电力电子实验指导书tostudents.docx
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电力电子实验指导书tostudents
实验三三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一、实验目的
（1）加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。
（2）了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。
二、实验所需挂件及附件
序号
型 号
备 注
1
DK01、DK02电源控制屏
包含“三相电源输出”等几个模块
2
DJK02晶闸管主电路
3
DJK02-1三相晶闸管
触发电路
包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。
4
DJK06给定及实验器件
包含“给定”等几个模块
5
DK23、DK24变压器实验
包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”
6
D42 三相可调电阻
7
双踪示波器
自备
8
万用表
自备
三、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。
（2）阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。
（3）学习本实验中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。
四、实验线路及原理
1．主电路
1.1三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路实验线路如图3-1所示。
主电路由三相全控整流电路组成，VT1、VT3、VT5为共阴极组，VT4、VT6、VT2为共阳极组。
当DK02“调速电源选择开关”置于“直流调速”侧时，三相电源输出可提供三相交流200V/3A电源（线电压为200V）。
同时在三相电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器，可测定主电源输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。
图3-1三相桥式全控整流电路实验原理图
图中的6只晶闸管按VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的顺序触发，相位依次相差60︒。
为了保证电路能正常启动和电流断续后能再触发导通，必须给共阴极组和共阳极组对应的两个管子同时加上触发脉冲（即在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发一个脉冲）。
因此对每个管子触发，都是相隔60︒的双脉冲（或宽度大于60︒的宽脉冲，常用双脉冲）。
1.2三相桥式有源逆变电路
三相桥式有源逆变电路实验线路如图3-2所示。
主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，电感Ld在DJK02面板上，选用700mH。
图3-2三相桥式有源逆变电路实验原理图
为实现三相桥式有源逆变，需一反向的直流电源，即三相不控整流的极性为上负下正。
同时逆变和整流的区别仅仅是控制角α的不同。
0<α<π/2时，电路工作在整流状态，π/2<α<π时，电路工作在有源逆变状态，因而三相桥式有源逆变电路的触发可沿用整流的办法。
2.集成触发电路及功放电路工作原理
2.1集成触发电路工作原理
DJKO2-1中的集成触发电路原理如图3-3所示。
电路由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
图3-3KC04集成触发电路原理
三相同步电压信号从三路KC04的“8”脚输入，在其“4”脚相应形成线性增加的锯齿波，移相控制电压Uct和偏移电压Ub经叠加后，从“9”脚输入。
当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066（电子开关），使得每个KC04从“1、15”脚输出相位相差180°的单窄脉冲（VT1～VT6为单脉冲观测孔），窄脉冲经KC41（六路双脉冲形成器）后，得到六路双窄脉冲（VT1’～VT6’为双脉冲观测孔）。
KC42为调制信号发生器，对窄脉冲进行高频调制。
1）KC04工作原理
国产集成触发器KC04是KC系列触发器中的一个典型代表，其两路相位间隔180º的移相脉冲，可方便的构成半控、全控桥式触发线路。
该集成电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位值均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求不严、有脉冲列调制输入及脉冲封锁控制等优点，在实际线路中有着十分广泛的应用。
KC04电路内部原理如图3-4所示，T1～T3对同步电压进行检测，在同步电压过零点时T1、T2、T3均截止，从而使T4导通，T4导通则使“4”端外接的积分电容C1放电。
当过零结束后，T4恢复截止状态。
C1接在T5的集基极，组成密勒积分器，形成线性增大的锯齿波，锯齿波的斜率由“3”端外接的电阻和积分电容C1的数值所决定。
T6是比较放大级，锯齿波、外部的移相电压及偏移电压在T6的基极进行综合比较放大，当输入T6基极的电流大于零时，T6导通，外接的R和C将T6集电极的脉冲进行微分，输入T7基极，在T7集电极得到一定宽度的移相脉冲。
在T7集电极上得到的脉冲是正负半周都有的相隔180度的脉冲。
经过T8和T12分别截去负半周和正半周的脉冲，得到正相和负相的触发脉冲。
T9～T15是功放极，分别对正、负半周的脉冲作功率放大，使两个输出端都
图3-4KC04电路内部原理图
图3-5KC04各管脚说明及各管脚电压波形
引脚号
1
2
3,4
5
6,10
7
功能
输出
悬空
锯齿波形成
-VEE
悬空
地
引脚号
8
9
11,12
13,14
15
16
功能
同步输入
综合比较
微分阻容
封锁调制
输出
+VCC
有100ｍA的输出能力。
13、14端提供脉冲列调制和脉冲封锁的控制端。
KC04各管脚说明及各管脚电压波形图3-5所示。
2）三相同步电压
三相同步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有∆/Y接法的三相同步变压器，和主电源输出保持同相，其输出相电压幅度为15V左右。
