电力电子实验指导书.docx
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电力电子实验指导书
实验六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“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”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
本实验线路如图3-7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3-7单相桥式半控整流电路实验线路图
四、实验内容
（1）锯齿波同步触发电路的调试。
（2）单相桥式半控整流电路带电阻性负载。
（3）单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。
（4）单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）。
五、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。
（2）了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用。
六、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?
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，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：
其调试方法与实验三相同。
令Uct=0时（RP2电位器顺时针转到底）α＝170o。
（3）单相桥式半控整流电路带电阻性负载：
按原理图3-7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，观察并记录在不同α角时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（70OmH）与电阻R串联。
②不接续流二极管VD3，接通主电路，用示波器观察不同控制角α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，观察不同控制角α时Ud、UVD3、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）
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。
（5）单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）
要完成此实验还应加一只直流电动机。
①断开主电路，将负载改为直流电动机，不接平波电抗器Ld，调节锯齿波同步触发电路上的RP2使Ud由零逐渐上升，用示波器观察并记录不同α时输出电压Ud和电动机电枢两端电压Ua的波形。
②接上平波电抗器，重复上述实验。
八、实验报告
（1）画出①电阻性负载，②电阻电感性负载时Ud/U2=f（α）的曲线。
（2）画出①电阻性负载，②电阻电感性负载，α角分别为30°、60°、90°时的Ud、UVT的波形。
（3）说明续流二极管对消除失控现象的作用。
九、注意事项
（1）参照实验四的注意事项。
（2）在本实验中，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，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。
（3）带直流电动机做实验时，要避免电枢电压超过其额定值，转速也不要超过1.2倍的额定值，以免发生意外，影响电机功能。
（4）带直流电动机做实验时，必须要先加励磁电源，然后加电枢电压，停机时要先将电枢电压降到零后，再关闭励磁电源。
实验七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“锯齿波同步触发电路”模块。
4
DJK10变压器实验
该挂件包含“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
自备
7
万用表
自备
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3-9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反馈回电网。
“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。
四、实验内容
（1）单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。
（2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。
（3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。
五、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关单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内容，掌握实现有源逆变的基本条件。
六、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?
七、实验方法
（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顺时针旋到底），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=180°。
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DJKO2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。
图3-8单相桥式整流实验原理图
图3-9单相桥式有源逆变电路实验原理图
（2）单相桥式全控整流
按图3-8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=0°、30°、60°、90°、120°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＝O.9U2（1+cosα）/2
（3）单相桥式有源逆变电路实验
按图3-9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=30°、60°、90°时，观察、记录逆变电流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）
（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。
八、实验报告
（1）画出α=30°、60°、90°、120°、150°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。
九、注意事项
（1）参照实验四的注意事项
（2）在本实验中，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，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。
实验八 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“给定”等模块。
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
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3-10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3-10三相半波可控整流电路实验原理图
四、实验内容
（1）研究三相半波可控整流电路带电阻性负载。
（2）研究三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。
五、预习要求
阅读电力电子技术教材中有关三相半波整流电路的内容。
六、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？
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）三相半波可控整流电路带电阻性负载
按图3-10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180°范围内调节，用示波器观察并纪录三相电路中α=30°、60°、90°、120°、150°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+
）]（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°
120°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
八、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。
九、注意事项
（1）可参考实验六的注意事项
（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。
实验九 三相半波有源逆变电路实验
一、实验目的
研究三相半波有源逆变电路的工作，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。
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
其工作原理详见电力电子技术教材中的有关内容。
晶闸管可选用DJK02上的正桥，电感用DJK02上的Ld=700mH，电阻R选用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成串联形式，直流电源用DJK01上的励磁电源，其中DJK10中的心式变压器用作升压变压器使用，变压器接成Y/Y接法，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。
直流电压、电流表均在DJK02上。
图3-11三相半波有源逆变电路实验原理图
四、实验内容
三相半波整流电路在整流状态工作下带电阻电感性负载的研究。
五、思考题
（1）在不同工作状态时可控整流电路的工作波形。
（2）可控整流电路在β＝60o和β＝90o时输出电压有何差异？
。
六、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=120°（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）三相半波整流及有源逆变电路
①按图3-11接线，将负载电阻放在最大阻值处，使输出给定调到零。
②按下“启动”按钮，此时三相半波处于逆变状态，α=150o，用示波器观察电路输出电压Ud波形，缓慢调节给定电位器，升高输出给定电压。
观察电压表的指示，其值由负的电压值向零靠近，当到零电压的时候，也就是α=90o，继续升高给定电压，输出电压由零向正的电压升高，进入整流区。
在这过程中记录α=30O、60o、90o、120o、150o时的电压值以及波形。
α
30O
60O
90O
120O
150O
U1
七、实验报告
（1）画出实验所得的各特性曲线与波形图。
（2）对可控整流电路在整流状态与逆变状态的工作特点作比较。
八、注意事项
（1）可参考实验六的注意事项的
（1）、
（2）。
（2）为防止逆变颠覆，逆变角必须安置在90o≥β≥30o范围内。
即Uct＝0时，β＝30o,调整Uct时，用直流电压表监视逆变电压，待逆变电压接近零时，必须缓慢操作。
（3）在实验过程中调节β，必须监视主电路电流，防止β的变化引起主电路出现过大的电流。
（4）在实验接线过程中，注意三相心式变压器高压侧的和中压侧的中线不能接一起。
（5）有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为触发电路的原因，触发电路要求相位关系按A、B、C的排列顺序，如果A、C两相相位接反，结果就会如此，对整流实验无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到120°，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。
实验十 三相桥式半控整流电路实验
一、实验目的
（1）了解三相桥式半控整流电路的工作原理及输出电压，电流波形。
（2）了解晶闸管在带电阻性及电阻电感性负载，在不同控制角α下的工作情况。
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
在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路。
它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。
共阳极组三个整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到比阴级电位更低的一相，而共阴极组三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一个。
输出整流电压Ud的波形是三组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的控制角α，可获得0～2.34U2的直流可调电压。
具体线路可参见图3－12。
其中三个晶闸管在DJK02面板上，三相触发电路在DJK02-1上,二极管和给定在DJK06挂箱上，直流电压电流表以及电感Ld从DJK02上获得，电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。
图3-12三相桥式半控整流电路实验原理图
四、实验内容
（1）三相桥式半控整流供电给电阻负载。
（2）三相桥式半控整流供电给电阻电感性负载。
（3）三相桥式半控整流供电给反电势负载。
（选做）
（4）观察平波电抗器的作用。
（选做）
五、思考题
（1）为什么说可控整流电路供电给电动机负载与供电给电阻性负载在工作上有很大差别?
（2）实验电路在电阻性负载工作时能否突加一阶跃控制电压？
在电动机负载工作时呢？
六、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
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