电力电子实验二.doc

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三相全桥整流及有源逆变实验报告

四川大学电气信息学院

实验报告书

课程名称：

电力电子技术

实验项目：

三相全桥整流及有源逆变实验

专业班组：

电气工程及其自动化105，109班

实验时间：

2014年11月19日

成绩评定：

评阅教师：

报告撰写：

电气信息学院专业中心实验室

1

目录

一．实验内容

1.1实验项目名称·······················1

1.2实验完成目标·······················1

1.3实验内容及已知条件····················1

二．实验环境

2.1主要设备仪器·······················2

2.2小组人员分工·······················3

三．实验仿真与分析

3.1整流部分·························3

3.2逆变部分·························13

3.3仿真感想·························14

四．实验过程

4.1连接三相整流桥及逆变回路·················14

4.2整流工作·························15

4.3逆变工作·························18

五．实验数据处理与分析

5.1实验数据与处理······················19

5.2误差分析·························21

5.3可信度分析························21

六．思考与讨论

6.1实验思考题························22

6.2实验讨论题························22

七．实验感悟··························24

附件（最后一页有小惊喜哟）

一.实验内容

1.1实验名称

三相全桥整流及有源逆变实验

1.2实验完成目标

①观测分析整流状态下（阻性负载、阻-感性负载）ud，uVT波形；

②观测分析逆变状态下（阻-感性-反电动势负载）ud，uVT波形及逆变功率测量；

1.3实验内容及已知条件

①连接三相整流桥及逆变回路

u由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至三相降压变压器（MCL-35）,输出三相电源（线电压约110~130v）作为三相变流桥的交流输入；

u由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至由二极管组成的三相不可控全波整流桥，作为逆变时负载回路的电动势源（大小恒定的电压源）；

u由双刀双置开关构成整流和逆变选择回路（严禁主回路带电时切换此开关）；

u约定整流、逆变临界控制点为Uct=0，当Uct﹥0时，处于整流移相控制；Uct﹤0时处于逆变移相控制：

②整流工作

u阻性负载测试：

双置开关选择整流回路，负载电阻设定为最大（约450W），加正给定电压。

1）观测并记录整流状态下α≈0O，60O，90O时ud、uVT波形（注意限制Id≤0.8A）；

2）α≈0O时封锁任1只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值；

3）α≈0O时封锁任2只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值；（一次：

共阴极组2只；一次：

阴极阳极组各1只）

u阻-感（300W+700mH）负载测试：

双置开关选择整流回路，观测并记录α=30O，90O时ud、uVT波形（注意限制Id≤0.8A）；α=0O时任意封锁1只和2只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值。

③逆变工作

断掉主回路电源，将负载回路切换到逆变条件，注意逆变电动势源的直流极性。

u选负给定信号，保持负载为（450Ω+700mH），再合上电源，观测逆变状态下β=60O，90O时ud，uVT波形；

u在恒定负载情况下（电阻450Ω，电感700mH，直流反电动势E基本恒定），在最大逆变移相范围内，测定电网实际吸收直流功率Pk=f（Ud）的函数曲线（不低于8组数据点）。

已知，三相全控桥电源回路输出端等效内阻Rn=26W。

二．实验环境

2.1工欲善其事必先利其器，此乃实验仪器表

名称

品种

特点、参数

图鉴

实验台

华纬MCL-Ⅲ型电力电子及电气传动教学实验台

=。

=下回带尺子量三维去

图2-1

示波器

TektronixTDS1012示波器

（带宽：

100MHZ最高采样频率：

1GS/s）

图2-2

数字万用表

=。

=俺就一普通万用表了

解析度：

10μV,10nA和10mΩ 

DCV基本准确度0.03% 

图2-3

图2-1实验台

图2-2示波器

图2-3数字万用表

2.2小组人员分工

组员姓名

报告形成

√

√

电路仿真

√

数据处理

√

讨论分析

√

√

√

√

实验操作

√

√

√

√

三.实验仿真

3.1整流部分

1.阻性负载波形及分析：

连接阻性负载时，电路如下图所示：

调节晶闸管参数:

调节脉冲参数:

左图为晶闸管参数,为了接近理想晶闸管,缓冲电阻（Rs）应尽量大，缓冲电容Cs也应尽量大，否则结果会出现错误。

右图为脉冲参数，周期为0.02s（50Hz），延迟角和脉冲宽度的调节是接下来的重点。

=0°时，输出电压波形和晶闸管两端电压波形如下图所示：

上部分图为输出电压波形，下部分图波形为晶闸管两端电压波形，以下所有图均是如此。

此时输出电压不断换相，输出，，，，，中最大值，所以每个周期有6个波头。

每个周期内共阴极的三个晶闸管,,。

交替导通，各导通120°。

每个周期内共阳极的三个晶闸管,,。

交替导通，也各导通120°

=60°时，输出电压波形和晶闸管两端电压波形如下图所示：

图中为5个周期的波形（0.1s）。

此时电压为临界连续状态，在线电压过零点时换相。

每个周期换相6次，此时每个晶闸管导通角仍为120度。

=90°时，输出电压波形和晶闸管两端电压波形如下图所示：

在=90°时，应当注意的是此时电压不连续，存在6个晶闸管都不导通的时刻，然而电路的导通至少需要两只晶闸管处于导通状态，因此，在6只晶闸管都关断后，应当对两只晶闸管同时加脉冲才能实现波形，也就是说，每个晶闸管在一个周期内要两次从关断状态变为导通状态，因此，每个周期要给每只晶闸管施加两次脉冲。

