武汉理工大学电气专业电力电子技术实验.docx
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武汉理工大学电气专业电力电子技术实验
第三章电力电子技术实验
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“TCA785锯齿波移相触发电路”等模块。
4
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“二极管”以及“开关”等几个模块。
5
D42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3-1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3-1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：
按图接线，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
60°
90°
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的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：
α
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
③接上续流二极管VD3，接通主电路，观察不同控制角α时Ud的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：
α
30°
60°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
（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、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。
实验二单相桥式全控整流电路实验
一、实验目的
（1）了解单相桥式全控整流电路的工作原理；
（2）研究单相桥式全控整流电路在电阻性负载、电阻—电感性负载及反电势负载下的工作情况；
（3）熟悉TCA785锯齿波移相触发电路的工作原理。
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”等模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块。
3
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“TCA785锯齿波移相触发电路”等模块。
4
D42 三相可调电阻
5
直流电动机
6
双踪示波器
7
万用表
三、实验线路及原理
图3-1A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。
触发单元采用DJK03-1组件挂箱上的“TCA785锯齿波移相触发电路”。
四、实验内容
（1）单相桥式全控整流电路供电给电阻负载；
（2）单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载；
（3）单相桥式全控整流电路供电给反电势负载（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全控整流电路的有关内容；
（2）学习本教材第二章中有关TCA785锯齿波触发电路的有关内容，了解其工作原理及其应用。
六、实验方法
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（G1、K1接VT1，G4、K4接VT6，G2、K2接VT4，G3、K3接VT3），注意不能把相序接反，否则无法进行整流并有可能损坏电路。
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，以确保晶闸管不被误触发。
1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
接上电阻负载R，并调节电阻使其阻值最大。
合上主电路电源，逐渐增加Uct（调节RP2），测量并记录在不同角（60°、90°）时整流电路的输出电压Ud=f（t）的数据与波形，晶闸管的端电压UVT=f（t）在＝90°时的波形，并将记录的Ud值填于表3－1中。
图3-1A单相桥式整流实验原理图
表3－1
Α
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。
将R与平波电抗器串联，测量在不同控制电压Uct时的输出电压Ud=f（t）以及晶闸管端电压（＝90°）UVT=f（t）波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2的值填于表3－2中。
表3－2
Α
60°
90°
U2
Ud
注意，但负载电流不能超过0.8A，Uct应从零起调。
七．实验报告
1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路带电阻性负载情况下，=60°、90°时的Ud、=90°时UVT波形。
2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，=60°、90时的Ud、=90°时UVT波形，并与理想波形相比较。
3．实验心得体会。
实验三单相桥式有源逆变电路实验
一．实验目的
1．加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握实现有源逆变的条件。
2．了解产生逆变颠覆现象的原因。
二、实验设备及仪表
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”等模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”等模块。
3
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“TCA785锯齿波移相触发电路”等模块。
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
7
万用表
三．实验线路及原理
图3－2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返馈回电网。
“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和触发电路与整流电路所用相同。
另外，将DJK10挂件中的X与Y相连，Xm与Ym相连。
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。
图3－2单相桥式有源逆变原理图
四．实验内容
1．单相桥式有源逆变电路的波形观察。
2．有源逆变到整流过渡过程的观察。
3．逆变颠覆现象的观察。
五、预习要求
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．实验方法
1．单相有源逆变实验
按图接线。
（a）将限流电阻R调整至最大。
（b）合上主电源，用示波器观察逆变电路输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）波形，并绘出β在分别等于60°和90°时，Ud、UVT波形并记录相应β时的Ud和交流输入电压U2的值于表3－3中。
β
60°
90°
U2
Ud
2．逆变到整流过程的观察
当β大于90°时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可用示波器观察此变化过程。
注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流，需要注意监视。
4．逆变颠覆的观察
当β=30°时，继续减小Uct（RP2），此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明逆变颠覆。
七．实验报告
1．画出β=60°、90°时，Ud、UVT的波形。
2．分析逆变颠覆的原因，逆变颠覆后会产生什么后果？
实验四三相半波可控整流电路的研究
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性负载和电阻—电感性负载时的工作情况。
二．实验线路及原理
