电力电子技术及电机控制实验指导书第一章.docx
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电力电子技术及电机控制实验指导书第一章
电力电子技术
实验指导书
绍兴文理学院教务处
二O一三年九月
实验一单结晶体管触发电路和单相半波可控整流电路实验
一、实验目的
（1）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
（2）掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。
（3）了解续流二极管的作用。
二、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”，“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“单结晶体管触发电路”模块。
4
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“二极管”等几个模块。
5
D42 三相可调电阻
6
双踪示波器
自备
7
万用表
自备
三、实验线路及原理
单结晶体管触发电路的工作原理及线路图已在1-3节中作过介绍。
将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。
二极管VD1和开关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，本实验中选用700mH。
直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。
四、实验内容
（1）单结晶体管触发电路的调试。
（2）单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。
（3）单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2=f（α）特性的测定。
（4）单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。
五、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。
（2）复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时的工作波形。
（3）掌握单相半波可控整流电路接不同负载时Ud、Id的计算方法。
六、思考题
（1）单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中电容C1的数值有什么关系?
（2）单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?
如何解决?
七、实验方法
（1）单结晶体管触发电路的调试
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，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。
调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30°～170°范围内移动?
图3-6单相半波可控整流电路
（2）单相半波可控整流电路接电阻性负载
触发电路调试正常后，按图3-6电路图接线。
将电阻器调在最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压UVT的波形，调节电位器RP1，观察α=30°、60°、90°、120°、150°时Ud、UVT的波形，并测量直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
Ud=0.45U2（1+cosα）/2
（3）单相半波可控整流电路接电阻电感性负载
将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器Ld串联而成）。
暂不接续流二极管VD1，在不同阻抗角[阻抗角φ=tg-1（ωL/R），保持电感量不变，改变R的电阻值,注意电流不要超过1A]情况下，观察并记录α=30°、60°、90°、120°时的直流输出电压值Ud及UVT的波形。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
接入续流二极管VD1，重复上述实验，观察续流二极管的作用,以及UVD1波形的变化。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud=0.45U2（l十cosα）/2
八、实验报告
（1）画出α=90°时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。
（2）画出电阻性负载时Ud/U2=f（α）的实验曲线，并与计算值Ud的对应曲线相比较。
（3）分析实验中出现的现象，写出体会。
九、注意事项
（1）参照实验一的注意事项。
（2）在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相触发电路来完成实验。
（3）在实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2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，避免误触发。
（4）为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：
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和电感，避免过流。
在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。
（5）由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电流不能太小，否则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。
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。
（6）在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否则实验就无法顺利完成。
（7）使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。
实验二三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
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
3
DJK02-1三相晶闸管触发电路
该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。
4
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“二极管”等几个模块。
5
DJK10变压器实验
该挂件包含“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、实验线路及原理
实验线路如图3-13及图3-14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，触发电路为DJKO2-1中的集成触发电路，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。
集成触发电路的原理可参考1-3节中的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。
图3-13三相桥式全控整流电路实验原理图
在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am、Bm、Cm,返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。
图中的R均使用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3-14三相桥式有源逆变电路实验原理图
四、实验内容
（1）三相桥式全控整流电路。
（2）三相桥式有源逆变电路。
（3）在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观测主电路的各电压波形。
五、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）学习本教材1-3节中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。
六、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）在本实验的整流及逆变时，对α角有什么要求?
为什么?
