电力电子实验指导书.docx

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电力电子实验指导书

电力电子学

实验指导书

河北科技师范学院欧美学院

机电系

第一章挂箱介绍和使用说明

一．MCL一31面板

MCL一31由G（给定），零速封锁器（DZS），速度变换器（FBS）。

转速调节器（ASR），电流调节器（ACR）、仪表组成，

1．G（给定）：

原理图如图1—1。

它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：

（1）0V突跳到正电压，正电压突跳到0V；

（2）0V突跳到负电压，负电压突跳到0V；

（3）正电压突跳到负电压，负电压突跳到正电压。

正负电压可分别由RP1、RP2两多圈电位器调节大小（调节范围为0—±13V左右）。

数值由面板右边的数显窗读出。

只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求。

（1）若S1放在“正给定”位，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位板到“零”位能获得正电压到0V的突跳；

（2）若S1放在“负给定”位，扳动S2，能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳；

（3）S2放在“给定”位，扳动S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。

使用注意事项：

给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则容易烧坏限流电阻。

图1—1给定原理图

三．MCL33面板

由脉冲控制及移相、双脉冲观察孔、一组可控硅、二组可控硅及二极管、RC吸收回路、平波电抗器L组成。

1．脉冲控制及移相：

本实验台输出相位差为60O，经过调制的“双窄”脉冲（调制频率大约为3－10kHz），触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ub1r和Ublf进行控制。

当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路进行放大。

当Ub1r接地时，第二组脉冲放大电路进行工作，脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制，当UCt端输入正信号时，脉冲前移，UCt端输入负信号时，脉冲后移，移相范围为10O～160O。

偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。

2．双脉冲及同步电压观察孔。

双脉冲观察孔输出经过调制的双脉冲。

同步电压观察孔输出相电压为30V左右的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。

使用注意事项：

双脉冲及同步电压观察孔在面板上俱为小孔，仅能接示波器，不能输入任何信号。

3RC吸收回路可消除整流引起的振荡。

当做调速实验时需接在整流桥输出端。

平波电抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为50mH、100mH、200mH、700mH，在IA范围内基本保持线性。

使用注意事项：

外加触发脉冲时，必须通过直键开关切断内部融发脉冲。

图1—3同步信号为锯齿波的触发电路

四．MCL36面板

MCL36面板为锯齿波同步移相触发电路专用组件。

面板左上方装有同步变压器原边绕组的接线柱，外加同步电压220V。

锯齿波同步移相触发电路由同步检测、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l－3所示。

由VD1、VD2、C1、R1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻和宽度。

由VS、V1、R3等元件组成的恒流源电路及V2、V3、C2等组成锯齿波形成环节。

控制电压UCt偏移电压Ub及锯齿波电压在V4基极综合叠加，从而构成移相控制环节。

V5、V6构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。

元件RP装在面板上，同步变压器副边已在内部接好。

第二章电力电子实验

实验一、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负载、电阻一电感性负载时的工作。

图2—1单相桥式全控整流

3．熟悉锯齿波触发电路的工作。

二．实验线路及原理

参见图2—1。

三．实验内容

1．单相桥式全校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一电感性负载。

四．实验设备及仪器

1．电力电子及电机教学实验台主控制屏DK01。

2．DK11锯齿波触发电路组件。

3．整流桥组件。

4．可调电阻器或自配滑线变阻器。

5．DK14三相变压器。

6．双踪示波器

7．万用表

五．注意事项

1．本实验中触发可控硅的脉冲来自DK11锯齿波触发电路组件，故整流桥组件内部的触发脉冲需断开。

2．电阻R的调节需注意。

若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。

3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。

4．DK11锯齿波触发电路组件面板的锯齿波触发脉冲需导线连到整流桥组件面板，应注意连线不可接错，否则易造成可控硅损坏。

同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30o～180o），可尝试改变同步电压极性。

5．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。

六．实验方法

1．按图2-1接线，注意交直流电流表的接入，将DK11锯齿波触发电路组件面板上的同步电压输入端接主控面板的U、V输出端。

2．断开主板电源和整流桥组件的连接线，合上主电路电源，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。

