說，通常初、次級電流的波形并非正弦波，在大電感負載的情況下，整流電流Id是平穩(wěn)的直流電，而變壓器的次級和初級繞組中的電流都具有矩形波的形狀。欲求得各種接線形式下變壓器初、次級電流的有效值，就要根據(jù)相應(yīng)接線形式下初、次級電流的波形求其有效值，從而可得到I2=KI2·IdI1=KI1·Id式中KI1和KI2分別為各種接線形式時變壓器初、次級電流有效值和負載電流平均值之比?，F(xiàn)舉例說明在特定接線形式下KI1及KI2的求法。

1．橋式接線形式這里以三相全控橋為例，次級繞組a相中的電流波形i2如圖9-1所示。顯然i2不是正弦周期波形，如果把i2分解成基波和各次諧波，它們都可以通過變壓器磁耦合反映到初級繞組中去。因此,初級繞組a相中具有和次級a相同形狀的電流波形i1（匝比k=1）。根據(jù)其波形很容易求出初級電流有效值為很明顯當(dāng)k=1時這正說明，在匝比k=1的情況下，對于橋式線路，初級和次級電流有效值相等。圖9-1三相橋式連接時變壓器=繞組電流波形

2．半波接線方式這里以三相半波整流電路為例說明半波接線方式I1和I2的計算。顯然，電流i2可以分解成直流分量 和交流分量i2N，因直流分量只能產(chǎn)生直流磁勢i2N2，無法經(jīng)變壓器的磁耦合影響到初級電流作相應(yīng)變化，故初級電流i1只能隨i2相應(yīng)變化，如圖9-2(b)所示。圖9-2三相半波連接時變壓器繞組電流波形(a)初級電流；(b)次級電流因此初級電流有效值為因此計算結(jié)果表明：（1）在三相半波接線情況下在k=1情況下（2）在k=1的情況下，初級電流有效值在數(shù)值上僅為次級電流有效值的81.6％。初級電流小的原因是初級電流比次級電流少了一個直流分量。按照類似的計算方法，可算得其它主回路接線方式時kI1和kI2的數(shù)值如表9-1中所示。9.1.3次級容量S2，初級容量S1以及平均計算容量S（視在容量）在計算得到變壓器次級相電壓有效值U2以及相電流有效值I2后，根據(jù)變壓器本身的相數(shù)m就可計算變壓器的容量，其值為平均計算容量式中，m1和m2為變壓器初、次級繞組的相數(shù)。對于不同的接線形式，m1和m2可查表9-1。表9-1不同電路中整流變壓器的參數(shù)值（電感負載）表9-2不同電路中整流變壓器的參數(shù)值（電阻負載）9.2平波電抗器參數(shù)計算9.2.1電動機電樞電感LM和變壓器漏感LT的計算1．電動機電樞電感LM電動機電樞電感可按下式計算：

(9-9)式中：UN——電動機額定電壓(V);

IN——電動機額定電流(A);

nN——電動機額定轉(zhuǎn)速（r/min）;p——電動機的磁極對數(shù);kM——計算系數(shù)。對有補償電機，kM=8～12；對快速無補償電機,kM=6～8。2．整流變壓器漏感整流變壓器漏感折算到次級繞組后，每相漏感LT可按下式計算：(9-10)式中：U2——變壓器次級相電壓有效值（V）；Id——晶閘管裝置直流側(cè)的額定負載電流（平均值）（A）;uk%——變壓器的短路比，100kVA以下的變壓器取uk%=5，100～1000kVA的變壓器取uk%=5～10；

kTL——與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，查表9-3的序號3。表9-3計算電感量時的有關(guān)參數(shù)9.2.2限制輸出電流脈動的電感量Lm的計算由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因而輸出電流也是脈動的，它可以分解為一個恒定的直流分量和一個交流分量，衡量輸出負載電流交流分量大小的電流脈動系數(shù)si可以定義為(9-11)式中：IdM——輸出電流最低頻率的交流分量幅值（A）；Id——輸出脈動電流平均值（A）。通常，負載需要的僅是直流分量，而交流分量會引起有害后果。對于直流電動機負載，過大的交流分量會使電動機換向惡化并增加附加損耗。為使晶閘管—電動機系統(tǒng)能正?？煽康毓ぷ?，對si有一定的要求。在三相整流電路中，一般要求si＜5～10%；在單相整流電路中，要求si＜20%。僅靠電動機自身電感量不能滿足對si的要求，必須在輸出電路中串接平波電抗器Lm，使輸出電壓中的交流分量基本上降落在電抗器上，以減少輸出電流中的交流分量，使負載能夠獲得較為恒定的電壓和電流。整流輸出電壓中交流分量是隨控制角α的變化而改變的。分析結(jié)果表明，對于常用整流電路，其輸出電流的最低諧波頻率為fd(Hz)，最大脈動均產(chǎn)生于α=90°處。最低諧波頻率的電壓幅值UdM與變壓器次級為星形接法時相電壓有效值U2之比即UdM/U2示于表9-3的序號1中。限制電流脈動，滿足一定si要求的電感量Lm可按下式計算(9-12)式中：UdM/U2——最低諧波頻率的電壓幅值與交流側(cè)相電壓之比；fd——輸出電流的最低諧波頻率（Hz）；si——根據(jù)運行要求給出；Id——額定負載電流平均值（A）。按式（9-12）計算出的電感量是指整流回路應(yīng)具備的總電感量，實際串接的平波電抗器的電感量Lmα為還應(yīng)指出，在具體計算時，對于三相橋式系統(tǒng)，因變壓器兩相串聯(lián)導(dǎo)電，故要用2LT代入上式進行計算；對于雙反星形電路，則取LT/2代入上式計算。9.2.3使輸出電流連續(xù)的臨界電感量Ll的計算當(dāng)晶閘管的控制角α較大，負載電流小到一定程度時，會使輸出電流不連續(xù)，這將導(dǎo)致晶閘管的導(dǎo)通角θ減小，電動機的機械特性變軟，運行不穩(wěn)定。因此，必須在輸出回路中串入電抗器Ll。若要求變流器在某一最小輸出電流Idmin時仍能維持電流連續(xù)，則電抗器電感量Ll可按下式計算式中,kl、U2、Idmin含義同式（9-14）。同樣，實際臨界電感量Llα亦應(yīng)從式(9-14)所求得的Ll中扣除LM和LT，即在實際應(yīng)用中，對不可逆整流電路，可以只串接一只電抗器，使它在額定負載電流Id時的電感量不小于Lmα，在最小負載電流Idmin時的電感量不小于Llα。通常，總是Llα＞Lmα。當(dāng)設(shè)計的電抗器不能同時滿足這兩種情況時，可以調(diào)節(jié)電抗器的空氣隙。氣隙增大，大電流時電抗器不易飽和，對限制電流脈動有利；氣隙減小，則小電流時電抗器的電抗值增大，對維持電流連續(xù)有利。這種電感量隨負載電流增大而減小的電抗器稱為擺動電抗器。若計算出的Llα和Lmα相差不大，即要求電感量不隨負載電流而變，這種電抗器稱為線性電抗器；Llα和Lmα合并統(tǒng)稱為平波電抗器。由于平波電抗器工作時有直流電流流過，故設(shè)計電抗器的結(jié)構(gòu)參數(shù)時應(yīng)當(dāng)考慮直流勵磁的存在。

