电力电子实验指导书东华大学Word文件下载.docx

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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同步电源、同步信号、锯齿波形成、脉冲移相、脉冲形成、脉冲放大、脉冲输出七个环节。

分别对应1#~6#及G1/K1七处检测孔。

其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。

图1－1锯齿波触发电路原理和接线图

注：

G给定的Ug孔连接到触发电路的Ug孔（Ug为触发电路的控制电压）。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏2．G给定NMCL-31A

3．锯齿波触发电路NMCL-36C4．三相触发电路和晶闸管主回路NMCL-33F

5.二踪示波器

五．实验方法

（一）锯齿波移相触发电路调试及各点波形的观察

1．将NMCL-36C锯齿波触发电路面板上左上角的同步电压u、v对应接到交流电源输出的U、V端,

G给定的Ug孔连接到触发电路的Ug孔，各调压器（交流电源、G给定）归零。

2．合上MEL-002T操作电源绿色开关。

用示波器观察触发电路各观察孔对7#孔的电压波形。

1#孔为正弦波同步电压次级，2#为时间延伸的同步电压负半周，3#为锯齿波同步信号，4#为脉冲移相波形，5#为脉冲形成波形，6#为脉冲放大波形，G1K1~G4K4为脉冲输出波形。

分析、比较各波形相互的对应关系。

3．调节脉冲移相范围

将低压单元的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Ug调至零，调节偏移电压Ub（即调RP），使触发脉冲向右移动，直到不再移动时为止。

此点为触发角α值最大处。

读取α角位置并保持“Ub”不变；

再自零起增大Ug，脉冲波形将向左移动，不断增大Ug直至脉冲即将消失时停止，此点为α值最小处。

两个α值（最大和最小）间隔的角度即为脉冲的移相范围。

α角读取方法如图所示。

4．调节Ug，使=60°

，观察并记录U1~U6（对应1#~6#孔的电压）及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形，记录在图1—2中。

各波形在横坐标时间轴上要对应起来。

用同样方法观测UG3K3，UG4K4的波形，比较与UG1K1，UG2K2之间的相位关系。

（二）双脉冲触发电路

使用面板：

G给定NMCL-31A、触发电路和晶闸管主回路NMCL-33F

双脉冲触发电路作为两组晶闸管变流桥的内置式触发电路，晶闸管控制部分连线已内部完成，无须外部再连。

将G给定的“Ug”接到NMCL-33F的“Uct”，NMCL-33F的脉冲封锁控制端“Ublf”接参考点“0V”（本线若不接不影响双脉冲测试），见下图，即可开始触发电路的调试。

1.均以“0V”为参考点，利用示波器分别观察同步电压的波形和触发脉冲波形

a.三相同步电压与三相交流电源的频率相同，且字母（u/v/w）对应的相其相位相同，只是前者幅值较小。

观察同步电压三相波形是否依次滞后120°

。

b.检查触发双脉冲的波形与相序：

双脉冲波形周期与同步电压相同，一对双脉冲由两个幅值、脉宽完全相同，相位相差60°

的单脉冲组成。

6个脉冲观察孔从左到右依次记为1#~6#触发脉冲（分别控制1~6#晶闸管），且从1#至6#其波形相位依次滞后60°

2.估算触发角α移动范围

任选一脉冲观测孔（如1#）。

当Ug＝0时，改变NMCL-33F的偏移电压“Ub”使1#脉冲波形向右移动，及至不能再移之时停止改变Ub，此处为α值增大的极限位置，读取α角位置并保持“Ub”不变；

