自动控制系实验指导书电力电子技术

河南机电高等专科学校《电力电子技术及应用》实验指导书自动化教研室编2008年8月目录实验一：单相桥式半控整流电路实验…………………………………………..实验二：三相桥式全控整流及有源逆变电路实验……………………………..实验三：单相交流调压、调功电路实验………………………………………..实验四：三相交流调压电路实验………………………………………………..实验五：SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性、驱动与保护电路实验………..实验六：升、降压与复合斩波电路实验………………………………………..实验七：三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验……………………..实验八：全桥DC-DC变换电路实验……………………………………………..实验九：锯齿波同步移相触发电路实验………………………………………..实验十：单相斩控式交流调压电路实验………………………………………..实验一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分析和解决。二、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01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。2DJK02晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK03-1晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验内容及要求1.实验内容（1）单相桥式半控整流电路带电阻性负载。（2）单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。（3）单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）。2.实验要求(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。(3)掌握单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?(4)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?四、实验原理及步骤１．实验原理本实验线路如图1－1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1－1单相桥式半控整流电路实验线路图2.步骤(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：其调试方法与实验九相同。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1－1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1中。（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2中：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3中：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。五、实验记录表1α30°60°90°120°150°U2Ud(记录值)Ud/U2Ud(计算值)表2α30°60°90°U2Ud(记录值)Ud/U2Ud(计算值)表3α30°60°90°U2Ud(记录值)Ud/U2Ud(计算值)六、实验结果分析及结论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、实验设备和仪器序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK02-1三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。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5DJK10变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6D42三相可调电阻7双踪示波器自备8万用表自备三、实验内容及要求1.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。2.实验要求(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)学习本教材中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。(4)要求熟悉主电路和触发电路的同步问题，要求掌握实验中主电路电源的相序是否可任意设定?(5)要求掌握在本实验的整流及逆变时，对α角有什么要求?为什么?四、实验原理及步骤１．实验原理实验线路如图2－1及图2－2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教材中的有关内容，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。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2－1三相桥式全控整流电路实验原理图图2－2三相桥式有源逆变电路实验原理图2.步骤(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2－1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1中。【计算公式:Ud=2.34U2cosα(0～60O)Ud=2.34U2[1+cos(a+3)](60o～120o)】(3)三相桥式有源逆变电路按图2－2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2中。【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。五、实验记录表1α30˚60˚90˚U2Ud(记录值)Ud/U2Ud(计算值)表2β30˚60˚90˚U2Ud(记录值)Ud/U2Ud(计算值)六、实验结果分析及结论实验三单相交流调压、调功电路实验一、实验目的1．熟悉用双向可控硅组成的交流调压电路的结构与工作原理。2．熟悉调功电路的基本工作原理与特点。二、实验设备和仪器1．序号型号备注1DJK01电源控制屏2DJK22单相交流调压/调功电路3慢扫描双踪示波器自备4万用表自备2.序号型号备注1DJK01电源控制屏2DJK22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、实验内容及要求1.实验内容（1）交流调压电路的测试。（2）交流调功电路的测试。2.实验要求（1）掌握双向晶闸管与两个单向晶闸管反并联的不同点和控制方式有什么不同。（2）掌握交流调压与交流调功电路的电路结构是否相同，控制方式有什么不同？（3）说明这两种交流控制方式的特点，并例举它们的应用。四、实验原理及步骤１．实验原理将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，可以通过改变电压、电流、频率和相位等参数。只改变相位而不改变交流电频率的控制,在交流电力控制中称为交流调压。单相交流调压的典型电路如图3-1所示。图3-1单相交流调压电路图3-2单相交流调压电路波形图(t)ui0uoug00(t)(t)(t)io0本实验采用双向可控硅BCR（Z0409MF）取代由两个