电力电子技术实验指导.docx
《电力电子技术实验指导.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术实验指导.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力电子技术实验指导
电力电子技术实验指导书
内容提要：
《电子电力技术》是电气工程及其自动化、自动化等专业的三大电子技术基础课程之一，课程涉及面广，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等。
而实验环节是该课程的重要组成部分，通过实验，可以加深对理论的理解，培养和提高动手能力、分析和解决问题的独立工作能力。
本章以高校中广泛使用的浙江天煌科教仪器公司生产的DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置为例，选择了十一个实验，根据课时供教学中选用。
电力电子技术实验概述
1．1实验的特点和要求
电力电子技术实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。
理论教学是实验教学的基础，要求学生在实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力；同时通过实验来验证理论，促进理论和实际相结合，使认识不断提高、深化。
通过实验，学生应具备以下能力：
（1）掌握电力电子变流装置的主电路、触发和驱动电路的构成及调试方法，能初步设施和应用这些电路；
（2）熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法；
（3）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题；
（4）能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。
1．2实验准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能力顺利进行的必要步骤，每次实验前都应先进行预习，从而提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验要求，甚至甚至损坏实验装置。
因此，实验前应做到：
（1）复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识；
（2）阅读本教材中的实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验系统的工作原理和方法；
（3）写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等；
（4）熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等；
（5）进行实验分组。
1．3实验实施
在完成理论学习后，就可进入实验实施阶段。
实验时要做到以下几点：
（1）实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验开始。
（2）指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能、使用方法。
（3）按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确分工，各人的任务应实验进行中实行轮换，以便实验参加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。
（4）按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况下，接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。
（5）完成实验系统接线后，必须进行自查。
串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确；并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。
距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用2根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。
自查完成后，须指导教师复查后方可合闸通电，开始实验。
（6）实验时，应按实验教材所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。
一般情况下，系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器位于零位；改接线路时，必须拉闸，断开电源。
实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论一致。
（7）完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。
经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位
1．4实验总结
实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象、撰写实验报告。
每个实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真，实事求是的科学态度。
如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而是应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。
实验报告的一般格式如下：
（1）实验名称、班级，实验学生姓名、同组者姓名和实验时间；
（2）实验目的、实验线路、实验内容；
（3）实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号；
（4）实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式；
（5）画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。
（6）用理论知识对实验结果进行分析总结，得出明确结论；
（7）对实验中出现的某些现象，遇到的问题进行分析、讨论，写出心得体会并对实验提出自己的建议和改进措施。
1．5实验安全操作规程
为了顺利完成电力电子技术实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：
1、在实验过程时，绝对不允许做实验者双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。
2、任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。
3、为了提高实验过程中的效率，完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
4、如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验。
5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。
6、系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。
DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介
2．1实验装置特点
实验装置外形如图2-1所示。
1、实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好。
2、实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资。
实验装置只需三相四线的电源即可投入使用。
3、实验机组容量小，耗电小，配置齐全。
装置使用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。
4、装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观。
实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成设备损坏。
电路连接方式安全、可靠、迅速、简便。
除电源控制屏、挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。
电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便。
实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。
5、控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实保护操作者的安全，为开放性的实验室创造了安全条件。
6、挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。
7、实验线路选择典型线路，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。
图2-1DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置外形
2．2实验装置技术参数
1、输入电压三相四线制380V±10％50Hz
2、工作环境环境温度范围为-5-40C，相对湿度<75％，海拔<1000m