例9-1已知晶閘管三相全控橋式整流電路供電給ZZK—32型快速無補償直流電動機，其額定容量PN=6kW，UN=220V，IN=32A，nN=1350r/min，磁極對數(shù)p=2。變壓器次級相電壓U2=127V，短路比uk%=5。整流器輸出額定電流ID=35.5A，要求額定電流時si≤0.05,在5%額定電流時能保證電流連續(xù)。試計算平波電抗器的電感量。

解（1）求電動機電樞電感LM。式中，對于快速無補償電機，kM=8。(2)求變壓器漏電感LT。式中kTL的值由表9-3查得。（3）求限制輸出電流脈動的電感量Lmα。式中UdM/U2的值由表9-3查得。（4）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量Llα平波電抗器的額定電流為1.1×35.5=39A，1.1為安全系數(shù)。根據(jù)以上計算，Llα＞Lmα，故取其中較大者，即電抗器電感量應(yīng)大于38mH，且為鐵心氣隙可調(diào)的擺動電抗器。9.3脈沖變壓器設(shè)計9.3.1脈沖變壓器設(shè)計的基本原則圖9-3脈沖變壓器的磁化曲線當(dāng)周期性向變壓器施加單向脈沖時，鐵心的平均導(dǎo)磁率為可見，向變壓器施加單向脈沖時，鐵心導(dǎo)磁率μcp總是比施加的交變電壓低，并且剩磁Br越高，μcp就越低，變壓器鐵心得不到充分利用。為了提高變壓器的利用率，希望脈沖變壓器鐵心材料的剩磁Br要低，最大磁密度Bm和導(dǎo)磁率要高。因此，應(yīng)盡量選用較好的磁性材料，如次冷軋硅鋼片、坡莫合金、鐵淦氧體，鐵心的截面要選得大一點。采用附加位移繞組的方法可以減小脈沖變壓器的尺寸，該繞組的作用是使鐵心磁化的原始工作點沿著磁化曲線移到負的最大磁密點上。由于增加了鐵心中磁密的變化范圍，故可減少變壓器的匝數(shù)和磁路截面。但在位移繞組回路中必須串入足夠大的電阻，使在兩個脈沖間隔期變壓器的去磁過程不致被滯后。如果用一只變壓器產(chǎn)生兩個相位相反的脈沖，則變壓器鐵心就利用得比較好了，因為在這種情況下和采用位移繞組一樣，鐵心的交變磁化將沿著整個回線進行。但這種線路會產(chǎn)生一個反相寄生脈沖，此脈沖在基本脈沖終止的瞬間產(chǎn)生，影響到反相一組。在固定不變的情況下，可將此寄生脈沖限制在某一允許值范圍內(nèi)。但在可控變流器的控制角要求快速變化的情況下，產(chǎn)生寄生脈沖是不允許的，它將使可控變流器提前導(dǎo)通。特別要指出的是，設(shè)計脈沖變壓器時不能使鐵心磁感應(yīng)強度B達到其極限值Bs，因為此時鐵心飽和，將會出現(xiàn)極大的激磁電流。通常取Bm≤(0.8～0.85)Bs。如傳遞的是寬度小于T/2（T為脈沖周期）的矩形波，Bm≤Br/3。為了盡量減小剩磁Br，必要時脈沖變壓器的鐵心可留一定的氣隙。9.3.2基本關(guān)系和計算方法1.激磁電流I0與原邊匝數(shù)N1的關(guān)系當(dāng)脈沖變壓器的原邊加上矩形脈沖時，原邊繞組就產(chǎn)生一個磁場強度Hm，該磁場強度可由下式表示：Hm·lc=N1·I0式中：Hm——鐵心不飽和時的最大磁場強度;

lC——鐵心磁路的平均長度;

N1——原邊繞組匝數(shù);

I0——原邊繞組激磁電流。

I0=（0.15～0.5）I1，I1為脈沖變壓器副邊繞組折合到原邊的電流。當(dāng)I1較小時，也可取I0=（0.6～1.0）I1。變壓器的鐵心材料和結(jié)構(gòu)確定后，Hm和lc就為已知，這時只要合理選擇激磁電流I0，就可求得原邊繞組匝數(shù)N1?？梢?，I0的選擇是脈沖變壓器設(shè)計的關(guān)鍵之一。I0選得過大，會增大觸發(fā)電路末級晶體管的負擔(dān)，并引起變壓器發(fā)熱；I0選得過小，又會使原邊繞組匝數(shù)過多，導(dǎo)致漏抗增加，使傳遞特性變壞。對于一般脈沖變壓器，希望N1≤300匝。2.鐵心截面積和磁感應(yīng)強度的關(guān)系由磁路分析可知，鐵心截面積和磁感應(yīng)強度的關(guān)系如下式中：S——鐵心磁路的截面積;U1——加在原邊繞組上的矩形波脈沖電壓值;τ——矩形波脈沖電壓寬度;N1——原邊繞組的匝數(shù);Bm——鐵心未飽和時的最大磁感應(yīng)強度;Br——鐵心剩磁的磁感應(yīng)強度。3.脈沖變壓器主要參數(shù)的計算方法設(shè)計計算前，下列數(shù)據(jù)均為已知：輸入矩形波脈沖的幅值U1；脈沖寬度τ；工作周期T；輸出脈沖要求的幅值U2；負載電阻Rfz。計算的步驟和方法如下：1)確定變比k=U1/U2和原、副邊繞組的電流變比副邊繞組電流I2=U2/Rfz;原邊繞組電流I1=I2/k。2)選擇鐵心材料及型式若輸入脈沖的頻率f=1/T，則f≤100Hz時選用熱軋硅鋼片;f≤1000Hz時選用冷軋硅鋼片;f≥1000Hz時選用坡莫合金或鐵淦氧材料。鐵心可做成“E”字型或鐵淦氧磁環(huán)。尺寸根據(jù)輸出功率大小確定，詳見表9-4、表9-5。3)計算原、副邊繞組匝數(shù)N1、N2預(yù)選I0、Hm、lc若N1＞300匝，則可適當(dāng)增加I0或重選鐵心尺寸再預(yù)算：4)確定鐵心厚度鐵心截面積S為則鐵心厚度式中:a——鐵心寬度；kc——選片系數(shù)（0.9～0.95）。通常b=(1.3～1.5)a。如果b尺寸過大，則表明鐵心尺寸偏小，應(yīng)改用大一號鐵心。表9-4E型鐵心尺寸表表9-5環(huán)型鐵心尺寸表5)確定繞組導(dǎo)線截面積和直徑導(dǎo)線尺寸根據(jù)電流有效值選?。簩?dǎo)線截面積導(dǎo)線直徑式中：Ief——電流有效值；j——電流密度，可取2.5A/mm2。原邊繞組電流有效值為副邊繞組電流有效值為由于電流為脈沖形式，因而導(dǎo)線發(fā)熱不嚴(yán)重。但在鐵心窗口尺寸許可的條件下，截面可以選得大些，以減小變壓器的內(nèi)阻壓降。6)計算與校核輸出級晶體管功耗晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，其耗散功率為式中：Uces——晶體管飽和壓降；τ——脈沖寬度；T——脈沖周期；I=I1＋I0——通過原邊繞組總電流。根據(jù)Pc可選擇合適的輸出級晶體管或校核已選用的晶體管是否滿足要求。9.3.3設(shè)計舉例在一個脈沖觸發(fā)電路中，已知脈沖周期T=11ms，脈沖寬度τ=1.1ms，原邊脈沖電壓U1=12V，副邊脈沖電壓U2=8V，副邊最小負載電阻Rfz=50Ω，試設(shè)計一個脈沖變壓器。