再自零起增大Ug，双脉冲波形将向左移动，不断增大Ug直至脉冲不再移动时停止，此处为α值最小的位置。

两个α值（最大和最小）之间的角度即为脉冲的移相范围。

3.以同步电压正弦波为参考，记录α=60°

时UG1～UG6的脉冲波形于图1－4中。

触发角读取方法举例见下图1－3：

图1－

3三相整流触发角读取方法

Uu：

交流输出电源U相电压

Usu：

U相同步电压

UG1：

1#输出脉冲

Uu与Usu波形频率、相位完全一致。

以上电压均以“0V”为参考点

注意：

同步电压正半周30°

处（自然换相点处）定义为三相整流触发电路的α=0°

图1—4双脉冲触发电路波形

思考题

1．锯齿波触发电路为什么要设置偏移电压？

2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，及影响移相范围的电路参数。

3．以上两种触发电路的移相范围各是多少？

同步电压与同步信号的概念：

同步电压是同步变压器二次侧绕组输出的电压，总是正弦波。

同步信号是由同步电压经变换后加到移相环节的与同步电压同频率的电压，例如锯齿波触发电路“3”点的锯齿波是同步信号。

单脉冲和双脉冲的概念：

单脉冲触发电路主要应用在单相整流电路和三相半波整流电路中；

双脉冲触发电路主要应用在三相全控桥式整流（逆变）等六波头的电路中（这类电路如采用单脉冲则需要脉宽大于60°

的宽脉冲）。

它的优点是减小了触发电路装置的输出功率，和脉冲变压器的体积。

触发角α=0°

的概念：

α=0°

在自然换向点处，单相整流电路在交流电源正半周起始位置，三相整流及逆变电路在交流电源各相电压正半周30°

处。

初始相位角：

即相应于某特定电路允许的最大触发角。

其本质为Ud=0时对应的α值。

从波形上看电阻性负载为Ud=0的一条直线，电感性负载以Ud波形正负等高为准。

各电路类型不同，该角度也不同。

该值可据不同电路的Ud公式（令其为零）计算得出。

相位法：

以同步电源为参照，观察或设定触发角α值的方法。

负载法：

从Ud波形中观测或改变触发角α值的方法。

实验二单相桥式半控整流电路实验

1．研究单相桥式半控整流电路在电阻负载，电阻—电感性负载及反电势负载时的工作。

2．掌握锯齿波触发电路的原理和应用方法。

3．进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。

二．实验线路

单相桥式半控整流电路每一个导电回路只包含一个晶闸管，另外一个整流器件为二极管。

见图2－1。

图2－1单相桥半控整流电路接线图

三．实验内容

1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。

2．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载。

1．教学实验台主控制屏2.触发电路和晶闸管主回路NMCL-36C

3．G给定NMCL-31A4．平波电抗器NMCL-3310

5.续流二极管NMCL-33F6.可调电阻NMEL-03/4/5

7.直流电流表NMCL-001/18二踪示波器

五．注意事项

1．实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置单相晶闸管为1.7A，使用时要求主回路电流小于1A），并根据额定值与整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。

