电力电子技术实验报告.docx
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电力电子技术实验报告
实验报告
课程名称：
电力电子技术
指导教师：
戴永涛
班级：
供配电142
姓名：
覃俊杰、张凯琦、谢林宏
学号：
20140459、20142380、20140442
成绩评定：
指导教师签字：
2016年6月1日
实验一、单结晶体管触发电路
一、实验目的
（1）熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
（2）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤与方法。
（3）熟悉与掌握单结晶体管触发电路及其主要点的波形测量与分析。
二、实验所需挂挂箱及附件
序号
型号
备注
1
MEC01电源控制屏
该控制屏包含“三相交流电源”等模块
2
PAC14晶闸管触发电路组件
该挂箱包含“单结晶体管触发电路”等模块
3
PAC09A交直流电源、变压器及二极管组件
该挂箱包含单相同步变压器等几个模块
4
双踪示波器
自备
三、实验线路及原理
利用单结晶体管（又称双基极二极管）的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图4-1所示。
图中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。
工作原理简述如下：
由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1全波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R5及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。
同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压UV，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。
在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。
电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。
单结晶体管触发电路的各点波形如图4-2所示。
电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。
图4-1单结晶体管触发电路原理图
四、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电压波形的观察。
五、实验方法
（1）单结晶体管触发电路的观测
用两根4号导线将MEC01电源控制屏“三相交流电源”的单相220V交流电接到PAC09A的单相同步变压器“～220V”输入端，再用两根3号导线将“～60V”输出端接PAC14“单结晶体管触发电路”模块“～60V”输入端，按下“启动”按钮，这时触发电路开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路经全波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30°～170°范围内移相?
（2）单结晶体管触发电路各点波形的记录
当α＝30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图4-2的各波形进行比较。
六、实验报告
（1）画出α=60°时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。
Tp1、2点波形
Tp2、3点波形
Tp3、4点波形
Tp4、5点波形
（2）画出α=30o、60o、90o、120o时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。
α=30o时波形
α=60o时波形
七、注意事项
双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
实验二、单相半波可控整流电路
一、实验目的
（1）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
（2）掌握单相半波可控整流电路在电阻性负载及电阻电感性负载时的工作以及其整流输出电压（Ud）波形。
（3）了解续流二极管的作用。
二、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
MEC01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等模块
2
PAC10晶闸管及电抗器组件
该挂箱包含“晶闸管”、“电抗器”等模块
3
PAC09A交直流电源、变压器及二极管组件
该挂箱包含“±15V”直流电源等几个模块
4
PAC14晶闸管触发电路组件
该挂箱包含“单结晶体管触发电路”等模块
5
MEC21直流数字电压、电流表
6
MEC42可调电阻器
7
双踪示波器
自备
三、实验线路及原理
将PAC14挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G1”和“K1”接到PAC10挂件面板上的任意一个晶闸管的门极和阴极，接线如图4-9所示。
图中的R负载用MEC42挂箱的450Ω电阻（将两个900Ω接成并联形式）。
电感Ld在PAC10面板上，有100mH、200mH两档可供选择，本实训中选用200mH，二极管VD1在PAC09A面板上。
直流电压表及直流电流表从MEC21挂箱上得到。
图4-9单相半波可控整流电路接线图
四、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电压波形的观察并记录。
（3）单相半波可控整流电路带电阻性负载时Ud/U2=f（α）特性的测定。
（4）单相半波可控整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。
五、实验方法
（1）单结晶体管触发电路的调试
用两根4号导线将MEC01电源控制屏“三相交流电源”的单相220V交流电接到PAC09A的单相同步变压器“～220V”输入端，再用两根3号导线将“～60V”输出端接PAC14“单结晶体管触发电路”模块“～60V”输入端，按下“启动”按钮，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压等波形。
调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30°～170°范围内移动?