1．確定原、副邊電流及變比K

2．選鐵心材料及確定鐵心尺寸選用冷軋硅鋼片，其Bs=12000Gs，Br=4760Gs。采用Bm=0.8Bs，故Bm=0.8×12000=9600Gs。冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁率μ=8000，于是因1奧斯特=0.8A/cm，故1.2奧斯特=1.2×0.8=0.96A/cm。選用磁路長度lc=7.2cm，a=1.0cm，取于是3．確定鐵心厚度因為故b=1.26<1.5a=1.5,說明鐵心合適。4.確定導(dǎo)線截面積根據(jù)2.5A/mm2計算時，原繞組導(dǎo)線截面積為副繞組導(dǎo)線截面積為5．選觸發(fā)器的輸出晶體管設(shè)Uces=2V，則可據(jù)此選晶體管。9.4課程設(shè)計及實習(xí)1.課程設(shè)計題目課程設(shè)計題目為三相橋式全控整流電路主電路參數(shù)設(shè)計及電路的實際調(diào)試。2.主電路參數(shù)計算1)整流變壓器參數(shù)計算根據(jù)9.1節(jié)所提供的設(shè)計方法分別計算變壓器次級相電壓U2、次級電流I2和初級相電流I1，變壓器初級容量S1、次級容量S2和平均計算容量S。已知他勵直流電動機的參數(shù)：UN=230V、IN=3.5A、nN=1500r/min;勵磁回路參數(shù)：UfN=220V、IfN=0.35A。電機的過載能力為2)晶閘管參數(shù)的選擇合理地選擇晶閘管，可以在保證晶閘管裝置可靠運行的前提下降低成本，獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。在采用普通型（KP型）晶閘管的整流電路中，應(yīng)正確選擇晶閘管的額定電壓與額定電流參數(shù)。這些參數(shù)的選擇主要與整流電路的型式，電流、電壓與負載電壓、電流的大小，負載的性質(zhì)以及晶閘管的控制角度α的大小有關(guān)。由于在工程實際中，各種因素差別較大，因此要精確計算晶閘管電流值是較為復(fù)雜的。為了簡化計算，以下均以α=0°來計算晶閘管的電流值。但在有些整流電路中，若晶閘管長期工作在控制角α較大的情況下，則應(yīng)參閱有關(guān)資料，修改波形系數(shù)，按實際情況選擇晶閘管元件。一般來說，晶閘管的參數(shù)計算及選用原則如下：·計算每個支路中晶閘管元件實際承受的正、反向工作峰值電壓?！び嬎忝總€支路中晶閘管元件實際流過的電流有效值和平均值?！じ鶕?jù)整流裝置的用途、結(jié)構(gòu)、使用場合及特殊要求等確定電壓和電流的儲備系數(shù)?！じ鶕?jù)各元件的制造廠家提供的元件參數(shù)并綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)選用晶閘管元件。(1)三相橋式全控整流電路晶閘管額定電壓UVN的選擇。由理論分析可得，當(dāng)可控整流電路接成三相全控電路形式時，每個晶閘管所承受的正、反向電壓均為整流變壓器次級線電壓的峰值，即式中：U2φ——整流變壓器次級相電壓；Um——晶閘管承受的正、反向最大電壓。晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓Um，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬2～3倍的安全系數(shù)，即按下式選?。篣VN=(2~3)Um（9-17）式中系數(shù)(2～3)的取值應(yīng)視運行條件、元件質(zhì)量和對可靠性的要求程度而定，通常對要求高可靠性的裝置取值較大。不同整流電路中，晶閘管承受的最大峰值電壓Um不同，如表9-6所示。表9-6整流元件的最大峰值電壓Um和通態(tài)平均電流的計算系數(shù)Kfb

(2)三相橋式全控整流電路晶閘管額定平均電流IVV和電流有效值IV的選擇。為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來計算其電流額定值，即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實際電流的最大有效值。由理論分析可知，晶閘管流過正弦半波電流的有效值IV和額定值IVV(通態(tài)平均電流)的關(guān)系當(dāng)α=0°時為(9-18)在各種不同型式的整流電路中，流經(jīng)整流元件的實際電流有效值等于波形系數(shù)kf與元件電流平均值的乘積，而元件電流平均值為Id/kb（式中ID為整流電路負載電流的平均值，即整流輸出的直流平均值；kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)）?？紤]（1.5～2）倍的電流有效值安全系數(shù)后，式(9-18)可以寫為(9-19)式中計算系數(shù)kfb=kf/1.57kb。當(dāng)α=0°時，不同整流電路、不同負載性質(zhì)的kfb值示于表9-6中。對于非標(biāo)準(zhǔn)負載等級，根據(jù)一般晶閘管元件的熱時間常數(shù)，通常取負載循環(huán)中熱沖擊最嚴(yán)重的15min內(nèi)的有效值作為流過晶閘管的直流電流的額定值。即（9-20）式中：J——負載循環(huán)曲線中，熱沖擊最嚴(yán)重的15min內(nèi)的電流“階梯”數(shù)；Δtk——各級電流的持續(xù)時間（min)；IdT——流過每個晶閘管的平均電流。

例9-2某晶閘管三相橋式整流電路供電給ZZ-91型直流電動機，其額定值為UN=220V，IN=287A，PN=55kW，要求負載短路時過載倍數(shù)為1.5；電網(wǎng)電壓波動系數(shù)為0.9；直流輸出電路串接平波電抗器；已知整流變壓器次級相電壓為U2=132V。試計算晶閘管的額定電壓和額定電流并選擇晶閘管。