2．为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤

（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

晶闸管门极不须连线。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电源。

然后逐渐增大Uct，使整流电路投入工作。

（3）断开整流电路时，应先把Uct降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。

否则可能烧毁熔丝。

以后在三相整流及逆变电路负载实验中均按此原则操作，不再重申。

六．实验方法

1．触发电路控制回路调试：

将主电源控制屏的电源输出U、V端接入锯齿波触发电路同步电压的u、v端G给定的Ug孔连接

到触发电路的Ug孔，各调压器（交流电源、G给定）归零。

主回路线不接。

a）．主电源送电（按下交流电源绿色闭合按钮），用示波器检查各观察孔对7#孔的电压波形。

b）．调节脉冲移相范围：

按图2－2所示α读取方法来设定单相整流电路初始相位角。

用示波器观察UG1K1相对于同步电压的位置，当“G”输出电压Ug=0时，调节偏移电压Ub，在UG1K1脉冲波形刚好不再右移的瞬间，立刻停止调节。

此时角应接近初始触发角180°

，对应于Ud=0。

此后Ub（即RP）保持不变。

在调节偏移电压Ub时，要注意捕捉脉冲波形刚刚不再右移的瞬间，此时应立刻停止调节，以免调过头后形成控制死区，影响Ug给定电压对角的线性控制。

增加Ug，UG1K1脉冲将向左移动，继续增大直至脉冲刚刚消失为止，此时触发角min≈30°

移相范围为=30°

~180°

观察后Ug重新归零。

图2－2单相整流电路触发角读取方法示意图

交流输出电源U相电压Usu：

U相同步电压（对“⊥”）UG1K1：

输出脉冲

Uu与Usu波形频率、相位一致。

同步电压正半周的起点（自然换相点处）定义为单相触发电路α=0°

2．单相桥式半控整流电路电阻性负载测试

按图2－1接线，并短接电感Ld，续流二极管VD不接。

可任选一组可调电阻器作为负载电阻Rd，如A1-A2。

电阻性负载的单相桥式半控整流电路初始相位角为=180°

此值前已调好。

（a）将G给定电位器RP1逆时针调到底，使Ug=0。

电阻负载Rd调节至最大。

（b）

主电源送电，此时α=180°

（初始相位角）。

增大Ug，依次使α=150°

120°

，90°

，60°

30°

，分别测取输出电压Ud以及晶闸管端电压UVT波形，绘于图2-3中，同时记录交流输入电压U2、整流输出电压Ud的值于表2-1中。

验证公式

注：

回路电流不能超过所选电阻器的额定值。

表2-1单相桥式整流电路电阻负载时输入输出电压值

a=150

a=120

a=90

a=60

a=30

Ud（V）

U2（V）

图2－3单相半控桥整流电路电阻负载ud、uVT的波形

3．单相桥式半控整流电路电阻—电感性负载测试

保持前面接线不变，只撤除电感上的短接线，使回路保持R、L串联形式的阻感性负载。

电感性负载的单相桥式半控整流电路初始相位角为=180°

前已满足，不必重设。

本实验直流主回路接线分两种情况：

a.无续流二极管b.有续流二极管。

（1）无续流二极管

（b）主电源送电，此时α=180°

增大Ug，观察α=30°

、60°

、90°

、120°

、150°

时ud、uVT波形并记录uVT的波形于图2－4a），可通过减小Rd来保持Id波形连续。

（c）在某一α值时突然关断触发电路电源（自身的电源开关），观察是否出现ud失控波形。

如不发生失控现象，重新使电路工作，然后通过减小控制角α或电阻R使电流增大后再试。

记录发生失控时的U2值，并记录失控时的ud、uVT1、uVT3波形于图2－5a）。

（2）有续流二极管

其它不变，保持失控数据，并续流二极管到ud端（不必断电）后重新观察记录失控时的ud、uVT1、uVT3波形于图2－5b）。

再接通同步电源，调节Ug，观察α=30°

时ud、uVT波形，并记录uVT的波形于图2－4b）。

在调节电阻Rd时，注意观察波形如何变化，调时要防止回路过流！

a）无续流管b）有续流管

图2－4单相半控桥电感负载续流管对uVT波形的影响

a）无续流管

b）有续流管

图2－5单相半控桥电感负载失控时的ud及uVT波形

1什么是半控桥电路的失控？

如何防止？

2控制角相同时，换作单相全控桥控制形式，电路中的4个晶闸管的uVT波形是怎样的？

3试述单相全控桥电路与单相半控桥电路工作特性的异同。

实验三三相桥式全控整流电路实验

1．熟悉触发电路及晶闸管主回路组件。

2．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。

二．实验内容

研究三相全控桥式整流电路供电给电阻性、电阻—电感性、反电动势负载时的工作特性。

主电路由三相全控变流电路及负载组成。

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。

三相桥式整流电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

实验线路如图3-1/2所示。

三相桥式全控变流电路使用I组（VT1~VT6）或Ⅱ组（VT1′~VT6′）桥晶闸管，对应的控制回路接地线分别是Ublf或Ublr点（位于Uct下方）与“0”短接。

