电力电子技术实验指导书Word文档格式.docx

1、2.2.1 DJK02挂件（三相变流桥路） 42.2.2 DJK02-1挂件（三相晶闸管触发电路） 52.2.3 DJK03-1挂件（晶闸管触发电路） 72.2.4 DJKO6挂件（给定及实验器件） 122.2.5 DJK10挂件（变压器实验） 13第三章 电力电子技术实验 14实验一 单结晶体管触发电路实验 14实验二 单相半波可控整流电路实验 15实验三 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 17实验四 单相交流调压电路实验 20第一章 电力电子技术实验概述电力电子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

2、节是此课程的重要组成部分。通过实验，可以加深对理论的理解，培养和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。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。电力电子技术实验理论教学的重要的补充和继续，而理论教学则是实验教学的基础。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，促使理论和实践相结合，使认识不断提高、深化。具体地说，学生在完成指定的实验后，应具备以下能力:（1）掌握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。 （2）熟悉并掌握基本实验设

3、备、测试仪器的性能及使用方法。 （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；明确实验过程中应注意的问题。（3）写出预习报告

4、，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，一般情况下每组34人。1.3 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） 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。 （2）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轮换，以便实验参加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。（3）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，应首先接好控制电

5、路进行调试，待控制电路调试好之后再接好主电路；先串联，后并联。（4）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。（5）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。（6

6、）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。每位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、专业、班级、实验学生姓名、同组者姓名和实验时间。 （2）实验目

7、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。（8）实验报告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。1.5 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

8、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）提高安全用电常识，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，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。第二章 DJDK-

9、1型电力电子技术实验装置简介 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，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，注意不能插错。图2-1 DJDK-1 电力电子技术实验装置外形图2.1 DJK01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、直流励磁电源等；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，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极220V电源

10、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。图2-2 主控制屏面板图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的情况，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。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、定时报警和切断电源等功能，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、电源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电压输出。4、三相主电路输出三相主

11、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”控制，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三相电源输出附近装有黄、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，电流互感器可测定主电源输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。5、励磁电源在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”

12、侧，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，由于励磁电源的容量有限，仅为直流电机提供励磁电流，不能作为大容量的直流电源使用。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。2.2 各挂件功能介绍2.2.1 DJK02挂件（三相变流桥路）该挂件装有12只晶闸管、直流电压和电流表等，其面板如图2-3所示。图2-3 DJK02面板图1、三相同步信号输出端同

13、步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有/Y接法的三相同步变压器，和主电源输出保持同相，其输出相电压幅度为15V左右，供三相晶闸管触发电路（如DJK02-1等挂件）使用，从而产生移相触发脉冲；只要将本挂件的12芯插头与屏相连接，则输出相位一一对应的三相同步电压信号。2、正、反桥脉冲输入端从三相晶闸管触发电路（如DJK02-1等挂件）来的正、反桥触发脉冲分别通过输入接口，加到相应的晶闸管电路上。3、正、反桥钮子开关从正、反桥脉冲输入端来的触发脉冲信号通过“正、反桥钮子开关”接至相应晶闸管的门极和阴极；面板上共设有十二个钮子开关，分为正、反桥两组，分别控制对应的晶闸管的触发脉冲；开关打到“通”侧，触发

14、脉冲接到晶闸管的门极和阴极；开关打到“断”侧，触发脉冲被切断；通过关闭某几个钮子开关可以模拟晶闸管主电路失去触发脉冲的故障情况。4、正、反桥主电路正桥主电路和反桥主电路分别由六只5A/1000V晶闸管组成；其中由VT1VT6组成三相正桥元件（一般不可逆、可逆系统的正桥使用正桥元件）；由VT1VT6组成三相反桥元件（可逆系统的反桥以及需单个或几个晶闸管的实验可使用反桥元件）；所有这些晶闸管元件均配置有阻容吸收及快速熔断丝保护，此外正桥主电路还设有压敏电阻，其内部已经接成三角形接法，起过压吸收。5、电抗器实验主回路中所使用的平波电抗器装在电源控制屏内，其各引出端通过12芯的插座连接到DJK02面板