（2）单相半波可控整流电路接电阻性负载
触发电路调试正常后，按图4-9电路图接线。
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=30°、60°、90°、120°、150°时Ud、UVT的波形，并测量直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
220
220
220
Ud（记录值）
90.8
71.4
45.7
22.1
Ud/U2
0.41
0.32
0.21
0.10
Ud（计算值）
92.4
74.3
49.5
24.8
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
将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器Ld串联而成）。
暂不接续流二极管VD1，在不同阻抗角[阻抗角φ=tg--1（ωL/R），保持电感量不变，改变R的电阻值,注意电流不要超过1A情况下，观察并记录α=30°、60°、90°、120°时的直流输出电压值Ud及UVT的波形。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
220
220
220
Ud（记录值）
86.8
73.0
56
25.3
Ud/U2
0.39
0.33
0.25
0.11
Ud（计算值）
92.4
74.3
49.5
24.8
接入续流二极管VD1，重复上述实验，观察续流二极管的作用,以及UVD1波形的变化。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
220
220
220
Ud（记录值）
89.1
75.2
74.9
20.8
Ud/U2
0.41
0.34
0.34
0.09
Ud（计算值）
92.4
74.3
49.5
24.8
计算公式:
Ud=0.45U2（l十cosα）/2
六、实验报告
（1）画出α=90°时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。
（2）画出电阻性负载时Ud/U2=f（α）的实验曲线，并与计算值Ud的对应曲线相比较。
（3）分析实验的现象，写出体会。
30度°
60度°
90度°
120度°
电感90°
电感60°
电感30°
电感120°
二极管30°
二极管60°
二极管90°
二极管120°
七、注意事项
（1）双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
（2）在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相触发电路来完成实验。
（3）在实验中，触发脉冲是从外部接入PAC10面板上晶闸管的门极和阴极，此时,请不要用扁平线将PAC10、PAC13的正反桥触发脉冲“输入”“输出”相连，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。
（4）为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：
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在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，才可逐渐加大控制电压Uct，避免过流。
③要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。
在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。
（5）由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电流不能太小，否则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。
在本实验装置中，要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。
（6）在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否则实训就无法顺利完成。
（7）使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。
实验三、三相可控整流电路触发电路
一、实验目的
（1）理解三相可控整流的触发电路的工作原理。
（2）熟悉三相半波可控整流电路在电阻性负载时的工作情况。
二、实验所需挂箱及附件
序号
型号
备注
1
MEC01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”模块
2
PAC10晶闸管及电抗器组件
该挂箱包含“晶闸管”、“电抗器”模块
3
PAC13三相TCA785触发电路组件
该挂箱包含“锯齿波同步触发电路”模块
4
PAC09A交直流电源、变压器及二极管组件
该挂箱包含“±15V”直流电源及功率二极管等几个模块
５
MEC21直流数字电压、电流表
6
MEC42可调电阻器
7
双踪示波器
自备
三、实验线路及原理
图4-12三相可控整流触发原理图
四、实验内容
（1）三相可控整流的触发电路的工作原理。
五、实验方法
PAC10和PAC13上的“触发电路”调试
①打开MEC01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用2号导线将PAC09A的一组“+24V、+15V、-15V、GND1”直流电源输出接到PAC13的对应输入端。
将PAC09A面板上的三相同步变压器接成Y/Y型，输入端用4号导线接MEC01电源控制屏上的“三相交流电源”（输出不可调节），输出端用3号导线和PAC13的三相同步信号输入端“A”、“B”、“C”相连，打开PAC09A电源开关。
③按下MEC01的“启动”按钮，观察a、b、c三相同步正弦波信号，并调节三相同步正弦波信号幅值调节电位器（在各观测孔下方），使三相同步信号幅值尽可能一致；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、高度尽可能一致。