图3－1三相全控桥整流电路电阻和电感性负载图3－2三相全控桥整流电路电动机负载

的原理及接线图的原理及接线图

1．教学实验台主控制屏2．触发电路及晶闸主回路组件NMCL-33F

3．电阻负载组件NMEL-03/44．平波电抗器NMCL-3310

5.直流电流表NMCL-001/16．G给定NMCL-31A

7．转矩测量、加载系统NMEL-138．直流电动机M03

9．直流电动机励磁电源NMEL-18/210．二踪示波器

五．实验方法

一、带电阻性负载

1.按图3－1接线，电感先用导线短接。

未通主电源之前，先对初始相位角进行设定：

电阻性负载的三相桥式全控整流电路初始相位角为=120°

用示波器观察1#脉冲相对于同步电压的角度位置，在Uct=0时，调节偏移电压Ub，使=120°

此后Ub保持不变。

触发角读取方法参看实验一的图1－3。

2.Rd先置最大，检查确保Ug=0后，主电源送电。

调试步骤如下：

a.改变Ug，观察α=15°

，30°

，120°

时ud、uVT3波形并记录到图3－15。

α>

60°

时uVT3波形不画。

b.记录每一个α角所对应的Ud、U2值到表3－4，绘制电阻性负载时Ud/U2=f（α）曲线于

图3－13。

c.求取三相全控桥整流电路的负载特性Ud=f（Id）。

记录α=30°

时对应的Ud、Id值（通过调节Rd值改变Id值）到表3－5，绘制负载特性曲线Ud=f（Id）于图3－14。

二、带电感性负载

1.按图3－1接线，电感短接线撤除。

电感性负载的三相桥式全控整流电路初始相位角为=90°

方法同“一”。

用示波器观察“1”脉冲相对于同步电压的角度位置，在Uct=0时，调节偏移电压Ub，使=90°

调节Ug，观察α=15°

、30°

等时的ud、uVT3波形，并记录到图3－16。

严密监视电流并及时改变电阻Rd。

当α=90°

时，Ud波形应为上下等高的对称波形，否则可减小Rd。

三、带反电势负载（必须先接通励磁）

1．按图3－2接线，电动机的励磁由“直流励磁电源”供电。

保持初相角=90°

不变。

2.检查确保Ug=0后，主电源送电。

a．确保励磁电源电流表A1≥100mA后，增大Ug，使电动机转速逐渐升高，直到约1400rpm。

b．保持Ug不变，通过旋转“转矩调节”改变Id值，测定电动机运行时的n、Id值，数据记录

于表3－6。

根据表3－6绘制电动机在整流电源供电时的机械特性n=f（Id）于图3－17。

提示：

改变电动机负载采用转矩测量、加载系统组件上的“转矩调节”。

c.在不同α角（30°

）下观察平波电抗器的作用：

示波器观察电抗器700mH两端的电

压波形uL并记录于图3－18。

负载不变。

图3－15电阻性负载时三相全控桥整流电路的ud、uVT3波形（当α>

后电流断续uVT3波形可不画）

表3－4：

三相全控桥电阻性负载（Ud=0必须画出）

α

150

300

600

900

1200

Ud

U2

图3-13电阻性负载时三相全控桥整流电路的Ud/U2=f（α）曲线

表3－5：

三相全控桥电阻性负载（注意：

控制角α保持不变）

Id

0．4A

0．6A

0．8A

1．0A

1．2A

图3－14电阻性负载时三相全控桥整流电路的负载特性曲线Ud=f（Id）（据表3－5绘制）

图3－16电感性负载时三相全控桥整流电路的ud、uVT3波形（电流断续uVT3波形可不画）

表3－6：

全控桥电动机负载的机械特性曲线

Id（A）

1．1

Imin

