最新电力电子技术实验本.docx
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最新电力电子技术实验本
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和方法。
二、实验所需挂件及附件
DJK01电源控制屏、DJK03-1晶闸管触发电路、双踪示波器
三、实验线路及其原理
单结晶体管又称双基极二极管，利用单结晶体管的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图1所示。
图1单结晶体管触发电路原理图
图中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT55两种，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。
单结晶体管触发电路的工作原理为：
由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，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R7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，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。
充电时间常数由电容C1和等效电阻等决定，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3-2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3-2单结晶体管触发电路各点的电压波形（α=90º）
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、预习要求
阅读本实验讲义及电力电子技术教材中有关内容，弄清楚单结晶体管触发电路的工作原理。
六、思考题
（1）单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系？
（2）单结晶体管触发电路的移相范围能够达到180︒?
七、实验方法
（1）单结晶体管触发电路的观测
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），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，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点波形，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︒。
（2）单结晶体管触发电路各点波形的记录
当α=30︒、60︒、90︒、120︒时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来。
八、实验报告
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。
九、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、单相桥式全控整流全控整流电路研究
一、实验目的与要求
（1）掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。
（3）了解续流二极管的作用。
二、预习要求
（1）阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。
（2）复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时的工作波形。
（3）掌握单相半波可控整流电路接不同负载时Ud、Id的计算方法
三、主要挂件与设备
DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK03-1晶闸管触发电路、DJK06给定及实验器件、D42 三相可调电阻、双踪示波器
四、实验内容
（1）单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2=f（α）特性的测定。
（2）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。
五、实验步骤
图1单相半波可控整流电路
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，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，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及
单结晶体管触发电路输出电压等波形。
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1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
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
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
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
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
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
阻感负载：
Ud=0.45U2（l十cosα）/2
六、注意事项
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。
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。
2、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。
3、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。
4、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，否则实验就无法顺利完成。
5、使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。
七、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）分析实验中出现的现象，写出体会。
八、思考题
（1）单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中电容C1的数值有什么关系?
（2）单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?
如何解决?
实验二单相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一、实验目的与要求
1、加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。
2、研究单相桥式变流电路整流的全过程。
3、研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。
4、掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。
二、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、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
三、主要挂件与设备
DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK03-1晶闸管触发电路、DJK10变压器实验、D42 三相可调电阻、双踪示波器
四、实验内容
1、单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。
2、单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。
3、有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。
五、实验步骤
1、单相桥式全控整流
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。
将控制电压Uct调至零（将电位器RP2顺时针旋到底），观察同步电压信号和“6”点U6的波形，调节偏移电压Ub（即调RP3电位器），使α=180°。
按图3-8接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持Ub偏移电压不变（即RP3固定），逐渐增加Uct（调节RP2），在α=0°、30°、60°、90°、120°时，用示波器观察、记录整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录电源电压U2和负载电压Ud的数值于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
计算公式:
Ud＝O.9U2（1+cosα）/2
2、单相桥式有源逆变电路实验
按图接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，保持Ub偏移电压不变（即RP3固定），逐渐增加Uct（调节RP2），在β=30°、60°、90°时，观察、记录逆变电流Id和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录负载电压Ud的数值于下表中。
β
30°
60°
90°
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
六、注意事项
1、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。
2、为了保证从逆变到整流不发生过流，其回路的电阻R应取比较大的值，但也要考虑到晶闸管的维持电流，保证可靠导通。
七、实验报告
（1）画出α=30°、60°、90°、120°、150°时Ud和UVT的波形。
（2）画出电路的移相特性Ud=f（α）曲线。
八、思考题
实现有源逆变的条件是什么?
在本实验中是如何保证能满足这些条件?