三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。
不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，因此变压器的利用率较低。
实验线路见图3－2A。
三．实验内容
1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作情况。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作情况。
四．实验设备及仪表
1．DJK01电源控制屏。
2．DJK02晶闸管主回路。
3．DJK02－1三相晶闸管触发电路。
4．DJK06给定及实验器件。
5．D42可调电阻。
6．双踪示波器。
五．注意事项
1．整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。
2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大，保证Id的值应大于0.1A，以避免晶闸管时断时续。
3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。
六．实验方法
1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作
合上主电源，接上电阻性负载。
改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角α（60°、90°）时，可控整流电路的输出电压Ud的波形，并记录相应的Ud、Id值。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作
接入电抗器L=700mH。
观察不同移相角α（60°、90°）时的Ud=f（t）、id=f（t）的波形。
七．实验报告
绘出本整流电路在相应α下，供电给电阻性负载时Ud=f（t），电阻—电感性负载时的Ud=f（t），id=f（t）波形，并进行分析讨论。
图3－2A三相半波可控整流电路实验原理图
实验五三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—电动机系统工作情况的内容，分析不同控制角α及不同电感量时反电势及负载电流的关系。
二．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。
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自然换流点换流，使电流换到比阴极电位更低的一相中去，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相中去。
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0～2.34×U2的直流可调电压。
具体线路可参见图3-3。
四．实验设备及仪器
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”等模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”等模块。
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”等模块。
4
DJK06给定及实验器件
该挂件包含“二极管”以及“开关”等模块。
5
直流电动机
6
D42 三相可调电阻
7
双踪示波器
8
万用表
五．注意事项
1．供电给电阻负载时，注意负载电阻允许的电流，电流不能超过负载电阻允许的最大值，供电给反电势负载时，注意电流不能超过电机的额定电流（Id=1A）。
2．在电动机起动前必须做好以下几点：
（1）先加上电动机的励磁电流，然后才可使整流装置工作。
（2）起动前，必须置控制电压Uct（由RP2控制）于零位，使得整流装置的输出电压Ud最小。
合上主电路后，才可逐渐加大控制电压。
3．主电路的相序不可接错，否则可能烧毁晶闸管。
4．示波器的两根地线与外壳相连，使用时必须注意两根地线需要等电位，避免造成短路事故。
图3－3三相桥式半控整流电路工作原理图
六．实验方法
1．三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作研究
合上主电源，调节负载电阻，使Id不小于100mA，否则可控硅由于存在维持电流，容易时断时续。
调节Uct，，观察在30°、90°等不同移相范围内，整流电路的输出电压Ud=f（t），晶闸管端电压UVT=f（t）的波形，并加以记录。
2．三相半控桥式整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作研究
观察不同移相角α（30°、90°）时的输出Ud=f（t），并记录相应的Ud、Id值以及Ud=f（t）波形图。
3．三相半控桥式整流电路在供电给反电势负载时的工作研究
置电感量较大时（L=700mH），调节Uct，，使直流电动机的转速在1200r/min左右，记录此时Ud的值与波形。
七．实验报告
1．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。
2．比较本整流装置在电阻性负载和电阻电感性负载下工作时Ud的波形。
八．思考题
本实验电路在电阻性负载、电动机负载工作时能否突加一阶跃控制电压？
为什么？
实验六单相交流调压电路实验
一、实验目的
1、加深理解单相交流调压电路的工作原理；
2、加深理解交流调压电路感性负载对移相范围的要求；
3、了解KC05晶闸管移相触发器的原理与应用。
二、实验设备及仪器
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”等模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”与“电感”等模块。
3
DJK03-1晶闸管触发电路
该挂件包含“单相调压触发电路”等模块。
4
D42 三相可调电阻
5
双踪示波器
6
万用表
三、实验线路与原理
本实验采用KC05晶闸管集成移相触发器。
该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制，它具有锯齿波线性好，移相范围宽，控制方式简单，有失交保护且输出电流大等优点。
单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3－4所示。
图中电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联接法。
图3－4单相交流调压电路原理图
四、实验内容
1、单相交流调压器带电阻性负载；
2、单相交流调压器带电阻—电感性负载。
五、预习要求
1、阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握交流调压的工作原理；
2、学习本教材第二章中有关单相交流调压触发电路的内容，了解KC05晶闸管触发集成电路的工作原理以及在交流调压电路中的应用。
六、思考题
交流调压器在带电感性负载时可能会出现什么现象？
如何解决？
七、实验方法
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和Ulr悬空，以避免晶闸管误触发。
1、单相交流调压器带电阻性负载
将DJK02面板上的两个晶闸管反向并联构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端G1、K1，G2、K2分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极，接上电阻性负载，通电后调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在不同α角时各点波形的变化，并记录α＝60°、60°时晶闸管两端电压UVT的波形、负载电压的波形及数值。
2、单相交流调压器带电阻—电感性负载
接入电阻电感性负载，同时使电阻R为定值（阻抗角φ一定）。
通电后，调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，用双综示波器同时观察在不同α角（60°、90°）下负载电压和负载电流的波形并记录其数值。
八、实验报告
1、整理实验中所记录的各类波形与数据；
2、分析在电阻电感性负载时，α角与φ角相应关系的变化对调压器工作的影响。
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