解（1）計算晶閘管額定電壓UVN。查表9-6，對于三相橋式全控橋式電路，晶閘管承受的最大峰值電壓按式（9-17）計算的晶閘管額定電壓為取800V。（2）計算晶閘管的額定平均電流IVV。查表9-6,系數(shù)kfb=0.368，式中Id=1.5×IN，按式（9-19）計算的晶閘管額定電流為取300A。選擇KP300-8型晶閘管，共六只。3)晶閘管過電壓保護與一般半導(dǎo)體元件相同，晶閘管元件的主要弱點是過電壓、過電流的承受能力差。當(dāng)施加在元件兩端的電壓超過其正向轉(zhuǎn)折或反向擊穿電壓時，即使時間很短也會導(dǎo)致元件損壞或使元件發(fā)生不應(yīng)有的轉(zhuǎn)折導(dǎo)通，造成事故或使元件性能降低，留下隱患。過電壓保護的目的是使元件在任何情況下不致受到超過元件所能承受的電壓的侵害,因此必須采取有效措施消除和抑制可能產(chǎn)生的各種過電壓。整流器中產(chǎn)生過電壓的原因有外因和內(nèi)因兩種。前者主要來自系統(tǒng)中的通斷過程和雷擊，后者是指由晶閘管元件的周期通斷(換相)過程(即晶閘管載流子積蓄效應(yīng))引起的過電壓。正常工作時，晶閘管承受的最大峰值電壓Um如表9-6所示，超過此峰值的電壓即為過電壓。在整流裝置中，任何偶然出現(xiàn)的過電壓均不應(yīng)超過元件的不重復(fù)峰值電壓Udm，而任何周期性出現(xiàn)的過電壓則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓Urm。這兩種過電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的，因此在變流電路中，必須采用各種有效保護措施，以抑制各種暫態(tài)過電壓，保護晶閘管元件不受損壞。抑制暫態(tài)過電壓的方法一般有三種：①用電阻消耗過電壓的能量；②用非線性元件限制過電壓的幅值；③用儲能元件吸收過電壓的能量。若以過電壓保護裝置的部位來分，還有交流側(cè)保護和直流側(cè)保護兩種抑制暫態(tài)電壓的方法。(1)交流側(cè)過電壓保護有三種方法：采用避雷器、RC過電壓抑制電路和非線性元件。避雷器用以保護由大氣雷擊所產(chǎn)生的過電壓，主要用于保護變壓器。因這種過電壓能量較大，持續(xù)時間也較長，一般采用閥型避雷器。RC過電壓抑制電路通常并聯(lián)在變壓器次級（元件側(cè)），以吸收變壓器鐵心磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而儲存起來。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中消耗一部分能量并且抑制RC回路可能產(chǎn)生的振蕩。當(dāng)整流器容量較大時，RC電路也可接在變壓器的電源側(cè)，如圖9-4所示。圖9-4阻容過電壓保護電路的接法單相整流電路RC參數(shù)的計算公式為電容Ca的耐壓電阻Ra的功率為式中：STM——變壓器每相平均計算容量（VA）；U2——變壓器次級相電壓有效值（V）；i0%——勵磁電流百分?jǐn)?shù)，當(dāng)STM≤幾百伏安時，i0%=10，當(dāng)STM≥1000伏安時，i0%=3～5；uk——變壓器的短路比，當(dāng)變壓器容量為10～1000kVA時，uk%=5～10；IC，UCa——當(dāng)Ra正常工作時電流電壓的有效值（A，V）。表9-7變壓器阻容裝置不同接法時電阻和電容的數(shù)值

例9-3三相橋式晶閘管整流電路，已知三相整流變壓器的平均計算容量為50kVA，次級繞組為星形接法，相電壓為200V，變壓器短路比百分?jǐn)?shù)uk%=5，勵磁電流百分?jǐn)?shù)i0%=8，采用三角形接法的阻容保護裝置以減小電容量。試計算阻容保護元件的參數(shù)。

解變壓器每平均計算容量為(1)電容器的計算。因阻容保護為三角形接法，Ca為星形接法計算值的1/3，按式(9-21)可得取Ca=8μF。電容器Ca的耐壓值為取630V，選擇CZJ型交流密封紙介電容。（2）電阻值的計算。因為是三角形接法，由表9-8知，Ra應(yīng)為星形接法時的三倍，按式(9-23)可得考慮到所取電容Ca值已大于計算值，故電阻Ra可適當(dāng)取小些，取Ra=12Ω。正常工作時，RC支路始終有交流電流流過，過電壓總是短暫的，所以可按長期發(fā)熱來確定電阻的功率。RC支路電流Ic近似為電阻Ra的功率為故選用RxYc-500W-12Ω被釉繞線電阻。對于大容量的晶閘管裝置，三相RC保護電路的體積較大；在一般RC電路，因電容所儲存能量將在晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時釋放，從而增大了晶閘管開通時的di/dt值，工作中的發(fā)熱量也較大。為此，可采用整流式RC吸收電路，它雖然多了一個三相整流橋，但是只用一個電容器，因只承受直流電壓而可用體積小、容量大的電解電容，從而減小了RC電路的體積。整流式RC電路的接線方式及計算公式如表9-8所示。表9-8交流側(cè)過電壓保護用整流式阻容電路及計算公式當(dāng)發(fā)生雷擊或從電網(wǎng)侵入更高的浪涌電壓時，僅用阻容保護是不夠的，此時過電壓仍可能超過元件所能承受的電壓值，因此必須同時設(shè)置非線性元件保護。非線性元件有與穩(wěn)壓管相近似的伏安特性，可以把浪涌過電壓抑制在晶閘管元件允許的范圍。常用的非線性元件有硒堆和金屬氧化物壓敏電阻。有關(guān)非線性元件抑制過電壓的具體電路和實現(xiàn)方法請讀者查閱有關(guān)資料。(2)直流側(cè)過電壓保護。整流器直流側(cè)斷開時，如出現(xiàn)直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快速熔斷等情況，則也會在A、B之間產(chǎn)生過電壓，如圖9-5所示。前者因變壓器儲能的釋放產(chǎn)生過電壓，后者則由于直流電抗器儲能的釋放產(chǎn)生過電壓，都可使晶閘管元件損壞。當(dāng)直流端處在短路情況下斷開直流電路時，產(chǎn)生的浪涌峰值電壓特別嚴(yán)重，所以對直流側(cè)過電壓必須采取措施加以抑制。圖9-5直流側(cè)快速開關(guān)斷開或快速熔斷引起的過電壓圖9-6用非線性元件抑制直流側(cè)過電壓(3)晶閘管換相過電壓的保護。通常是在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC電路，如圖9-7所示。圖9-7（a)為常用電路，多用于中小容量整流電路。串聯(lián)電阻R的作用一是阻尼LC回路的振蕩，二是限制晶閘管開通瞬間的損耗且可減小電流上升率di/dt。電容C的選擇可按下式計算：C=(2~4)IVV×10-3(μF)電容C的耐壓應(yīng)大于正常工作時晶閘管兩端電壓峰值的1.5倍。電阻R一般取R=10～30Ω，對于整流管取下限值，對于晶閘管取上限值，其功率應(yīng)滿足下式：PR≥1.75fCU2m×10-6

