电力电子实验.docx
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电力电子实验
电力电子实验指导书
电力电子实验室编制
实验的基本要求
一、实验前的准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否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，甚至有可能损坏实验装置。
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）阅读本实验指导中的相关内容，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：
明确实验过程中应注意的问题。
（3）写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骡、数据记录表格等．
二、实验实施
在完成理论学习、实验预习等环节后，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．
（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与使用方法．
（3）按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠，各人的任务应在实验进行中实行转换，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，按回路逐项捡查各仪表、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，不得用两根导线在实验装置上的某按线端进行过渡连接．
（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．除作阶跃启动试验外,系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位；测试记录点的分布应均匀；改接线路时，必须断开主电源方可进行．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相一致．
（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．
三、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、填写实验报告．每位实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报眚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．
实骏报告的一般格式如下：
（1）实验名称、专业、班组、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，得出明确的结论。
（7）对实验中出现的某些观象、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。
（8）实验报眚应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
（9）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
四、实验安全操作规程
为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，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，绝对不允许实验人员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）为了提高学生的安全用电常识，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，学生独立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）电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实验选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果．
（7）在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。
（8）除作阶跃起动试验外，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。
（9）在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压．在完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源．
实验一单结晶体管触发电路实验
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
自备
三，实验线路及原理
单结晶体管触发电路的工作原理如图1所示。
图1单结晶体管触发电路的工作原理
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。
五，覆习要求
阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶管触发电路的工作原理．
六、思考题
（1）单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系?
（2）单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180º?
七、实验方法
（1）单结晶体管触发电路的观测
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的正常工作的电源电压为220V±10%，而“交流凋速”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，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RPl，观察“4”点锯齿彼的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30º~170º范围内移相?
’
{2}单结晶体管触发电路各点波形的记录
当α=30º、60º、90º、120º时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图2的各波形进行比较．
图2单结晶体管触发电路各点输出的波形（α=90º）
八、实验报告
画出α=60º时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值．
九、注意事项
双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题．当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
实验二正弦波同步移相触发电路实验
一、实验目的
（1）熟悉正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。
（2）掌握正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。
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
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“正弦波同步移相触发电路”等模块。
3
双踪示波器
自备
三、实验线路及原理
正弦波同步移相触发电路分脉冲形成，同步移相、脉冲放大等几个环节，具体工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。
图3正弦波同步移相触发电路原理图
四、实验内容
（1）正弦波同步移相触发电路的调试。
（2）正弦波同步移相触发电路中各点波形的观察。
五、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关正弦波同步移相触发电路的内容，弄清正弦波同步移相触发电路的工作原理。
（2）掌握脉冲初始相位的调整方法。
六、思考题
（1）正弦波同步移相触发电路由哪些主要环节组成?
（2）正弦波同步移相触发电路的移相范围能否达到180º?
七、实验方法
（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的正常工作的电源电压为220V±10%，而“交流凋速”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的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开0JK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作。
用双踪示波器观察正弦波触发电路各观察点的电压波形，并与图4中各点波形相比较。
图4正弦波同步移相触发电路的各点电压波形（α=90º）
（2）确定脉冲的初始相位
当Uct=0时（将RP1电位器逆时针旋到底），调节Ub（调RP2），使U4波形与图5中的TP4波形相同，使得触发脉冲的后沿接近90º。
（3）保持RP2电位器不变，顺时针旋转RP1（即逐渐增大Uct），用示波器观察同步电压信号及输出脉冲“5”点的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。
（4）调节Uct（调RP1），使α=60º，观察并记录面板上观察点“1”~“5”及输出脉冲“G1”、
“K1”的电压波形及其幅值。
调节RP3，观测“5”点脉冲宽度的变化。
八，实验报告
（1）画出α=60º时，观察点“1”~“5”及输出脉冲电压的波形。
图5初始脉冲相位的确定（α接近90º）
（2）指出Uct增加时，α应如何变化?
移相范围大约等于多少度?
指出同步电压的哪一段为脉冲移相范围。
（3）分析RP3对输出脉冲宽度的影响。
九、注意事项
（1）双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题．当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
（2）由于正弦波触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如需将α调节到逆变区，除了调节RP1外，还需调节RP2电位器。
（3）由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。
实验三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）掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法．
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
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。
3
双踪示波器
自备
三`实验线路及原理
锯齿波同步移相触发电路的原理图如图6所示．锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成，移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参见下图和电力电子技术教材中的相关内容．
图6锯齿波同步移相触发电路Ⅰ的原理图
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的观察和分析．
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、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?
七、实验方法
（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的正常工作的电源电压为220V±10%，而”交流凋速”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）凋节触发脉冲的移相范围
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=170º，其波形如图7所示．
图7锯齿坡同步移相触发电路
（3）调节Uct（即电位器RP2）使α=60º，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，并记录在下表中。
U1
U2
U3
U4
U5
U6
幅值（V）
宽度（ms）
八、实验报告
（1）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=90º，如何调整?
（3）讨论，分析实验中出现的各种现象。
九、注意事项
双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题．当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
实验四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”等模块。
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
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8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挂件上得到或使用DJK01电源控制屏上的数字直流电压表及数字直流电流表。
图8单相半波可控整流电路
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）阅渎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n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电塬开关，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、锯齿波电亚及单结晶体管触发电路输出电压等波形。
调节移相电位铅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30º~170º范围内移动，
（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8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RPl，观察α=30º、60º、90º、120º、150º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
30º
60º
90º
120º
150º
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式：
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]的情况下，观察并记录α=30º、60º、90º、120º、150º时的直流输出电压值Ud以及UVT的波形．
α
30º
60º
90º
120º
150º
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
30º
60º
90º
120º
150º
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式：
Ud=0.45U2（1+cosα）/2
八、实验报告
（1）画出α=90º时，电阻性负载和电阻电感性负载Ud、UVT的波形．
（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）双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题．当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
（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，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。
实验五三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蛀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
该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等模块。
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
实验线路如图9所示．主电路由三相全控整流电路组成，触发电路为DJK02-1中的集成触发电路，由KC04、KC41、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
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