3、装置容量：
<1.5kVA
4、电机输出功率：
<200W
5、外形尺寸：
长×宽×高1870mm×730mm×1600m
2．3DJK01电源控制屏
电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源。
同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。
屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用。
在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，有源挂件的电源从这些插座提供。
在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W日光灯，主控屏面板如图2-2所示。
1、三相电网电压指示三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。
图2-2主控屏面板图
2、定时器兼报警记录仪
平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。
3、控制部分
它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。
当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有输出。
4、三相主电路输出
三相主电路输出可提供三相交流200V／3A或240V／3A电源。
输出的电压大小由“调速电源选择开关”，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。
在A、B、C三相处装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。
同时在主电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器可测定输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TAl、TA2、TA3三处观测点用于观测三路输出电压信号。
5、励磁电源
在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”，则励磁电源输出为220V的直流电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护。
励磁电源仅为直流电机提供励磁电流，由于励磁电源的容量有限，一般不要作为大电流的直流电源使用。
6、面板仪表
面板下部设置有+300V数字式直流电压表和0~5A数字式直流电流表，精度为0.5级，能为可逆调速系统提供电压及电流指示。
面板上部设置有500V真有效值交流电压表和5A真有效值交流电流表，精度为0.5级，供交流调速系统实验时使用。
电力电子技术实验内容
实验一SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验
一、实验目的
（1）掌握各种电力电子器件的工作特性。
（2）掌握各器件对触发信号的要求。
二、实验所需挂件及附件
（1）DJDK-1型实验台；
（2）DJK01、DJK04、DJK07、DJK09等挂件；
（3）万用表。
三、实验线路及原理
将电力电子器件和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由DJK04上的给定为新器件提供触发信号，给定电压从零开始调节，直致器件触发导通。
图中的电阻R用DJK09上的可调电阻负载，将两个90
的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电压和电流表可从DDJK01电源控制屏上获得，电力电子器件均在DJK07挂箱上，直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。
实验线路的具体接线如下图所示：
图3-5新器件特性实验原理图
四、实验内容
（1）晶闸管（SCR）特性实验。
（2）可关断晶闸管（GTO）特性实验。
（3）功率场效应管（MOSFET）特性实验。
（4）大功率晶体管（GTR）特性实验。
（5）绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。
五、预习要求
阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。
六、实验方法
（1）按图3-5接线，首先将晶闸管（SCR）接入电路，在实验开始时，将DJK04上的给定电位器沿逆时针旋到底，即最小位置“0”（防止器件触发电压的不同使得某些低电压触发的管子被击穿，后面每做完一个器件都应该将其归位到“0”），S1拨到“正给定”侧，S2拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调到底，DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置；，打开DJK04的开关，按下控制屏上的“启动”按钮，缓慢调节给定输出，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器（在以后的其他实验中，均不用调节）；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压Ug、回路电流Id以及器件的管压降Uv。
Ug
Id
Uv
（2）按下控制屏的“停止”按钮，给定电位器沿逆时针旋到底，将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO），重复上述步骤，并记录数据。
（导通和关断均需测量）
Ug
Id
Uv
（3）按下控制屏的“停止”按钮，给定电位器沿逆时针旋到底，将可关断晶闸管（GTO）换成功率场效应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。
（导通和关断均需测量）
Ug
Id
Uv
（4）按下控制屏的“停止”按钮，给定电位器沿逆时针旋到底，将功率场效应管（MOSFET）换成大功率晶体管（GTR），重复上述步骤，并记录数据。
（导通和关断均需测量）
Ug
Id
Uv
（5）按下控制屏的“停止”按钮，给定电位器沿逆时针旋到底，将大功率晶体管（GTR）换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。
（导通和关断均需测量）
Ug
Id
Uv
七、思考题
各种器件对触发脉冲要求的异同点？
八、实验报告
根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。
九、注意事项
（1）注意每测完一个器件的特性时，一定要将给定电位器沿逆时针旋到底，以防对下次要用的器件造成损伤。
（2）更换器件时注意关断各个电源，且注意关断顺序，切忌带电接插线。
实验二锯齿波同步移相触发电路实验
一、实验目的
（1）加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用；
（2）掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。
二、实验所需挂件及附件
（1）DJDK-1型实验台；
（2）DJK01、DJK02－1等挂件；
（3）双踪示波器。
三、实验线路及原理
锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。
四、实验内容
（1）锯齿波同步移相触发电路的调试；
（2）锯齿波同步移相触发电路各点波形观察和分析。
五、预习要求
（1） 阅读电力电子技术教材中有关锯齿波同步移相触发电路的内容，弄清锯齿波同步移相触发电路的工作原理；
（2）掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。
六、实验方法
（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DJKOl“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—l“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02-l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Α、B、C三相的锯齿波，并调节Α、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的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压
相接，将给定开关S2拨到接地位置（即
），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察Α相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使
170°；
（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
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DJK01“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VTl～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
七、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?