经计算，得到晶闸管一个周期内前一次导通和后一次导通相差3.333ms，因此可以通过将脉冲宽度增加到4ms，这样就可以出现上图波形，如果没有晶闸管没有导通两次，就会得到以下波形：

此图显然不正确，输出电压波形不规律。

因此，应当注意晶闸管导通次数，才能完成90度时的波形。

任意封锁一直晶闸管，观察输出电压波形，由于6个晶闸管地位均等，所以只需断开任意一个晶闸管，这里断开，波形如下：

出现如上的波形是因为一个晶闸管没有脉冲，因此无法导通，这就使得与这个晶闸管相关的两个连续波头消失，因此只有4个波头，由于这个晶闸管无法正常导通，直接导致前一个晶闸管无法正常关断，因此第四个波头会一直延伸到电压过零点承受反向电压关断。

封锁两只晶闸管会出现三种情况：

（1）封锁共阴极晶闸管：

以上两图分别为封锁,的脉冲和封锁,脉冲的波形，因为同为共阴极，因此每个周期有4个波头消失，而且因为无法导通导致前一波头一直延伸到电压零点才关断。

以上两图脉冲波形形状相同，只是相位上有所差异。

（2）封锁同一相的两只晶闸管：

上图为封锁和的波形，由于封锁全是a相电压，所以六个波头中，，，，会消失，剩下的波头，不连续，因此会出现一个周期只有两个不连续的波头，因无法正常关断，因此都延伸到电压零点。

（3）封锁不同相的一阴一阳两个二极管：

图中上部分为输出电压波形，下部分为晶闸管两端电压。

上图分别是封锁和，和，封锁脉冲信号的两个本应当消失4个波头，但是由于有一个波头是这两个晶闸管共同作用下的，因此实际上只影响3个波头，因此波形中出现每周期3个波头，最后一个延续到电压过零点。

2.阻感负载电路图：

1.阻感负载时波形及分析：

=30°时输出电压波形和晶闸管两端电压波形如下图所示：

此时由于电压未过零点，因此与阻性负载时=30°时大致相同，电压连续且每个周期6个波头。

=90°时输出电压波形和晶闸管两端电压波形如下图所示：

由于电感的电流不能突变，在电压过零时不能及时换相，因此电压波形中出现负值，电压不再像阻性负载一样断续，而是连续，不存在6个晶闸管都不导通的情况。

但是电感并不是无穷大，所以电压反向的幅值小于正向的幅值，并且在换相的时候出现震荡,下图为震荡的放大图：

封锁的脉冲信号，出现波形如下：

此时与阻性负载波形类似，每周期4个波头。

封锁两个晶闸管有以下3种情况：

（1）封锁两个共阴极晶闸管：

以上两图分别为封锁,的脉冲和封锁,脉冲的波形，因为同为共阴极，因此每个周期有4个波头消失，与阻性负载不同的是，波头更加平滑。

以上两图脉冲波形形状相同，只是相位上有所差异。

（2）封锁同一相的两只晶闸管：

此时与阻性负载没有较大差异

（3）封锁不同相的一阴一阳晶闸管：

上图为阻感负载时封锁和，和的波形，总体波形与阻性负载相同，只是因为电感的存在，电压在换相时出现较大波动。

3.2逆变部分

1.逆变电路：

添加直流源，满足，,

2.逆变电路波形及分析

=60°时，及=120°，波形如下图：

由于反向直流源的存在，波形为负值，与阻性负载60度时波形与横轴成镜像关系。

=90°时，及=90°，波形如下图：

此时波形与90度阻感负载时类似，但是由于方向电动势的存在，电压正向的幅值与电压反向的幅值相等。

3.3仿真感想

此次选择matlab仿真是因为在使用multisim的过程中出现较多运行中的错误，导致仿真无法进行，经多次调整仍不能解决，因此换用matlab作为仿真工具。

Matlab在仿真时更加容易完成波形，可以容纳更多错误。

在仿真过程中最需要做的就是调节晶闸管的各项参数，因为只是一个模型，所以使一个模型能够完成实际的效果是很关键的。

参数调节不好会容易出现错误波形。

比如晶闸管的缓冲电容Cs如果过小，会导致损失一个波头。

如果晶闸管缓冲电阻Rs太小，会导致与实际的晶闸管不同。

波形在接近零点的时候会失真。

因此调节晶闸管参数十分重要。

四．实验过程（上正菜喽~）

4.1从连电路开始（其实已经都由善解人意的老师帮忙指点连接了八九成了）

在这次试验中，由于涉及到了安全原因，所以不得不麻烦老师很辛苦的挨个指导、连接。

本次实验线路具体说起来便是将MCL-32，即三相隔离变压器的二次绕组接至MCL-35，即三相降压变压器。

而三相变流桥的交流输入则选用的是输出三相电源（线电压约110~130v）。

至于逆变时，负载回路（其实应该叫电源回路不是么=。

=）的电动势