七、实验方法
（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拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，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°（注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°）。
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。
⑧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）三相桥式全控整流电路
按图3-13接线，将DJK06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°及90°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。
α
30˚
60˚
90˚
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud=2.34U2cosα（0～60O）
Ud=2.34U2[1+cos（a+
）]（60o～120o）
（3）三相桥式有源逆变电路
按图3-14接线，将DJK06上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），将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β角在30°～90°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流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β=30°、60°、90°时的电压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。
β
30˚
60˚
90˚
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud=2.34U2cos（180O-β）
（4）故障现象的模拟
当β=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Ud、UVT波形的变化情况。
八、实验报告
（1）画出电路的移相特性Ud=f（α）。
（2）画出触发电路的传输特性α=f（Uct）。
（3）画出α=30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形。
（4）简单分析模拟的故障现象。
九、注意事项
（1）可参考实验六的注意事项
（1）、
（2）
（2）为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。
（3）三相不控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变用直流电源的电压值。
（4）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，这对整流状态无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到120°，使实验效果不明显，用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围。
实验三直流斩波电路原理实验
一、实验目的
（1）加深理解斩波器电路的工作原理。
（2）掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法。
（3）熟悉斩波器电路各点的电压波形。
二、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
DJK05直流斩波电路
该挂件包含触发电路及主电路两个部分。
3
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“给定”等模块。
4
D42 三相可调电阻
5
双踪示波器
自备
6
万用表
自备
三、实验线路及原理
本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，主电路如图3-24所示。
其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管,C和L1构成振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。
当接通电源时，C经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，此时VT1、VT2均不导通，当主脉冲到来时，VT1导通，电源电压将通过该晶闸管加到负载上。
当辅助脉冲到来时，VT2导通，C通过VT2、L1放电，然后反向充电，其电容的极性从+Ud0变为-Ud0，当充电电流下降到零时，VT2自行关断，此时VT1继续导通。
VT2关断后，电容C通过VD1及VT1反向放电，流过VT1的电流开始减小，当流过VT1的反向放电电流与负载电流相同的时候，VT1关断；此时，电容C继续通过VD1、L2、VD2放电，然后经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，电源停止输出电流，等待下一个周期的触发脉冲到来。
VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。
图3-24斩波主电路原理图
从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽,从而可达到调节输出直流电压的目的。
VT1、VT2的触发脉冲间隔由触发电路确定。
斩波器触发电路如图1-27所示，其原理可参见1-3节内容。
实验接线如图3-25所示，电阻R用D42三相可调电阻，用其中一个900Ω的电阻；励磁电源和直流电压、电流表均在控制屏上。
图3-25直流斩波器实验线路图
四、实验内容
（1）直流斩波器触发电路调试。
（2）直流斩波器接电阻性负载。
（3）直流斩波器接电阻电感性负载（选做）。
五、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关斩波器的内容，弄清脉宽可调斩波器的工作原理。
（2）学习本教材1-3节中有关斩波器及其触发电路的内容，掌握斩波器及其触发电路的工作原理及调试方法。
六、思考题
（1）直流斩波器有哪几种调制方式?
本实验中的斩波器为何种调制方式?
（2）本实验采用的斩波器主电路中电容C起什么作用?
七、实验方法
（1）斩波器触发电路调试
调节DJK05面板上的电位器RP1、RP2，RP1调节锯齿波的上下电平位置，而RP2为调节锯齿波的频率。
先调节RP2，将频率调节到200Hz300Hz之间，然后在保证三角波不失真的情况下，调节RP1为三角波提供一个偏置电压（接近电源电压），使斩波主电路工作的时候有一定的起始直流电压，供晶闸管一定的维持电流，保证系统能可靠工作，将DJK06上的给定接入，观察触发电路的第二点波形，增加给定，使占空比从0.3调到0.9。
（2）斩波器带电阻性负载
①按图3-25实验线路接线，直流电源由电源控制屏上的励磁电源提供，接斩波主电路（要注意极性），斩波器主电路接电阻负载，将触发电路的输出“G1”、“K1”、“G2”、“K2”分别接至VT1、VT2的门极和阴极。
②用示波器观察并记录触发电路的“G1”、“K1”、“G2”、“K2”、波形，并记录输出电压Ud及晶闸管两端电压UVT1的波形，注意观测各波形间的相对相位关系。
③调节DJK06上的“给定”值，观察在不同τ（即主脉冲和辅助脉冲的间隔时间）时Ud的波形，并记录相应的Ud和τ，从而画出Ud=f（τ/T）的关系曲线，其中τ/T为占空比。
τ
Ud
（3）斩波器带电阻电感性负载（选做）
要完成该实验，需加一电感。
关断主电源后，将负载改接成电阻电感性负载，重复上述电阻性负载时的实验步骤。
八、实验报告
（1）整理并画出实验中记录下的各点波形，画出不同负载下Ud=f（τ/T）的关系曲线。
（2）讨论、分析实验中出现的各种现象。
九、注意事项
（1）可参考实验六的注意事项
（1）
（2）触发电路调试好后，才能接主电路实验。
（3）将DJK06上的“给定”与DJK05的公共端相连，以使电路正常工作。
（4）负载电流不要超过0.5A，否则容易造成电路失控现象。
（5）当斩波器出现失控现象时，请首先检查触发电路参数设置是否正确，确保无误后将直流电源的开关重新打开。
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