八、实验报告
（1）整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。
（2）总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？
（3）如果要求Uct=0时，=90°，应如何调整？
（4）讨论分析其它实验现象。
九、注意事项
（1） 双踪示波器两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。
当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外；
（2） 在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。
在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。
实验三单相桥式全控整流电路实验
一、实验目的
（1）掌握对触发电路的调试步骤和方法；
（2）加深理解单相桥式全控整流电路的工作原理。
二、实验所需挂件及附件
（1）DJDK-1型实验台；
（2）DJK01、DJK02、DJK02－1、D42等挂件；
（3）双踪示波器。
三、实验线路及原理
图3-8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
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3-7为单相桥式整流带电阻性负载，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，直流电压、电流表均在DJK02面板上。
VT4’
VT1
VT1'
VT4'
图3-7单相桥式全控整流电路
四、实验内容
（1）锯齿波同步移相触发电路的调试；
（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载。
五、预习要求
阅读教材中有关单相桥式全控整流电路的相关内容。
六、实验方法
（1）触发电路的调试
用双踪示波器观察触发脉冲的波形。
调节移相电位器RP1，观察脉冲波形的移相范围能否在30°～170°范围内移动?
（2）按图3-7接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持
偏移电压不变（即RP3固定），逐渐增加
（调节RP2），在
30°、60°、90°、120°时，用示波器观察、记录整流电压
和晶闸管两端电压
的波形，并记录电源电压
和负载电压
的数值于下表中。
30°
60°
90°
120°
（记录值）
（计算值）
计算值：
七、思考题
单相桥式全控整流电路接电感性负载时移相范范围是多少？
为什么？
八、实验报告
（1）画出
30°、60°、90°、120°、150°时
和
的波形；
（2）画出电路的移相特性
曲线。
九、注意事项
（1） 在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接通主电路；
（2）在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，才可逐渐加大控制电压Uct，避免过流；
（3）要选择合适的负载电阻，避免过流。
在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值；
（4）由于晶闸管具有一定的维持电流，故要使晶闸管可靠工作，其通过的电流不能太小，否则会造成晶闸管时断时续，在本实验装置中，要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。
实验四三相桥式全控整流电路实验
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
（1）DJDK-1型实验台；
（2）DJK01、DJK02、DJK02－1、DJK04、D42等挂件；
（3）双踪示波器；
（4）万用表。
三、实验线路及原理
实验线路如图3-10所示，电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。
图3-10三相桥式全控整流电路实验原理图
四、实验内容
（1）三相桥式全控整流电路；
（2）当触发电路出现故障（人为模拟）时主电路的各电压波形。
五、预习要求
阅读教材中有关三相桥式全控整流电路的相关内容。
六、实验方法
（1）DJK02和DJK02-l上的“触发电路”调试
用双踪示波器观察触发脉冲的波形。
调节移相电位器RP1，观察脉冲波形的移相范围能否在30°～150°范围内移动?
（2）三相桥式全控整流电路
按图3-10接线，将DJK04上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使α角在30°～150°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R，使得负载电流Id保持在0.6A左右（注意Id不得超过0.65A）。
用示波器观察并记录α=30°、60°、90°及120°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。
30°
60°
90°
120°
（记录值）
（计算值）
计算值：
（0～60°）
（60°～120°）
（3）故障现象的模拟
当
60°时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时的故障，观察并记录这时的
、
波形的变化情况。
七、思考题
（1）如何解决主电路和触发电路的同步问题？
在本实验中，主电路三相电源的相序可任意设定吗？
（2）在本实验的整流时，对α角有什么要求？
为什么？
八、实验报告
（1）画出
30°、60°、90°、120°时的整流电压
和晶闸管两端电压
的波形；
（2）简单分析模拟的故障现象。
九、注意事项
（1）为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置；
（2）有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为A、C两相的相位接反了。
实验六单相交流调功电路实验
一、实验目的
熟悉调功电路的基本工作原理与特点。
二、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
2
DJK22单相交流调压/调功电路
3
双踪示波器
自备
4
万用表
自备
三、实验线路及原理
单相交流调功电路方框图如图3-20所示。
图3-20单相交流调功电路方框图
交流调功电路的主电路和交流调压电路的形式基本相同，只是控制的方式不同，它不是采用移相控制而采用通断控制方式。
交流调压是在交流电源的半个周期内作移相控制，交流调功是以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断,即负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数和断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
如图3-21所示，这种电路常用于电炉的温度控制，因为像电炉这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的各个周期进行频繁的控制。
只要大致以周波数为单位控制负载所消耗的平均功率，故称之为交流调功电路。
图3-21交流调功电路典型波形图
采用周波控制方式，使得负载电压电流的波形都是正弦波，不会对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
此外由于在BCR导通期间，负载上的电压保持为电源电压，因此若将此控制方式用于手电钻在低速下对玻璃或
升级会员 