表9-9與晶閘管并聯(lián)的阻容電路經(jīng)驗數(shù)據(jù)圖9-7換相過電壓保護電路4)晶閘管過電流保護及電流上升率、電壓上升率的限制(1)過電流保護。變流裝置發(fā)生過電流的原因歸納起來有如下幾方面：·外部短路，如直流輸出端發(fā)生短路；·內(nèi)部短路，如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路；·可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過大；·生產(chǎn)機械發(fā)生過載或堵轉(zhuǎn)等。晶閘管元件承受過電流的能力也很低，若過電流數(shù)值較大而切斷電路的時間又稍長，則晶閘管元件因熱容量小就會產(chǎn)生熱擊穿而損環(huán)。因此，必須設(shè)置過流保護，其目的在于一旦變流電路出現(xiàn)過電流，就要把它限制在元件允許的范圍內(nèi)，在晶閘管被損壞前就迅速切斷過電流，并斷開橋臂中的故障元件，以保護其它元件。晶閘管變流裝置可能采用的過流保護措施有交流斷路器、進線電抗器、靈敏過電流繼電器、短路器、電流反饋控制電路、直流快速開關(guān)及快速熔斷器等，現(xiàn)分別作簡要說明。交流斷路器串接在整流變壓器的初級，當(dāng)整流電路的過電流超過其整定值時動作，切斷變壓器初級側(cè)交流電路，使變壓器退出運行。斷路器全部動作時間較長，約為100～200ms，晶閘管元件不能在這樣長的時間內(nèi)承受過電流，故它只能作為變流裝置的后備保護。交流斷路器的選配原則是：①其額定電流和電壓不小于安裝處的額定值；②其斷流能力大于安裝處的短路電流。進線電抗器串接在變流裝置的交流進線側(cè)以限制過電流，它的缺點是在過載時會產(chǎn)生較大的壓降，增加線路損耗。靈敏過電流繼電器安裝在直流側(cè)或經(jīng)電流互感器接在交流側(cè)，當(dāng)電路發(fā)生過電流時動作，跳開交流側(cè)電源開關(guān)。其動作時間約為100～200ms，所以只有當(dāng)短路電流不大或?qū)^電流由機械過載引起時才能起到保護作用，對數(shù)值較大、作用時間短的短路電流不起保護作用。短路器并接在變壓器的次級側(cè)，動作時使變壓器次級側(cè)短接，避免故障電流流過整流元件，從而起到保護作用。其動作時間快，約為2～3ms，缺點是短路電流對變壓器有沖擊，減少變壓器的使用壽命，目前已較少采用。在交流側(cè)設(shè)置電流檢測電路，當(dāng)檢測出過電流信號時，利用它去控制觸發(fā)器，使觸發(fā)脈沖封鎖或把脈沖迅速移到逆變區(qū)，從而使整流電壓減小，抑制過電流。其作用時間低于10ms，特點是動作快、無過電壓。它適用于直流側(cè)外部短路以及當(dāng)元件被擊穿后對其它尚好的元件進行保護。直流快速開關(guān)多用于大中容量以及逆變器的過電流保護，以切斷直流側(cè)短路電流，但不能保護內(nèi)部短路故障。直流快速開關(guān)的動作時間約為2ms，全部分?jǐn)嚯娏鞯臅r間不超過30ms，是目前較好的直流側(cè)過電流保護裝置。其選用的原則是：①開關(guān)的額定電流、電壓不小于變流裝置的額定值；②分?jǐn)嚯娏髂芰Υ笥谧兞髌鞯耐獠慷搪冯娏髦?；③在開關(guān)的保護范圍內(nèi)，其動作時間應(yīng)小于快速熔斷器的熔斷時間?？焖偃蹟嗥?簡稱快熔)是一種最簡單、有效而應(yīng)用最普通的過電流保護元件，其斷流時間一般小于10ms。國產(chǎn)快熔的主要參數(shù)如表9-10所示，目前國產(chǎn)快熔的形式有大容量插入式RTK、保護整流二極管用RSO型和保護晶閘管用RS3型以及小容量螺旋型RLS等。表9-10快速熔斷器的參數(shù)表9-11快速熔斷器時間/電流特性表9-12熔斷器接入方式與特點表9-13整流電路形式與系數(shù)kc的關(guān)系快熔的選用原則如下：·額定電壓的選擇?？烊垲~定電壓URN不小于線路正常工作電壓的方均根值。·額定電流的選擇。快熔的額定電流IRN應(yīng)按它所保護的元件實際流過的電流IR（方均根值）來選擇，而不是根據(jù)元件的標(biāo)稱額定電流IVV值來確定。一般可按下式計算：式中：ki——電流裕度系數(shù)，取ki=1.1～1.5；ka——環(huán)境溫度系數(shù)，取ka=1～1.2；IR——實際流過快速熔斷器的電流有效值。在確定快熔額定電流時要注意兩點情況：①在同一整流臂中若有多個元件并聯(lián)時，要考慮電流不均衡系數(shù)，快熔應(yīng)按在支路中流過最大可能電流的條件來選擇；②要考慮整流柜內(nèi)的環(huán)境溫度，一般要比柜外高，有時可相差10℃?？烊塾幸欢ǖ脑试S通過的能量I2t值，元件也具有承受一定I2t值的能力。為了使快熔能可靠地保護元件，要求快熔的(I2t)R值在任何情況下都小于元件的I2TSMt值。其關(guān)系為式中：(I2t)R——快熔的允許能量值，可由產(chǎn)品說明書中查得；I2TSMt——元件的浪涌峰值電流的有效值，可由元件手冊中查得；t——元件承受浪涌電流的半周時間，在50Hz情況下t=1/100s。例9-4三相橋式全控整流電路，晶閘管為KP300型，直流輸出電流為Id=250A，交流電壓為380V，計算橋臂中與晶閘管串聯(lián)的快熔參數(shù)。

解(1)因工作時電壓為380V，取URN=500V。(2)流過快熔的電流有效值IR為快熔的額定電流計算選取IRN=300A。(3)驗算I2t值。從有關(guān)手冊中查知RS3型500V/300A快熔的(I2t)R=135000A2s，KP300型晶閘管的浪涌電流峰值ITSM=5650A，其有效值為所以故關(guān)系成立。(2)電流上升率di/dt的限制。晶閘管在導(dǎo)通的初瞬，電流主要集中在靠近門極的陰極表面較小區(qū)域，局部電流密度很大，然后隨著時間的增長才逐步擴大到整個陰極面，此過程約需幾微秒到幾十秒。若導(dǎo)通時電流上升率di/dt太大，會引起門極附近過熱，導(dǎo)致PN結(jié)擊穿使元件損壞，因此必須把di/dt限制在最大允許的范圍內(nèi)。產(chǎn)生di/dt過大的可能原因有：在晶閘管換相過程中對導(dǎo)通元件產(chǎn)生的di/dt，由于晶閘管在換相過程中相當(dāng)于交流側(cè)線電壓短路，因交流側(cè)阻容保護的電容放電造成di/dt過大；晶閘管換相時因直流側(cè)整流電壓突然增高，對阻容保護電容進行充電造成di/dt過大；與晶閘管并聯(lián)的阻容保護電容在元件導(dǎo)通瞬間釋放儲能造成di/dt過大。圖9-8所示為限制di/dt過大的措施。圖9-8產(chǎn)生di/dt的情況及抑制措施圖9-9換相等效電路在晶閘管陽極回路串入電感LS，LS的數(shù)值可用圖9-9所示的換相過程等效電路來計算。該圖中，設(shè)已觸發(fā)V2而V1尚未關(guān)斷，u為交流電源線電壓，由圖9-9可得式中：Um——交流電壓u的峰值(V)；di/dt——晶閘管通態(tài)電流臨界上升率。(3)電壓上升率du/dt的限制。處在阻斷狀態(tài)下晶閘管的J2結(jié)面相當(dāng)于一個結(jié)電容，當(dāng)加到晶閘管上的正向電壓上升率du/dt過大時，會使流過J2結(jié)面的充電電流過大，起了觸發(fā)電流的作用，造成晶閘管誤導(dǎo)通，從而引起較大的浪涌電流，損壞快熔或晶閘管。因此，對du/dt也必須加以限制，使之小于晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率。對于交流側(cè)產(chǎn)生的du/dt，可采用帶有整流變壓器和交流側(cè)阻容保護的變流裝置，如圖9-4所示。變壓器漏感LT和交流側(cè)RC吸收電路組成了濾波環(huán)節(jié)，使由交流電網(wǎng)侵入的前沿陡、幅值大的過電壓有較大衰減，并使作用于晶閘管的正向電壓上升率du/dt大為減小。在無整流變壓器供電的情況下，則應(yīng)在電源輸入端串聯(lián)在數(shù)值上相當(dāng)于變壓器漏感的進線電感LT(如圖9-10所示)，以抑制du/dt，同時還可起到限制短路電流的作用。對進線電感LT可進行如下近似計算：式中：U2，I2——交流側(cè)的相電壓和相電流；f——電源頻率；