只要将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，即可引入三相同步电压。
（当KC04用于三相桥式变流电路时，要求选用滞后主电路电压300的同步信号电压。
由于三相同步信号经滞后移相300的阻容滤波电路送至各相KC04的8端，使得同步信号电压与主电路电压同步）。
3）触发角调节
偏移电压和移相控制电压叠加确定触发脉冲的位置。
当偏移电压（目的是为了确定移相控制电压为零时，触发脉冲的初始相位）为定值时，增加移相控制电压，触发角前移（减小）；减小移相控制电压，触发角后移（增大）。
4）KC41和KC42工作原理
KC41六路双脉冲形成器是脉冲逻辑电路，内部电路原理图如图3-6所示，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁双脉冲形成二种功能。
当把移相触发器输出的触发脉冲输入到KC41电路的“1”～“6”端时，由输入二极管完成了补脉冲，再由T1～T6进行电流放大分六路输出。
补脉冲按2→1，3→2，4→3，5→4，6→5，1→6顺序排列组合。
T7是电子开关，当控制“7”端接逻辑“0”电平时T7截止，各路有输出触发脉冲。
当控制“7”端接逻辑“1”电平（+15V）时，T7导通，各路无输出。
图3-6 KC41电路内部原理图图3-7KC42电路内部原理图
KC42为脉冲列调制形成器，具有脉冲占空比可调性好，频率调节范围宽，触发脉冲上升沿可与调制信号同步等优点。
KC42电路内部原理图如图3-7所示。
以三相全控桥式电路为例，来自三块触发器（KC04）的“13”端的触发脉冲信号分别送入KC42电路的“2”，“4”，“12”端，由T1、T2、T3进行节点逻辑或组合。
T5、T6、T8组成一个环形振荡器，由T4的集电极输出来控制环形振荡器的起振和停振，当没有输入脉冲时，T4导通振荡器停振。
反之T4截止振荡器起振。
T6集电极输出是一系列与来自三相六个触发脉冲的前沿同步间隙60º的脉冲。
经T7倒相放大分别输入三块触发器（KC04）的“14”端。
此时从KC04电路的“1”和“15”端输出是调制后的脉冲列触发脉冲。
4066为电子开关。
当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066，使得每个KC04输出窄脉冲。
将钮子开关拨到宽脉冲侧时，通过控制4066，使得KC04输出宽脉冲，同时将KC41的控制端“7”脚接高电平，使KC41停止工作，宽脉冲则通过4066的“3、9”两脚直接输出。
4069为反相器，它将部分控制信号反相，用以控制4066。
2.2正、反桥功放电路及脉冲输出
正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图3-8所示。
由晶闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。
正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致。
Ulf即为DJKO2面板上的Ulf,该点接地才可使V3工作，触发电路产生的脉冲经功放电路最终输出；当端子悬空表示功放不工作；Ulf端子控制正桥功放，Ulr端子控制反桥功放。
经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端”与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应的触发脉冲。
五、实验内容与实验步骤
1．DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
1）打开DK01总电源开关，观察输入的三相电网电压是否平衡（即是否有缺相、过压指示，相序是否为正相序）。
2）将DK02“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
3）用10芯的扁平电缆将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。
4）适当调节A相锯齿波斜率电位器，用双踪示波器观察A相锯齿波斜率和VT1的输出波形，使VT1的脉冲出现在A相锯齿波斜率150°位置。
以A相的锯齿波为基准，调节B、C相锯齿波斜率调节电位器，使B、C相锯齿波斜率与A相相同。
注意：
示波器基准线接移相控制电压的接地端。
5）打开DJK06的电源开关，将DJK06的接地与DJK02-1共地（即将DJK06的给定地与DJK02-1的移相控制电压接地相连）。
将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S1拨到正给定，开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器Rp，用双踪示波器观察A相同步电压信号和VT1的输出波形，使α=150°。
6）保持偏移电压电位器Rp不变，将给定Ug的正电压调至最小（逆时针旋转到底），给定开关S2拨到给定状态。
7）适当增加给定Ug的正电压输出，测量VT1’～VT6’6个双窄脉冲是否互差60°。
8）用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。
9）将DJK02-1面板上正桥功放的Ulf端接地。
用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”。
2.三相桥式全控整流电路
1）电阻性负载
①关闭主电路电源，按图3-1接线。
R选用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式（尽量用带保险丝的A1~A3或B相、C相电阻构成），直流电压、电流表由DJK02获得。
②将DJK06上的“给定”输出调到零（正给定Rp1逆时针旋到底），且将负载电阻调至最大阻值处（电阻接入电路之前用万用表测量后确认）。
③按下“启动”按钮，调节给定电位器，使示波器显示整流电压六个波头。
若波形不整齐，则调节DJK02-1上的三相锯齿波斜率调节电位器使波形整齐。
④调节给定电位器，用示波器观察并记录α=0°、30°、60°及90°时整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于表3-1中。
表3-1不同触发角时电压的波形与数值
负载
性质
α
Ud（记录）
Ud（计算）
须测量U2相电压
ud波形
uVT波形
整流电路
电阻性负载
0°
30°
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