电力电子实验指导书

《电力电子技术》实验指导书郑征陶慧王新环编著朱艺锋陶海军刘海波电气工程与自动化学院二○一五年九月目录绪论..........................................................................................................1实验一西门子TCA785集成触发电路实验..........................................5实验二单相桥式全控整流及有源逆变电路实验................................8实验三三相桥式全控整流及有源逆变电路实验..............................11实验四单相交流调压电路实验..........................................................18实验五直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）......................21实验六单相并联逆变电路..................................................................261绪论实验的目的在于培养学生掌握基本的实验方法和操作技能，特别着重于对学生能力的培养，包括自学能力、动手能力、组织能力、数据分析处理能力、运用理论解决实际问题能力、初步科研实验能力、文字表达能力等。电力电子及自控系统实验的特点是综合性和实践性强，涉及面广，实验时不宜一人单独进行，须分组协同工作。它是《电力电子技术》和《自动控制系统》理论教学的重要环节，是理论教学的补充和继续，而理论教学又是实验教学的基础。实验中学生可灵活运用所学的理论知识，学会分析和解决实际系统中出现的问题，培养学生实践动手能力及综合分析问题的能力，加强理论和实践的统一。通过从理论到实践的锻炼，可使认识不断提高、深化，并进一步有所发现，有所创新。一、实验方式为了提高效率、讲究实效、取得预期的收获，电力电子技术实验建议按以下方式进行：（一）实验预习预习是实验前的重要准备工作，是保证实验顺利进行的必要步骤，也是培养学生独立工作能力、提高实验质量与效率的重要环节，要求做到：1．实验前应复习有关课程的章节，熟悉有关理论知识。2．认真阅读实验指导及有关实验装置介绍，了解实验的目的、内容、方法、要求和系统工作原理，明确实验过程中应注意的问题。3．画出实验线路，明确接线方式，拟出实验步骤，列出实验时需记录的各项数据表格，对理论计算数据应预先进行计算。4．实验预习分组进行，每组3~4人，每人都需预习，实验前可每人或每组写一份预习报告。每小组在实验前应讨论一次，选定组长，合理分工。预测实验结果及大致趋势，做到心中有数。（二）实验进行整个实验过程中必须严肃认真，集中精力及时作好实验。1．预习检查，严格把关实验开始前由指导教师检查预习质量（包括对本次实验的理解，认识及预习报告），当确认已作好了实验前的准备工作方可开始实验，对没有进行预习的学生，应拒绝其实验。2．分工配合、协调工作每次实验以小组为单位进行，组长负责实验的安排，如分配记录、接线、启动操作、调节负载、测量转速及其他物理量等工作，务必在实验过程中人人动手、个个主动、分工配合、协调操作，做到实验内容完整、数据正确。3．按图接线、力求简明根据拟订的实验线路及选用的仪器设备，按图接线，力求简单明了。接线原则是先控制电路后主电路。主回路和控制回路应分清，根据电流大小，主回路用粗导2线连接，控制回路用细导线连接，每个接线点接的线尽量不要超过两根。4．确保安全，检查无误为了确保安全，线路接好后应互相校对或请指导教师检查，确认无误后方可合闸通电5．按照计划、操作测试按实验步骤，由简到繁、逐步进行操作测试，实验中要严格遵守操作规程和注意事项，仔细观察实验中的现象，认真做好数据测试工作，并结合理论分析与预测趋势相比较，判断数据的合理性。6．认真负责、完成实验实验完毕，应将记录数据交指导教师认可签字后方可拆线、整理现场，要求做到导线分类整理，仪表、工具归还原处。二、实验报告实验报告是实验工作的总结、提高和最后成果，也是对学生分析能力和工作能力的进一步锻炼，因此必须独立书写，每人一份，应对实验数据和实验中观察和发现的问题，进行整理讨论、分析研究、得出结论、写出心得体，以便积累一定的实际经验。编写实验报告应具有严肃认真的科学态度，报告要求条理清晰、简明扼要，字迹端正，图表整洁，分析认真，结论正确。实验报告内容主要包括以下几方面（1）名称、专业班级、组别、姓名、同组同学姓名、实验日期；（2）实验项目的目的和要求；（3）实验用机组以及主要仪器设备的型号、规格、编号；（4）实验线路图；（5）调试步骤及方法；（6）实验数据，在记录数据的表格上应注明实验条件，某些数据如系计算所得，应列出计算公式，并举例说明；（7）预习时发现的问题，在试验中如何解决；（8）实验所得的曲线波形（或附有关照片），例如电压和电流波形、转速变化曲线、输入输出关系曲线等，并应注意各图形之间的位置对应关系，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线（不在曲线上的点仍按实际数据标出），对这些数据和图形加以分析总结，得出明确结论；（9）讨论实验中遇到的问题，写出心得体会以及合理化建议和改进措施。