实验三三相半波可控整流电路实验
一、实验目的与要求
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负载和电阻电感性负载时的工作情况。
二、预习要求
阅读电力电子技术教材中有关三相半波整流电路的内容，掌握三相半波整流换相点及相位差关系
三、主要挂件与设备
DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK06给定及实验器件、D42 三相可调电阻、双踪示波器
四、实验内容
1、研究三相半波可控整流电路带电阻性负载。
2、研究三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。
五、实验步骤
1、DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
（1）将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
（2）用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。
（3）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），使三相锯齿波斜率尽可能一致。
（4）将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1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=150°（注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°）。
（5）适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。
（6）用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。
（7）将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
2、三相半波可控整流电路带电阻性负载
三相半波可控整流电路实验原理图
按图接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，DJK06上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使α能从30°到180°范围内调节，用示波器观察并纪录三相电路中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
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud＝1.17U2cosα（0～30O）
Ud=0.675U2[1+cos（a+
）]（30o～150o）
3、三相半波整流带电阻电感性负载
将DJK02上700mH的电抗器与负载电阻R串联后接入主电路，观察不同移相角α时Ud、Id的输出波形，并记录相应的电源电压U2及Ud、Id值，画出α＝90o时的Ud及Id波形图。
α
30°
60°
90°
120°
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
六、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。
本实验移相角是从自然换流点计算而非单相的自然过零点。
七、实验报告
绘出当α＝90o时，整流电路供电给电阻性负载、电阻电感性负载时的Ud及Id的波形，并进行分析讨论。
八、思考题
1、如何确定三相触发脉冲的相序，主电路输出的三相相序能任意改变吗？
2、根据所用晶闸管的定额，如何确定整流电路的最大输出电流？
实验四三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一、实验目的与要求
1、加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。
2、了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。
二、预习要求
1、阅读教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。
2、阅读教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。
3、学习本教材集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。
三、主要挂件与设备
DJK01电源控制屏、DJK02晶闸管主电路、DJK02-1三相晶闸管触发电路、DJK06给定及实验器件、DJK10变压器实验、D42 三相可调电阻、双踪示波器
四、实验内容
1、三相桥式全控整流电路连接及触发角调节。
2、三相桥式有源逆变电路连接及逆变角调节。
五、实验步骤
1、DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
①打开DJK01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将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。
④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），使三相锯齿波斜率尽可能一致。
⑤将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1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=150°（注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°）。
⑥适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。
⑦用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。
⑧将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
2、三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路实验原理图
按图接线，将DJK06上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使α角在30°～150°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流Id保持在0.6A左右（注意Id不得超过0.65A）。
用示波器观察并记录α=30°、60°及90°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。
α
30˚
60˚
90˚
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud=2.34U2cosα（0～60O）
Ud=2.34U2[1+cos（a+
）]（60o～120o）
3、三相桥式有源逆变电路
三相桥式有源逆变电路实验原理图
按图3-14接线，将DJK06上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使β角在30°～90°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流Id保持在0.6A左右（注意Id不得超过0.65A）。
用示波器观察并记录β=30°、60°、90°时的电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。
β
30˚
60˚
90˚
U2
Ud（记录值）
Ud/U2
Ud（计算值）
计算公式:
Ud=2.34U2cos（180O-β）
六、注意事项
1、为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。
2、三相不控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变用直流电源的电压值。
七、实验报告
1、画出电路的移相特性Ud=f（α）。
2、画出触发电路的传输特性α=f（Uct）。
3、画出α=30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形。
八、思考题
1、如何解决主电路和触发电路的同步问题?
在本实验中主电路三相电源的相序可任意设定吗?
2、在本实验的整流及逆变时，对α角有什么要求?
为什么?
实验四直流斩波电路原理实验
一、实验目的与要求
1、加深理解斩波器电路的工作原理。
2、掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法。
3、熟悉斩波器电路各点的电压波形。
二、预习要求
1、阅读电力电子技术教材中有关斩波器的内容，弄清脉宽可调斩波器的工作原理。
2、学习本教材中有关斩波器及其触发电路的内容，掌握斩波器及其触发电路的工作原理及调试方法。
三、主要挂件与设备
DJK01电源控制屏、DJK05直流斩波电路、DJK06给定及实验器件、D42 三相可调电阻、双踪示波器
四、实验内容
1、直流斩波器触发电路调试。
2、直流斩波器接电阻性负载。
3、直流斩波器接电阻电感性负载（选做）。
五、实验步骤
1、实验线路及原理
本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，主电路如图1所示。
其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管,C和L1构成振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。
当接通电源时，C经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，此时VT1、VT2均不导通，当主脉冲到来时，VT1导通，电源电压将通过该晶闸管加到负载上。
当辅助脉冲到来时，VT2导通，C通过VT2、L1放电，然后反向充电，其电容的极性从+Ud0变为-Ud0，当充电电流下降到零时，VT2自行关断，此时VT1继续导通。
VT2关断后，电容C通过VD1及VT1反向放电，流过VT1的电流开始减小，当流过VT1的反向放电电流与负载电流相同的时候，VT1关断；此时，电容C继续通过VD1、L2、VD2放电，然后经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，电源停止输出电流，等待下一个周期的触发脉冲到来。
VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。
图1斩波主电路原理图
从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽,从而可达到调节输出直流电压的目的。
VT1、VT2的触发脉冲间隔由触发电路确定。
实验接线如图2所示，电阻R用D42三相可调电阻，用其中一个900Ω的电阻；励磁电源和直流电压、电流表均在控制屏上。
图2直流斩波器实验线路图
2、斩波器触发电路调试
调节DJK05面板上的电位器RP1、RP2，RP1调节锯齿波的上下电平位置，而RP2为调节锯齿波的频率。
先调节RP2，将频率调节到200Hz~300Hz之间，然后在保证三角波不失真的情况下，调节RP1为三角波提供一个偏置电压（接近电源电压），使斩波主电路工作的时候有一定的起始直流电压，供晶闸管一定的维持电流，保证系统能可靠工作，将DJK06上的给定接入，观察触发电路的第二点波形，增加给定，使占空比从0.3调到0.9。
3、斩波器带电阻性负载
①按图2实验线路接线，直流电源由电源控制屏上的励磁电源提供，接斩波主电路（要注意极性），斩波器主电路接电阻负载，将触发电路的输出“G1”、“K1”、“G2”、“K2”分别接至VT1、VT2的门极和阴极。
②用示波器观察并记录触发电路的“G1”、“K1”、“G2”、“
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