uk%——與晶閘管裝置容量相等的整流變壓器的短路比。圖9-10串入進線電感LT限制du/dt在晶閘管導(dǎo)通換相瞬間，兩相晶閘管同時導(dǎo)通，在換相重疊角γ期間相當(dāng)于線電壓被短路，因而在輸出電壓波形上出現(xiàn)一個缺口，當(dāng)加在晶閘管上的電壓變化率du/dt為正時，有可能造成晶閘管誤導(dǎo)通。防止du/dt過大造成誤導(dǎo)通的方法是在每個橋臂串接一個空心電抗器LS，如圖9-8所示。利用R、C、LS串聯(lián)電路的濾波特性，使加在晶閘管上的電壓波形缺口變平，降低du/dt的數(shù)值。應(yīng)當(dāng)指出，目前晶閘管保護裝置的參數(shù)定量計算還缺乏成熟和統(tǒng)一的方法，有待于進一步科學(xué)實驗和論證。3.電路設(shè)計1)主電路變壓器電路采用三相全控橋式整流電路，注意整流變壓器應(yīng)接成△／Y。2)觸發(fā)電路及分析（1）可采用矩齒波觸發(fā)電路或集成觸發(fā)器觸發(fā)電路，分析觸發(fā)電路中各主要點的波形。（2）分析同步變壓器的選擇原則。（3）說明各觸發(fā)脈沖之間的關(guān)系，畫出波形圖。4.電路調(diào)試電路調(diào)試步驟參考9.5節(jié)實驗三所介紹的步驟進行。5.實習(xí)報告1)設(shè)計及實習(xí)報告內(nèi)容(1)分析主電路和控制電路的工作原理。(2)主電路分別帶電阻性、大電感性負載時，求主電路輸出電壓、電流的平均值；畫出輸出電壓、電流波形。(3)確定觸發(fā)電路形式，畫出電路中各主要點的波形。(4)寫出調(diào)試步驟。(5)將調(diào)試中各點的波形與理論分析做比較，分析其不同之處。(6)繪出他勵直流電動機的機械特性。(7)寫出實習(xí)的心得體會，提出意見及建議。2)設(shè)計及實習(xí)線路繪制(1)在三號圖紙上繪制標(biāo)準(zhǔn)圖紙。(2)所用電氣、電子元件的符號均采用國家標(biāo)準(zhǔn)符號。手工繪畫時，如果是典型元件，如熔斷器、電動機等，最好用電工模板繪制(也可用計算機軟件進行繪畫)。(3)圖中線條要求規(guī)范。參照有關(guān)教材中的范圖和元件符號，粗實線、細實線、虛線嚴(yán)格分清繪出。(4)圖紙布局要勻稱合理。主電路和控制電路可以分開繪制。(5)圖紙右下角應(yīng)按工程制圖要求繪制標(biāo)題欄，其格式如下：9.5實驗電力電子實驗是電力電子變流技術(shù)課程的重要組成部分，是該門課程的輔助內(nèi)容。由于教材中各電路的原理已闡述詳盡，故在實驗內(nèi)容中著重介紹實驗方法，通過實驗使學(xué)生能運用所學(xué)理論知識來分析研究實驗中所出現(xiàn)的各種問題，得出相應(yīng)的結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。所有實驗是根據(jù)由北京機械工業(yè)學(xué)院電子廠生產(chǎn)的“JZB-Ⅰ、JZB-Ⅱ型電力電子變流技術(shù)實驗裝置”而編寫的。所列實驗內(nèi)容，各?？筛鶕?jù)大綱要求和具體條件選做，有些實驗可由教師進行演示。實驗一晶閘管的簡易測試及導(dǎo)通關(guān)斷條件實驗1.實驗?zāi)康?1)掌握晶閘管的簡易測試方法。(2)驗證晶閘管的導(dǎo)通條件及判斷方法。2.實驗線路圖9-11晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷條件實驗線路3.實驗設(shè)備(1)晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷實驗板一塊。(2)30V直流穩(wěn)壓電源一臺，萬用表一塊。(3)晶閘管（好、壞）各一支。4.實驗內(nèi)容及步驟1)鑒別晶閘管好壞用萬用表R×1kΩ電阻擋測量兩只晶閘管的陽極(A)與陰極(K)之間、門極(G)與陽極(A)之間的正、反向電阻。用萬用表R×10Ω電阻擋測量兩只晶閘管的門極(G)與(K)陰極之間的正、反向電阻，將所測得數(shù)據(jù)填入表9-14，并鑒別被測晶閘管好壞。2)晶閘管的導(dǎo)通條件(1）實驗線路如圖9-11所示，將開關(guān)S1、S2處于斷開狀態(tài)。(2）加30V正向陽極電壓，門極開路或接-3.5V電壓，觀察晶閘管是否導(dǎo)通，燈泡是否亮。(3）加30V反向陽極電壓，門極開路或接-3.5V(+3.5V)電壓，觀察晶閘管是否導(dǎo)通，燈泡是否亮。(4）陽極、門極都加正向電壓，觀察晶閘管是否導(dǎo)通，燈泡是否亮。(5）燈亮后去掉門極電壓，觀察燈泡是否繼續(xù)亮；再在門極加-3.5V的反向門極電壓，觀察燈泡是否繼續(xù)亮。(6）將以上結(jié)果填入表9-15中。3)晶閘管關(guān)斷條件實驗(1）實驗線路如圖9-11所示，將開關(guān)S1、S2處于斷開狀態(tài)。(2）陽極、門極都加正向電壓，使晶閘管導(dǎo)通，燈泡亮。斷開控制極電壓，觀察燈泡是否亮。斷開陽極電壓，觀察燈泡是否亮。(3）重新使晶閘管導(dǎo)通，燈泡亮。而后閉合開關(guān)S1，斷開門極電壓，然后接通S2，看燈泡是否熄滅。(4）在1、2端換接上0.22μF/50V的電容再重復(fù)步驟(3），觀察燈泡是否熄滅。5.實驗結(jié)果表9-14晶閘管好壞的判斷（電阻單位歐姆）表9-15晶閘管導(dǎo)通條件（陽極A與陰極K之間為30V電壓）6.實驗報告要求(1)總結(jié)晶閘管導(dǎo)通的條件和晶閘管關(guān)斷條件。(2)總結(jié)簡易判斷晶閘管好壞的方法。實驗二單相橋式半控整流電路的研究1.實驗?zāi)康?1)熟悉單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及電路中各元件的作用。(2)熟悉觸發(fā)電路中各點的波形及脈沖移動的方法。(3)對電阻負載、電感負載的工作情況及波形進行全面的分析。2.實驗設(shè)備實驗設(shè)備有JZB-Ⅱ型電力電子變流技術(shù)實驗裝置、滑線變阻器或燈板、電抗器、示波器和萬用表。3.實驗線路1)實驗原理圖主電路及觸發(fā)電路如圖9-12所示。圖9-12單相半控橋式整流電路實驗原理圖及觸發(fā)電路圖4.實驗步驟1)實驗準(zhǔn)備(1）熟悉電力電子實驗柜，找出單結(jié)晶體管觸發(fā)電路所在位置。(2）找出測試點與測量插孔之間的對應(yīng)關(guān)系。2)晶閘管觸發(fā)電路的測試接通單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源，即同步變壓器TB的A相副邊電源，如圖9-12所示。用示波器逐一觀察觸發(fā)電路中整流輸出點A、削波點B、鋸齒點C、單結(jié)晶體管輸出點D及脈沖變壓器輸出脈沖波形,并將實驗結(jié)果填入表9-16。3)電阻負載(1）按圖9-13接好主電路，在兩個晶閘管的門極接上觸發(fā)脈沖，并在主電路的輸出端接上電阻負載。(2）用示波器逐一觀察負載兩端電壓ud、晶閘管兩端電壓uV及整流二極管兩端的電壓uVD波形,并將實驗結(jié)果填入表9-17中。(3）調(diào)節(jié)移相電位器RP，用示波器觀察并記錄不同α角時的ud、uV、id的波形;測量電源電壓U2及負載電壓Ud的數(shù)值，驗證Ud＝0.9U2(1+cosα)/2的關(guān)系，并將測量的結(jié)果記錄于表9-17中。(4）用雙蹤示波器觀察ud與脈沖電壓ug之間的相位系。圖9-13單相半控橋式整流實驗接線圖4)電阻電感負載(1）切斷電源，在主電路輸出端換接上電阻電感負載（將電阻與一個電抗器串聯(lián)）。(2）不接續(xù)流二極管，接通電源，用示波器觀察不同導(dǎo)通角時ud、uV、id的波形，同時測量U2及Ud的數(shù)值，并與Ud＝0.9U2(1+cosα)/2進行比較分析，將測量的結(jié)果記錄于表9-17中。(3）接上續(xù)流二極管（可在實驗柜中的六個整流二極管中任選一個），重復(fù)上述步驟。表9-16單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中各點的波形接線注意：(1）示波器在同時使用兩探頭測量時，必須將兩探頭的地線端接在電路的同一電位點上，否則會因兩探頭地線造成被測電路短路事故。(2）主電路的電源和觸發(fā)電路的電源必須都用同一相電源，建議都使用A相電源。5.實驗結(jié)果表9-17主電路各元件電流、電壓波形6.實驗報告要求(1)分析實驗記錄中的波形與理論分析的波形是否一致。(2)分析總結(jié)導(dǎo)通角α與負載電壓U2的關(guān)系是否滿足Ud＝0.9U2(1+cosα)/2，該關(guān)系與負載的性質(zhì)是否有關(guān)系。(3)分析續(xù)流二極管對負載電壓、電流波形有何影響，它的作用是什么。實驗三三相橋式全控整流電路的研究1.實驗?zāi)康?1)熟悉三相橋式電路的接線，觀察電阻負載、電阻電感負載及反電動勢負載時輸出電壓、電流的波形。(2)理想觸發(fā)器定相原理，掌握測試晶閘管整流裝置的步驟和方法。2.實驗電路圖9-14三相橋式全控整流實驗主電路圖9-15三相橋式全控整流實驗控制電路3.實驗設(shè)備實驗設(shè)備有JZB-Ⅱ型電力電子變流技術(shù)實驗裝置、直流電動機-發(fā)電機組、三相整流變壓器、電抗器、滑線變阻器、燈板、雙蹤示波器以及萬用表。4.實驗原理三相全控橋式整流電路輸出電壓Ud＝2.33U2cosα,負載額定電壓為220V時，U2選110V較為合適。在采用圖9-14所示的編號時，晶閘管導(dǎo)通按V6→V1→V2→V3→V4→V5→V6順序循環(huán)。為保證每一瞬間兩只晶閘管同時導(dǎo)通，本實驗采用了鋸齒波同步的雙脈沖觸發(fā)電路，其雙脈沖電路的接線見圖9-16。圖9-16雙脈沖電路的接線圖脈沖發(fā)出順序按1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、1＃循環(huán)，間隔為60°，每個觸發(fā)電路在一周內(nèi)發(fā)兩個脈沖,間隔也為60°。由鋸齒波同步觸發(fā)電路可知，在同步電壓負半周時形成鋸齒波，因此要求同步電壓uV與被觸發(fā)晶閘管陽極電壓在相位上相差180°，這樣可以得出晶閘管元件觸發(fā)電路的同步電壓，如表9-18所示。表9-18晶閘管元件觸發(fā)電路的同步電壓