④将PAC09A上的“给定”输出Ug与PAC13的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到停止位置（即Uct=0），调节PAC13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=180°。
⑤将S1拨到正给定、S2拨到运行，适当增加给定Ug的正电压输出，观测PAC13上“VT1～VT6”的波形。
⑥将PAC13面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将PAC13的“正桥触发脉冲输出”端和PAC10“触发脉冲输入”端相连，观察VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常，此步骤结束后按下MEC01的“停止”按钮。
六、实训报告
记录该台仪器所能实现的脉冲移相范围。
按下MEC01电源控制屏上的“启动”按钮，PAC09A上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使α在移相范围内调节，观察并纪录α=30°、60°、90°、120°、150°时移相电压Ug的数值于下表中，并画出相应于正弦波或锯齿波的触发角波形。
α
30°
60°
90°
120°
150°
Ug
a、b两相同步正弦波信号波形图
a、c两相同步正弦波信号波形图
A、B两相锯齿波波形图
A、C两相锯齿波波形图
α=30°时的波形图
α=60°时的波形图
α=90°时的波形图
α=120°时的波形
七、注意事项：
三相同步变压器采用三相四线制连接；用示波器观察波形时选择恰当的参考端。
实验四、三相半波可控整流电路
一、实验目的
（1）理解三相半波可控整流电路的工作原理。
（2）熟悉三相半波可控整流电路在电阻性负载的工作情况。
二、实验所需挂箱及附件
序号
型号
备注
1
MEC01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”模块
2
PAC10晶闸管及电抗器组件
该挂箱包含“晶闸管”、“电抗器”模块
3
PAC13三相TCA785触发电路组件
该挂箱包含“锯齿波同步触发电路”模块
4
PAC09A交直流电源、变压器及二极管组件
该挂箱包含“±15V”直流电源及功率二极管等几个模块
５
MEC21直流数字电压、电流表
6
MEC42可调电阻器
7
双踪示波器
自备
三、实验线路及原理
三相半波可控整流电路用了三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输出功率大。
不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率较低。
图4-12中晶闸管用PAC10中的三个，电阻R用450Ω可调电阻（将两个900Ω接成并联形式），电感Ld用PAC10面板上的200mH，其三相触发信号由PAC13内部提供，只需在其外加一个给定电压接到Uct端即可，给定电压在PAC09A挂箱上。
直流电压、电流表由MEC21获得。
图4-12三相半波可控整流电路实训原理图
四、实验内容
（1）三相半波可控整流电路带电阻性负载。
五、实验方法
（1）PAC10和PAC13上的“触发电路”调试
①打开MEC01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用2号导线将PAC09A的一组“+24V、+15V、-15V、GND1”直流电源输出接到PAC13的对应输入端。
将PAC09A面板上的三相同步变压器接成Y/Y型，输入端用4号导线接MEC01电源控制屏上的“三相交流电源”（输出不可调节），输出端用3号导线和PAC13的三相同步信号输入端“A”、“B”、“C”相连，打开PAC09A电源开关。
③按下MEC01的“启动”按钮，观察a、b、c三相同步正弦波信号，并调节三相同步正弦波信号幅值调节电位器（在各观测孔下方），使三相同步信号幅值尽可能一致；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、高度尽可能一致。
④将PAC09A上的“给定”输出Ug与PAC13的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到停止位置（即Uct=0），调节PAC13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=180°。
⑤将S1拨到正给定、S2拨到运行，适当增加给定Ug的正电压输出，观测PAC13上“VT1～VT6”的波形。
⑥将PAC13面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将PAC13的“正桥触发脉冲输出”端和PAC10“触发脉冲输入”端相连，观察VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常，此步骤结束后按下MEC01的“停止”按钮。
（2）三相半波可控整流电路带电阻性负载
按图4-12接线，将电阻器放在最大阻值处，按下MEC01电源控制屏上的“启动”按钮，PAC09A上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使α能从30°到170°范围内调节，用示波器观察并纪录α=30°、60°、90°、120°、150°时整流输出电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并纪录相应的电源电压U2及Ud的数值于下表中
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
220
220
220
220
Ud（记录值）
231
226
225
158
96
Ud/U2
1.05
1.02
1.02
0.72
0.44
Ud（计算值）
222.9
148.5
74.25
19.9
148.5
计算公式:
Ud＝1.17U2cosα（0～30°）
Ud=0.675U2[1+cos（α+
）]（30°～150°）
六、实验报告
绘出当α＝90o时，整流电路供电给电阻性负载时的Ud及Id的波形，并进行分析讨论。
α＝30o
α＝60o
α＝90o
α＝120o
七、注意事项
整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序，必须一一对应。
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