电力电子及变流技术实验指导书(天煌)

惠州学院电子科学系电力电子技术实验指导书易春阳罗志伟编制电力电子实验室2006年5月目录前言实验的基本要求------------------------------------------------1实验1单结晶体管触发电路实验-----------------------------3实验2正弦波触发电路实验-----------------------------7实验3三相桥式全控整流电路实验-----------------------------9实验4直流斩波电路实验-------------------------------------------12实验5单相交流调压电路实验-----------------------------------16实验6西门子TCA785集成触发电路实验------------------18电力电子技术实验指导书-1-前言实验的基本要求《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，而《电力拖动自动控制系统》又是其这些专业的重要专业课程之一，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等多个方面，而实验环节是这些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问题、解决问题的能力。一实验的特点和要求电力电子技术和电力拖动控制系统实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。该实验是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备、测试仪器的性能及使用方法。（3）掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法。（4）能设计交、直流电机控制系统的具体实验线路，列出实验步骤。（5）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。（6）能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。二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，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。三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轮换，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。在进行调速系统实验时，也可由2人同时进行主电路和控制电路的接线。(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，按回路逐项电力电子技术实验指导书-2-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。(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。四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。电力电子技术实验指导书-3-实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验一．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。3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。4．了解续流二极管的作用。二．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波形的观察。3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。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。三、实验所需挂件及附件序号型号备注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晶闸管触发电路该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”以及“开关”等几个模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器7万用表五、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波形的观察。3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。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。六、实验方法电力电子技术实验指导书-4-(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，A、B输出端与DJK03中的“外接220V”相连。按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用示波器观察单结晶体管触发电路中1、2、3、4、5以及GK的波形。调节触发电路中移相电位器RP1，参照图1-1的方法，观察并记录输出脉冲GK的相位变化及移相范围。图1-1单相半波整流相位角的观察(2)单相半波可控整流电路接电阻性负载按电路图1-2接线。将DJK03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。直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。图1-2单相半波可控整流电路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=120°、90°、60°、30°时Ud、UVT的波形，将直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表中。α120°90°60°30°U2Ud（记录值）Ud/U2Ud（计算值）电力电子技术实验指导书-5-其中理论值的计算公式为：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串入平波电抗器。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。观察并记录Rd较大和Rd较小（对应不同阻抗角）条件下，=90O时的Ud、Uvt的波形。注意调节Rd时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。（4）接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上。七、实验报告1．画出触发电路在α=90°时1，2，4，5各点以及GK两端的波形。2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud，Uvt波形。3．画出阻感性负载下，当电阻较大和较小时，Ud、UVT的波形（α=90°），并对两者波形进行分析比较。4．画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）曲线，并与2cos1245.0UUd进行比较。5．分析续流二极管的作用。八、注意事项1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：（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）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。（4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。（5）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。3．使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。电力电子技术实验指导书-6-九．思考1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？电力电子技术实验指导书-7-实验二正弦波触发电路实验一、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1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03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。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180°?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的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调