15、的中间位置，有3档电感量可供选择，分别为lOOmH、2O0mH、700mH（各档在1A电流下能保持线性），可根据实验需要选择合适的电感值。电抗器回路中串有3A熔丝保护，熔丝座装在控制屏内的电抗器旁。6、直流电压表及直流电流表面板上装有300V的带镜面直流电压表、2A的带镜面直流电流表，均为中零式，精度为1.0级，为可逆调速系统提供电压及电流指示。2.2.2 DJK02-1挂件（三相晶闸管触发电路）该挂件装有三相晶闸管触发电路和正反桥功放电路等，面板图如图2-4所示。1、移相控制电压Uct输入及偏移电压Ub观测及调节Uct及Ub用于控制触发电路的移相角；在一般的情况下，我们首先将Uct接地，调节

16、Ub，从而确定触发脉冲的初始位置；当初始触发角固定后，在以后的调节中只调节Uct的电压，这样能确保移相角始终不会大于初始位置，防止实验失败；如在逆变实验中初始移相角=150o定下后，无论调节Uct，都能保证30O，防止在实验过程中出现逆变颠覆的情况。2、触发脉冲指示在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，当开关拨到左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；当开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄脉冲。3三相同步信号输入端通过专用的十芯扁平线将DJK02上的“三相同步信号输出端”与DJK02-1“三相同步信号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同步信

17、号；同步信号也可以从其他地方提供，但要注意同步信号的幅度和相序问题；信号接口的详细情况详见附录相关内容。4、锯齿波斜率调节与观测孔由外接的三相同步信号经KC04集成触发电路，产生三路锯齿波信号，调节相应的斜率调节电位器，可改变相应的锯齿波斜率，三路锯齿波斜率在调节后应保证基本相同，使六路脉冲间隔基本保持一致，才能使主电路输出的整流波形整齐划一。图2-4 DJK02-1面板图5、控制电路其触发线路原理如图2-5所示。在由原KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。

18、在面板上设有三相同步信号观测孔、两路触发脉冲观测孔。在触发脉冲指示为“窄脉冲”时，VT1VT6为单脉冲观测孔；VT1VT6为双脉冲观测孔。在触发脉冲指示为“宽脉冲”时，VT1VT6与VT1VT6均为宽脉冲观测孔。图2-5 触发电路原理图三相同步电压信号从三路KC04的“8”脚输入，在其“4”脚相应形成线性增加的锯齿波，移相控制电压Uct和偏移电压Ub经叠加后，从“9”脚输入。当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066（电子开关），使得每个KC04从“1、15”脚输出相位相差180的单窄脉冲（可在上面的VT1VT6脉冲观测孔观测到），窄脉冲经KC41（六路双脉冲形成器）后，得到六路

19、双窄脉冲（可在下面的VT1VT6脉冲观测孔观测到）。将钮子开关拨到宽脉冲侧时，通过控制4066，使得KC04的“1、15”脚输出宽脉冲，同时将KC41的控制端“7”脚接高电平，使KC41停止工作，宽脉冲则通过4066的“3、9”两脚直接输出。4069为反相器，它将部分控制信号反相，用以控制4066；KC42为调制信号发生器，对窄脉冲和宽脉冲进行高频调制。具体有关KC04、KC41、KC42的内部电路原理图，请查阅附录中的相关内容。6、正、反桥功放电路正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图2-6所示；由晶闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。U

20、lf即为DJKO2面板上的Ulf ,该点接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将Ulf改为Ulr。7、正桥控制端Ulf及反桥控制端Ulr这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路最终输出；当端子悬空表示功放不工作；Ulf端子控制正桥功放，Ulr端子控制反桥功放。8、正、反桥脉冲输出端经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端” 与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应

21、的触发脉冲。图2-6 功放电路原理图2.2.3 DJK03-1挂件（晶闸管触发电路）晶闸管装置的正常工作与其触发电路的正确、可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按主电路的要求来设计，为了能可靠触发晶闸管应满足以下几点要求:（1）触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并保留足够的裕量。（2）为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲的相位应能在一定的范围内连续可调。（3）触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发。（4）触发脉冲的波形要符合一定的要求。多数晶闸管电路要求触发脉冲的前沿要陡，以实现精