5.實驗內(nèi)容及步驟1)實驗準(zhǔn)備(1）熟悉實驗裝置的電路結(jié)構(gòu)，找出本實驗使用的直流電源、同步變壓器、鋸齒波同步觸發(fā)電路和晶閘管主電路,檢查一下實驗設(shè)備是否齊全。(2）測定交流電源的相序。(3）確定主變壓器與同步變壓器的極性，并將主變壓器接成D,yn11，同步變壓器接成D,yn11,yn5聯(lián)結(jié)組,如圖9-15所示。(4）按圖9-15將觸發(fā)電路接好，X、Y端暫不接脈沖信號。(5）合上S，接通各直流電源，逐個檢查每塊觸發(fā)板工作是否正常，然后用雙蹤示波器依次測量相鄰兩塊觸發(fā)板的鋸齒波電壓波形，調(diào)節(jié)斜率電位器Rp，使鋸齒波的斜率一致，間隔為60°，見圖9-17。這種調(diào)試方法稱為鋸齒波排隊法。(6）測量觸發(fā)板的輸出脈沖，由于Y端未接，觸發(fā)板輸出為單脈沖，用雙蹤示波器測量相鄰兩塊觸發(fā)板的輸出脈沖，看是否相隔60°，如不是，可稍調(diào)斜率電位器RP來實現(xiàn)脈沖對稱。脈沖排隊的波形見圖9-18。(7）按圖9-16將各觸發(fā)板X、Y端聯(lián)起來，使其輸出雙脈沖，用雙蹤示波器觀察雙脈沖的波形，見圖9-19。圖9-17鋸齒波排隊電路圖9-18單脈沖排隊波形圖9-19雙脈沖排隊波形2)電阻負載(1）觸發(fā)電路正常后，把控制電壓旋鈕調(diào)到零，然后調(diào)節(jié)Up，使α＝120°。仔細檢查線路無誤后，按圖9-14接好主電路并接通電源。調(diào)節(jié)控制電壓Uc，觀察輸出電壓ud的波形，并將α＝30°、60°、90°時輸出電壓ud、晶閘管V1兩端電壓uV1的波形以及ud、Uc的數(shù)值記錄于表9-19中。表9-19電阻負載實驗記錄(2）去掉一只晶閘管的脈沖，觀察輸出電壓ud的波形及不觸發(fā)的晶閘管兩端的電壓波形，比較不觸發(fā)的晶閘管兩端電壓與正常觸發(fā)的晶閘管兩端電壓有什么不同，將結(jié)果記錄于表9-20中，分析這些波形。表9-20電阻負載線路不正常時的實驗記錄

