电力电子技术实验指导书.docx
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电力电子技术实验指导书
实验一晶闸管触发电路实验
一、实验目的
1、熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
2、掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
二、实验原理
1、锯齿波同步移相触发电路I、II
锯齿波同步移相触发电路I、II由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图1-3所示。
图1-3锯齿波同步移相触发电路I原理图
由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。
由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。
调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。
控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。
V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。
锯齿波同步移相触发电路I和II，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出的触发脉冲相位与I恰好互差180O，供单相整流及逆变实验用。
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。
3
双踪示波器
TDS210
四、实验内容与步骤
1、锯齿波同步触发电路实验
（1）将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V±10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。
如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。
在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。
①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。
②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。
③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。
④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。
（2）调节触发脉冲的初始相位
将控制电压Uct调至零（将电位器RP2逆时针旋到底），用示波器观察同步电压信号和“6”点U6的波形，调节偏移电压Ub（即调RP3电位器），使α=170°，其波形如图1-4所示。
图1-4锯齿波同步移相触发电路
（3）调节Uct（即电位器RP2）使α=90°，观察并记录U1～U6及输出“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度。
五、实验报告
1.锯齿波同步触发电路：
（1）α=90°时整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。
（2）总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=0的条件下，使α=90°，如何调整?
（3）讨论、分析实验中出现的各种现象。
六、思考题
1.锯齿波同步移相触发电路有哪些特点?
2.锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关?
实验二单相桥式半控整流电路实验
一、实验目的
1、加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。
2、了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。
二、实验原理
本实验线路如图2-1所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK03-1挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电流表从DJK02挂件获得。
图2-1单相桥式半控整流电路实验线路图
注：
VT1的触发脉冲可以选择锯齿波触发电路II的任一组；VT3的触发脉冲可以选择锯齿波触发电路I的任一组。
三、实验所需挂件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
控制屏包含“三相电源输出”“励磁电源”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。
3
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。
4
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“二极管”以及“开关”等几个模块。
5
D42
三相可调电阻
6
双踪示波器
TDS210
7
万用表
MF47
四、实验内容与步骤
（1）将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。
（2）锯齿波同步移相触发电路调试：
其调试方法与实验一相同。
（3）单相桥式半控整流电路带电阻性负载：
按原理图2-1接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察并记录负载电压Ud、晶闸管两端电压UVT和整流二极管两端电压UVD1的波形，调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在α=60°时Ud、UVT、UVD1的波形，测量相应电源电压U2和负载电压Ud的数值，记录于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud=0.9U2（1+cosα）/2
（4）单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载
①断开主电路后，将负载换成将平波电抗器Ld（700mH）与电阻R串联。
②不接续流二极管VD3，接通主电路，用示波器观察并记录α=60°时Ud、UVT、UVD1、Id的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：
α
30°
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
③在α=60°时，移去触发脉冲（将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉），观察并记录移去脉冲前、后Ud、UVT1、UVT3、UVD1、UVD2、Id的波形。
④接上续流二极管VD3，接通主电路，观察并记录α=60°时Ud、UVD3、Id的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：
⑤在接有续流二极管VD3及α=60°时，移去触发脉冲（将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉），观察并记录移去脉冲前、后Ud、UVT1、UVT3、UVD2、UVD1和Id的波形。
α
30°
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
五、思考题
（1）单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?
（2）在加续流二极管前后，单相桥式半控整流电路中晶闸管两端的电压波形如何?
实验三单相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一、实验目的
1、加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。
2、研究单相桥式变流电路整流的全过程。
3、研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。
4、掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。
二、实验线路及原理
图3-1为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。
触发电路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。
图3-2为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器返馈回电网。
“三相不控整流”是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心式变压器”的中压端Am、Bm，返回电网的电压从其高压端A、B输出，为了避免输出的逆变电压过高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。
图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相同。
有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。
图3-1单相桥式整流实验原理图
图3-2单相桥式有源逆变电路实验原理图
注：
VT1的触发脉冲选择锯齿波触发电路II的G2、K2组输出脉冲、VT6的触发脉冲选择锯齿波触发电路II的G3、K3组输出脉冲；VT3的触发脉冲可以选择锯齿波触发电路I的G1、K1组输出脉冲、VT4的触发脉冲可以选择锯齿波触发电路I的G4、K4组输出脉冲。
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
控制屏包含“三相电源输出”“励磁电源”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。
3
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。
4
DJK10变压器实验
挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”等模块。
5
D42
三相可调电阻
6
双踪示波器
TDS210
7
万用表
MF47
四、实验内容与步骤
（1）触发电路的调试
将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。
将控制电压Uct调至零（将电位器RP2逆时针旋到底），观察同步电压信号和“6”点U6的波形，调节偏移电压Ub（即调RP3电位器），使α=170°。
将锯齿波触发电路的输出脉冲端分别接至全控桥中相应晶闸管的门极和阴极，注意不要把相序接反了，否则无法进行整流和逆变。
将DJK02上的正桥和反桥触发脉冲开关都打到“断”的位置,并使Ulf和Ulr悬空，确保晶闸管不被误触发。
（2）单相桥式全控整流电路实验
按图3-1接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持Ub偏移电压不变（即RP3固定），逐渐增加Uct（调节RP2），在α=60°、90°时，用示波器观察、记录整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录电源电压U2和负载电压Ud的数值于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
计算公式：
Ud＝0.9U2（1+cosα）/2
（3）单相桥式有源逆变电路实验
按图3-2接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持Ub偏移电压不变（即RP3固定），逐渐增加Uct（调节RP2），在β=60°、90°时，观察、记录逆变电压Ud、电流Id和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录负载电压Ud的数值于下表中。
β
30°
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
计算公式：
Ud＝-0.9U2cosβ
（4）逆变颠覆现象的观察
调节Uct,使α=150°，观察Ud波形。
突然关断触发脉冲（可将触发信号拆去），用双踪慢扫描示波器观察逆变颠覆现象，记录逆变颠覆时的Ud波形。
五、实验报告
（1）画出α=60°、90°，β=60°、90°时Ud和UVT的波形。
（2）画出电路的移相特性Ud=f（α）曲线。
（3）分析逆变颠覆的原因及逆变颠覆后会产生的后果。
六、注意事项
（1）参照实验一的注意事项
（2）在本实验中，触发脉冲是从外部接入DJK02面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。
（3）为了保证从逆变到整流不发生过流，其回路的电阻R应取比较大的值，但也要考虑到晶闸管的维持电流，保证可靠导通。
七、思考题
实现有源逆变的条件是什么?