指令给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

调节偏移电压电位器RP2，使α＝90O。

断开主电源，连接主板电源、DK11锯齿波触发电路组件和整流桥组件的连接线。

3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。

接上电阻负载（450Ω电阻），合上主电路电源，调节Uct，求取在不同α角（30O、90O）时整流电路的输出电压Ud＝f（t）、晶闸管的端电压UVT=f（t）的波形于图2-2中，并记录相应

=300、600、900、1200、1500时的Ud和交流输入电压U2值于表1。

若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1、RP3电位器。

表1不同触发角时的输入输出关系

触发角α

300

600

900

1200

1500

输入电压相有效值U2

输出电压平均值Ud（测量值）

输出电压平均值Ud（计算值）

4．单相桥式全控整流电路供电给电阻一电感性负载。

取电感值L＝700mH，求取在不同触发角

（30O、90O）时的输出电压Ud＝f（t）负载电流id＝f（t），以及晶闸管端电压UVT=f（t）的波形于图2-3中，并记录相应

=300、600、900、1200、1500时的Ud、U2值于表2。

表2不同触发角时的输入输出关系

触发角α

300

600

900

1200

1500

输入电压相有效值U2

输出电压平均值Ud（测量值）

输出电压平均值Ud（计算值）

注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻，但负载电流不能超过0.4A，Uct从零起调。

七．实验报告

1．绘出单相桥式晶闸管全桥整流电路供电给电阻负载情况下，当α=30O、α=90O时的Ud＝f（t）、UVT=f（t）波形，并加以分析。

2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻一电感性负载情况下，当α=30O、α=90O时的Ud＝f（t）、UVT=f（t）、id＝f（t）波形，并加以分析。

3．实验心得体会。

图2-2纯电阻负载时波形

图2-3阻感负载时波形

实验三三相桥式全控整流电路实验

一．实验目的

1．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。

2．了解集成触发器的调整方法及各点波形。

二．实验内容

1．整流桥组件的调试

2．三相桥式全控整流电路带纯电阻负载时的工作波形；

3．观察整流状态下模拟电路故障现象时的波形。

三．实验线路及原理

图3-1

实验线路如图3－31所示，主电路由三相全控变流电路组成。

触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。

三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见有关教材。

四．实验设备及仪器

1．电力电子及电机教学实验台主控制屏。

2．DK02组件

3．可调电阻器（电阻不小于900Ω，电流不大于0.4A）。

4．DK14组式变压器挂箱

5．双踪示波器

6万用表

五．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）连上+15V、-15V电源。

（2）用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀、幅度相同的双脉冲。

（3）检查相序，用示波器观察“1”、“2”双脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲60’，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

注：

将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用第1组桥晶闸管VTI－VT6时）接地，将第1组桥触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。

（5）将给定器输出Uct接至MCL—31面板UCt端，调节偏移电压Up，在Uct=0时，使α＝90O。

2．三相桥式全控整流电路

按图3-1接线，短接电感将Rd调至最大（900Ω）。

合上主电源。

调节Uct使α在30O—90O范围内，用示波器观察记录α＝30O、60O、90O时整流电压Ud=f（t）、晶闸管两端电压UVT=f（t）的波形于图3-2中，并记录相应