三、安全操作注意事项为了顺利地完成电力电子技术实验，确保实验时人身和设备安全，要严格遵守实验室的安全操作规程，并注意以下事项：1．人体不可接触带电线路。2．电源必须经过开关（或接触器）、熔断器之后接入设备，系统。接线或拆线都必须在切断电源（即拉开电源开关）的情况下进行。3．学生完成接线后，必须经教师检查无误后方可合上电源，实验中如发生事3故，应立即切断电源，并保持线路原状和故障现场，报告和协同教师查清问题、妥善处理故障后才能继续进行实验。4．实验时应注意衣服、围巾、发辫及实验接线用的导线等不得卷入电机的旋转部分，不得用手或脚去促进电机启动或停转，以免发生危险。5．操作开关时应迅速果断、快合、快断，以免产生电弧烧断触刀，合闸时应使触刀投入静插座，保持接触良好。6．使用电流互感器时，二次侧不得开路，以免感应产生高压，损坏仪器和危机及人身安全，对具有很多匝数线圈的电路，要小心断路时产生高压而引起危险，高压电容器断电后须拆动接线时，应先进行放电，以免高压伤人。7．在电压、电流、转速闭环前要确保反馈极性正确，以组成负反馈运行。8．在实验过程中，若突然发现电网停止供电，须立即切断实验地点的全部电源开关。四、控制屏特点介绍及操作说明(1)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；(2)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实有效保护操作者的人身安全。(3)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者不能互插。图0-1DJDK-1电力电子技术及电机控制实验装置外形图五、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。在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W日光灯。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4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。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书）图0-2主控制屏面板图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”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，不能作大容量的直流电源用。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用。5实验一西门子TCA785集成触发电路一、实验性质综合性试验。它涉及到《电路》、《电子技术》、《电力电子技术》三门课程内容，要分析晶体管的放大工作、单结晶体管工作原理，单结晶体管触发电路的调试步骤和方法，使学生对电力电子电路的测试和分析有一个初步的认识。二、实验目的1．熟悉锯齿波集成同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。2．掌握TCA785集成触发电路的调试步骤和方法。3．掌握由集成元件组成的电力电子电路的测试和分析方法。三、实验设备1．天煌DJDK-2型电力电子技术及电机控制实验装置2．万用表3．双踪示波器四、实验电路及原理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。TCA785集成电路的内部框图如图1-1所示。TCA785集成块内部主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“锯齿波形成电路”、“移相电压”和“锯齿波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块组成。同步信号从TCA785集成电路的第5脚输入，“过零检测”部分对同步电压信号进行检测，当检测到同步信号过零时，信号送“同步寄存器”。“同步寄存器”输出控制锯齿波发生电路，锯齿波的斜率大小由第9脚外接电阻和10脚外接电容决定；输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定；14、15脚输出对应负半周和正半周图1-1西门子Tca785集成电路内部框图6的触发脉冲，移相控制电压从11脚输入。具体电路如下图所示：图1-2Tca785集成移相触发电路原理图电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2则调节输入的移相控制电压，脉冲从14、15脚输出，输出的脉冲恰好互差180O，可供单相整流及逆变实验用，各点波形请参考图1-3。图1-3单相集成锯齿波触发电路的各点电压波形(α=900)7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。五、实验内容与实验步骤(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（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”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；用双踪示波器一路