3)電阻電感負載(1）按停止按鈕，切斷主電路，在輸出端換上電阻電感負載。然后按啟動按鈕接通主電路電源，記錄α＝30°、60°、90°時輸出電壓ud、電流id、電抗器兩端電壓uLd的波形于表9-21中。表9-21電阻電感負載實驗記錄(2）改變Rd的數(shù)值，觀察輸出電流Id的脈動情況，并記錄Rd阻值最大與最小時id波形于表9-22中。表9-22反電動勢負載實驗記錄4)反電動勢負載(1）按停止按鈕，切斷電源，在輸出端換接上電動機負載。(2）接通主電路電源，帶上一定負載，調(diào)控制電壓旋鈕，使Ud由零逐漸上升到額定值，用示波器觀察并記錄不同α角時輸出電壓Ud、電流id及電動機電樞兩端電壓um的波形，記錄Uz（直流發(fā)電機輸出電壓）與Ud的數(shù)值，驗證Ud＝f(Uz)關(guān)系。(3）斷開電源，接入平波電抗器Ld，重復(fù)上述實驗，觀察并記錄不同α角時輸出電壓ud、電流id及電動機電樞兩端電壓um的波形，記錄Uz與Ud的數(shù)值，驗證Ud＝f(Uz)關(guān)系。將以上結(jié)果記錄入表9-22中。(4）直流電動機機械特性實驗。切斷電源，使控制電壓Uc電位器旋鈕調(diào)到零位，使直流發(fā)電機空載。接通電源，逐漸調(diào)節(jié)控制電壓，使輸出電壓Ud為額定值，記錄電動機電流Id及轉(zhuǎn)速n，再逐漸增加負載到額定值，中間記錄n點，做出機械特性n=f(Id)曲線。將結(jié)果記錄入表9-23中。表9-23直流電動機的機械特性實驗記錄6.實驗結(jié)果實驗結(jié)果填入表9-19~表9-23。7.實驗報告要求(1)分析實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，回答實驗中提出的問題。(2)整理實驗中記錄的波形。(3)總結(jié)調(diào)試三相橋式整流電路的步驟和方法。(4)畫出電阻負載時的輸入-輸出特性Ud=f(Uc)關(guān)系曲線。(5)繪出電動機機械特性n=f(Id)曲線。實驗四三相交流調(diào)壓電路的研究1.實驗?zāi)康?1)熟悉三相交流調(diào)壓電路的工作原理。(2)了解三相三線制和三相四線制交流調(diào)壓電路在電阻負載、電阻電感負載時輸出電壓、電流的波形及移相特性。圖9-20三相交流調(diào)壓電路2.實驗電路3.實驗設(shè)備實驗設(shè)備有變阻器、電抗器、雙蹤示波器和萬用表。4.實驗原理星形帶中線的三相交流調(diào)壓電路實際上就是三個單相交流調(diào)壓電路的組合，其工作原理和波形均與單相交流調(diào)壓相同。對三相三線制交流調(diào)壓電路，由于沒有中線，每相電流必須與另一相構(gòu)成回路。與三相全控橋一樣，三相三線制調(diào)壓電路應(yīng)采用寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)。與三相整流電路不同的是，控制角α=0°為相應(yīng)相電壓過零點，而不是自然換相點。在采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時，為滿足小α角時的移相要求，同步電壓應(yīng)超前相應(yīng)的主電路電源電壓30°。5.實驗內(nèi)容及步驟(1)按圖9-20把電路接好（暫不接負載）,閉合S，按啟動按鈕，主電路接通電源。用示波器檢查同步電壓是否對應(yīng)超前主電路電源電壓30°（即u+a超前uV30°）。(2)切斷主電路電源，按星形帶中線的三相交流調(diào)壓電路接上電阻負載，并按啟動按鈕接通主電路，用示波器觀察α=0°、30°、60°、90°、120°、150°時的波形，并把波形和輸出電壓有效值記錄于表9-24中。表9-24電阻負載時三相交流調(diào)壓電路實驗記錄(3)切斷主電路電源，在星形帶中線的三相交流調(diào)壓電路中換接上電阻電感負載，再接通主電路。調(diào)變阻器（三相一起調(diào)），使阻抗角φ≈60°，用示波器觀察α=0°、30°、60°、120°時的波形，并將輸出電壓u、電流i的波形和輸出電壓有效值記錄于表9-25中。表9-25電阻電感負載時三相交流調(diào)壓電路實驗記錄(4)按停止按鈕，切斷主電路，斷開負載中線，做三相三線交流調(diào)壓實驗，其步驟與(2)、(3)相同，并將波形和數(shù)值分別記錄于表9-24和表9-25中。6.實驗報告(1)討論分析三相三線制交流調(diào)壓電路中如何確定觸發(fā)電路的同步電壓。(2)整理記錄波形，作不同接線方法、不同負載時U=f(α)曲線。(3)將兩種接線方式的輸出電壓、電流波形進行分析比較。實驗五GTR單相并聯(lián)逆變器的研究

1.實驗?zāi)康?1)熟悉由GTR組成的單相并聯(lián)逆變器電路及其工作原理，了解各元件的作用。(2)觀察控制電路及負載波形。2.實驗電路圖9-21GTR單相并聯(lián)逆變電路3.實驗設(shè)備實驗設(shè)備包括雙蹤示波器、萬用表、頻率計、直流電流表、燈板和350V以上電容等元件。4.實驗原理實驗原理如圖9-21所示，交替導(dǎo)通與關(guān)斷V1、V2就能在逆變變壓器的二次側(cè)得到交變電壓，其頻率取決于V1、V2交替通斷的頻率，調(diào)節(jié)Rp就能使負載得到頻率可調(diào)的交變電壓。5.實驗內(nèi)容及步驟