=300、600、900、1200时的Ud、U2值于表2。

表1不同触发角时的输入输出关系

触发角α

300

600

900

1200

输入电压相有效值U2

输出电压平均值Ud（测量值）

输出电压平均值Ud（计算值）

3．电路模拟故障现象观察。

在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的出波形。

六．实验报告

1．画出电路的移相特性Ud＝f（α）。

2．作出整流电路的输入一输出特性Ud/U2＝f（α）。

3．画出三相桥式全控整流电路时，α角为30O、、60O、90O时的Ud、UVT、id波形。

图3-2三相桥式整流电路波形图

图3-2三相桥式整流电路波形图

图3-2三相桥式整流电路波形图

实验四单相交流调压电路实验

图4—1单相交流调压电路

一．实验目的

1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。

2．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。

二．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一电感性负载。

三．实验线路及原理

本实验采用了锯齿波移相触发器。

该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。

晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成，见图4—1。

四．实验设备及仪器

1．电力电子及电机教学实验台主控制屏DK01。

2．DK11锯齿波触发电路组件。

3．整流桥组件。

4．可调电阻器或自配滑线变阻器。

5．DK14三相变压器。

6．双踪示波器

7．万用表

五．注意事项

在电阻电感负载时，当α＜ψ时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现正的直流分量，损坏元件。

为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。

六．实验方法

1．单相交流调压器带电阻性负载

将整流桥组件上的两只晶闸管VT1、VT4反并联而成交流调压开关，将触发器的输出脉冲端G1、K1，G3、K3分别接至主电路相应VT1和VT4的门极和阴极，接上电阻性负载（450Ω电阻）。

给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2，使α＝150o。

合上主电源，用示波器观察负载电压u=f（t）、晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，调节Uct，观察不同α角时各波形的变化，记录α=300O，90O时的波形于图4-2中，并记录相应

=300、600、900、1200、1500时的U0、U2值于表1。

。

表1不同触发角时的输入输出关系

触发角α

300

600

900

1200

1500

输入电压相有效值U2

输出电压有效值U0（测量值）

输出电压有效值U0（计算值）

2．单相交流调压器接电阻一电感性负载

（l）在做电阻一电感实验时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻和电感量。

可采用万用表测电抗器的内阻为RL=。

电抗器的电感量可直接读取，从而可得交流阻抗ZL=（Rd+RL）+ωL。

这样即可求得负载阻抗角ψ=tg-1（ωL/（Rd+RL））。

在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。

（2）断开电源，接入电感（L＝700mH）。

调节Uct，使α＝450。

合上主电源，主控制屏输出电压Uuv=220V。

用双踪示波器同时观察负载电压u和负载电流i的波形。

调节电阻Rd的数值（由大至小），使负载电流连续，此时有

，观察在α＝450角时波形的变化情况。

记录α＞ψ＝450、α＜ψ＝450三种情况下负载两端电压ud和流过负载的电流i的波形于图4-3中。

并记录相应

=450、900、1500时的U0、U2值于表2。

。

表2不同触发角时的输入输出关系

触发角α

450

900

1500

输入电压相有效值U2

输出电压有效值U0（测量值）

输出电压有效值U0（计算值）

注：

调节电阻Rd时，需观察负载电流，不可大于0.25A。

六．实验报告

1．整理实验中记录下的各类波形

2.分析电阻电感时角与角相应关系的变化对调压器工作的影响。

3．分析实验中出现的问题。

图4-2纯电阻负载时波形

图4-3阻感负载时波形

实验五锯齿波同步移相触发电路实验

一．实验目的

1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。

2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。

二．实验内容

1．锯齿波同步触发电路的调试。

2．锯齿波同步触发电路各点波形观察、分析。

三．实验线路及原理

锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见教材。

四．实验设备及仪器

1．电力电子及电气传动教学实验台主控制屏

2．MCL－36组件、MCL—32组件、MCL—31组件。

3．双踪示波器

4．万用表

五．实验方法

1．将MCL—36面板上左上角的同步电压输入接MCL—32的U、N端。

2．合上主电路电源开关，用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。

同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“l”点波形的关系。

观察“3”～“5”孔波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压U3与U5的对应关系。

3．调节脉冲移相范围

将MCL－31的“G”输出电压调至OV，即将控制电压UCt调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP2），使α＝90O，其波形如图3－11所示。

调节MCL－31的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，α＝90O，Uct=Umax（5v）时，α＝0O，以满足移相范围α＝30O～180”的要求。

4．调节Uct，使α＝60O，观察并记录U1～U5波形，并标出其幅值与宽度。

六．实验报告

1．整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。

2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？

3．如果要求Uct=0时，α＝90O，应如何调整？

4．讨论分析其它实验现象。

图3—11脉冲移相范围