在本实验中是如何保证能满足这些条件?
实验四三相半波可控整流电路实验
一、实验目的
了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作情况。
二、实验原理
三相半波可控整流电路用了三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输出功率大。
不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率较低。
图4-1中晶闸管用DJK02正桥组的三个，电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式，Ld电感用DJK02面板上的700mH，其三相触发信号由DJK02-1内部提供，只需在其外加一个给定电压接到Uct端即可。
直流电压、电流表由DJK02获得。
图4-1三相半波可控整流电路实验原理图
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
锯齿波同步触发电路
3
DJK02-1三相晶闸管触发电路
挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等模块。
4
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“给定”以及“开关”等模块。
5
D42
三相可调电阻
6
双踪示波器
TDS210
7
万用表
MF47
四、实验内容与步骤
（1）DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②将DJK01“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观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。
⑤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S2合上（即Uct=0），调节DJK02-1上偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使α=150°。
⑥适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。
⑦将DJK02-1面板上的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”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
（2）三相半波可控整流电路带电阻性负载
按图4-1接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，DJK06上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使α能从30°到150°范围内调节，用示波器观察并纪录α=90°时整流输出电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并纪录相应的电源电压U2及Ud的数值于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud＝1.17U2cosα（0～30O）
Ud=0.675U2[1+cos（a+π/6）]（30o～150o）
（3）三相半波整流带电阻电感性负载
将DJK02上700mH的电抗器与负载电阻R串联后接入主电路，观察并记录不同移相角α时Ud、Id的输出波形，并记录相应的电源电压U2及Ud、Id值，画出α＝90o时的Ud及Id波形图。
α
30°
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
五、实验报告
绘出当α＝90o时，整流电路供电给电阻性负载、电阻电感性负载时的Ud及Id的波形，并进行分析讨论。
六、注意事项
（1）可参考实验三的注意事项
（1）、
（2）。
（2）整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序，必须一一对应。
七、思考题
（1）如何确定三相触发脉冲的相序，主电路输出的三相相序能任意改变吗？
（2）根据所用晶闸管的定额，如何确定整流电路的最大输出电流？
图5KC42电路内部原理图
如将KC42电路用于单相整流电路中则“2”、“4”、“12”三个输入端只需用一个，其它二个接低电位（0V）。
DJK02和DJK02-1插座使用说明
DJK02和DJK02-1面板上所用的10、8、20针插座如下所述：
图610针插座正面接线示意图
图6中的Ta、Tb、Tc为三相电源电压的同步信号，同步信号从DJK02的十二芯航空插座得到，通过10针插座在面板上输出。
DJK02-1面板上的10针插座为同步电压输入端，将三相同步信号输送到3个KC04的同步电压输入端。
图78针插座正面接线示意图
图7中的VT1～VT6为触发板产生的六路触发脉冲，通过8针的插座传送到功放板的输入端。
图8中的G1K1～G6K6对应于主电路晶闸管VT1～VT6的触发脉冲。
图820针插座正面接线示意图
DJK01电源控制屏十芯、十二芯插座接线说明
控制屏凹槽处的十芯及十二芯电源插座外形及各针脚的定义如下：
图9十二芯电源插座正面外观
十二芯电源插座主要供DJK02使用，将电抗器及三相同步变压器从控制屏输出到DJK02挂件上。
各脚接线说明如下：
1、2、3、4脚：
为DJK02面板上0、100mH、200mH、700mH的电抗器引出端。
5、6、7脚：
三相同步变压器输出端。
8脚：
火线。
9脚：
地线，10脚：
零线，11脚：
与DJK04共地线，12脚：
空脚。
图10十芯电源插座正面外观
十芯电源插座主要供DJK04使用，将三相电流互感器及过流保护到DJK04挂件。
各脚接线说明如下：
1、2、3脚：
三相电流互感器输出。
4、5脚：
接080和087（过流保护）。
6脚：
与DJK02共地线。
7脚：
空脚。
8脚:
火线。
9脚：
零线。
10脚：
地线。
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