22、确的导通控制。对于电感性负载，由于电感的存在，其回路中的电流不能突变，所以要求其触发脉冲要有一定的宽度，以确保主回路的电流在没有上升到晶闸管擎住电流之前，其门极与阴极始终有触发脉冲存在，保证电路可靠工作。DJK03-1挂件是晶闸管触发电路专用实验挂箱，面板如图2-7所示。其中有单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路I和II，单相交流调压触发电路以及西门子TCA785集成触发电路。图2-7 DJK03-1面板图1、单结晶体管触发电路利用单结晶体管（又称双基极二极管）的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图2-8所示。图中V6为单结晶体管，其常用

23、的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。图2-8 单结晶体管触发电路原理图工作原理简述如下：由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv，使V6关断，

24、C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。充电时间常数由电容C1和等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。单结晶体管触发电路的各点波形如图2-9所示。电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。图2-9 单结晶体管触发电路各点的电压波形（=900）2、正弦波同步移相触发电路正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大等环节组成，其原理如图2-10所示。同步信号由同步变压器副边

25、提供，三极管V1左边部分为同步移相环节，在V1的基极综合了同步信号电压UT、偏移电压Ub及控制电压Uct（RP1电位器调节Uct，RP2调节Ub）。调节RP1及RP2均可改变V1三极管的翻转时刻，从而控制触发角的位置。脉冲形成整形环节是一分立元件的集基耦合单稳态脉冲电路，V2的集电极耦合到V3的基极，V3的集电极通过C4、RP3耦合到V2的基极。当V1未导通时，R6供给V2足够的基极电流使之饱和导通，V3截止。电源电压通过R9、T1、VD6、V2对C4充电至15V左右，极性为左负右正。图2-10 正弦波同步移相触发电路原理图当V1导通的时候，V1的集电极从高电位翻转为低电位，V2截止，V3导通

26、，脉冲变压器输出脉冲。由于设置了C4、RP3阻容正反馈电路，使V3加速导通，提高输出脉冲的前沿陡度。同时V3导通经正反馈耦合，V2的基极保持低电压，V2维持截止状态，电容通过RP3、V3放电到零，再反向充电，当V2的基极升到0.7V后，V2从截止变为导通，V3从导通变为截止。V2的基极电位上升0.7V的时间由其充放电时间常数所决定，改变RP3的阻值就改变了其时间常数，也就改变了输出脉冲的宽度。正弦波同步移相触发电路的各点电压波形如图2-11所示。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在面板上，同步变压器副边已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。图2-11正弦波同步移相触发电路的各点电压波形

27、（=00）3、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2-12所示。图2-12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

28、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，电路的各点电压波形如图2-13所示。本装置有两路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。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。图2-13 锯齿波同步移相触发电路I各点电压波形（=900）4、单相交流调压触发电路 单相交流调压触发电路采用KCO5集成晶闸管移相触发器（KCO5的电路内部原理图见

29、附录）。该集成触发器适用于触发双向晶闸管或两个反向并联晶闸管组成的交流调压电路，具有失交保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发电路。单相交流调压触发电路原理图2-14所示。图2-14 单相交流调压触发电路原理图同步电压由KC05的15、16脚输入，在TP2点可以观测到锯齿波，RP1电位器调节锯齿波的斜率，RP2电位器调节移相角度，触发脉冲从第9脚，经脉冲变压器输出。电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。5、西门子TCA785触发电路教科书上讲述的晶闸管集成触发电路，如KC04、KC05等，在目前工业现场很少使用了。工业现

30、场正在使用的新型晶闸管集成触发电路，主要有西门子TCA785，与KC04等相比它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，移相范围更宽；同时它输出脉冲的宽度可人为自由调节。西门子TCA785外围电路如图2-15所示。图2-15 Tca785锯齿波移相触发电路原理图锯齿波斜率由电位器RP1调节，RP2电位器调节晶闸管的触发角。电位器RP1、RP2已安装在挂箱的面板上，所有的测试信号都在面板上引出。6.外接220V输入端该挂件的电源及同步信号都是由+ zzX外接220V输入端提供的，注意的是输入的电压范围为220V10%，如超过此范围会造成设备严重损坏。2.2.4 DJKO6挂件（给定及实验器件）该挂件由给定、负载及+24V直流电源等组成。面板示意图如图2-16所示。图2-16 DJK06面板图1、负载灯泡 作为电力电子实验中的电阻性负载。2、给定 作为新器件特性实验中的给定电平