n（r/min）

图3-－17n=f（Ia）曲线（据表3－6绘制）

图3-－18全控桥电动机负载不同控制角时的uL波形

1．什么是可控整流装置的初始相位？

如何实现？

2．为什么不同电路的可控整流装置或不同的负载其初始相位就可能不同？

试叙述以上电路在三

种不同负载下初始相位各是多少？

实验四三相有源逆变电路

直流电转变为交流电，称之为逆变。

把直流电逆变为交流电并送到电网的过程，称有源逆变。

本实验电路：

三相桥式有源逆变电路。

一实验目的

1．验证可控电路在有源逆变时的工作条件并比较与整流工作时的区别。

2．测量逆变工作状态时的波形ud、uVT并比较与整流工作时的区别。

二、实验内容

三相桥式全控电路的有源逆变

三、实验线路及原理

本实验采用不可控整流电源驱动直流电动机M03并带动直流发动机M01旋转发电，发电机M01的输出端接到晶闸管主电路的ud端，当晶闸管电路工作于逆变状态，则可将发动机电能逆变回电网。

图4-1三相有源逆变电路原理及接线图

7.转矩测量、加载系统NMEL-138直流电动机M03/直流发电机M01

9.直流电动机电枢电源NMEL-18/110直流电动机励磁电源NMEL-18/2

11二踪示波器

1．按图4－1接线。

Ug接至NMCL-33面板的Uct端三相桥式全控变流电路使用I组（VT1~VT6）或Ⅱ组（VT1′~VT6′）桥晶闸管时，分别对应着Ublf或Ublr孔（位于Uct下）与“⊥”短接。

主电源先不送电。

三相有源逆变电路触发脉冲初始工作角在=150°

处（此时Ud为负最大值）。

用示波器观察1#脉冲相对于同步电压的角度位置，在Ug=Uct=0时，调节偏移电压Ub，使=150°

根据α＋β＝180°

，当前β＝180°

－150°

＝30°

＝βmin。

2．电动机空载运行：

将发电机M01端子A1、A2上的两根导线先取下，使端子悬空。

主电源送电。

a.确认励磁电流大于200mA（两台电机的励磁电流）后，逐渐增大直流调压输出到使发电机M01转速达800～1000rpm。

b.用直流电压表测量发电机M01的发电极性，应该如图所示（A1为“－”、A2为“＋”）。

若发电极性不符，则电压调小断电后，改变电动机M03的电枢电压极性（A1与A2线对调），重试。

c.测量结束后断电，并将发电机电枢A1A2连入回路，准备有源逆变电路的调试。

3.逆变工作调试：

将R置最大，检查确保Ug=0后，主电源送电。

用示波器观察ud波形，当前三相桥式可控电路应该工作在有源逆变βmin＝300状态。

稍微增大调压器输出，当直流电动机运转起来即减小电阻R1到0，逐渐增大Ug=0，密切监视电流I，同时观察ud的变化，注意控制角最多只能调到αmin＝βmax＝900。

逆变电路工作在触发角α＝150°

～90°

（β＝30°

）范围内；

观察并记录β=30°

时ud、uVT3、uL（电流连续）到图4－3。

提示：

有源逆变实现的条件：

要有直流电源（此处为电动机），且直流电势∣E∣略大于逆变电压∣Ud∣。

六、注意事项

1．本实验是研究可控整流电路在整流工作状态与逆变工作状态时的静特性，所给出的实验线路不能直接地从整流状态进入逆变工作状态，必须分别予以实现，而对逆变工作一定要谨慎操作。

2．为防止逆变颠覆，逆变角必须安置在90°

≥β≥30°

范围内。

即Ug=0时，β=30°

，调整Ug时，用直流电压表监视逆变电压，待逆变电压接近零时，必须慢慢操作，防止进入整流状态。

3．在供电给直流电动机时（整流状态），必须先向直流电动机提供激磁。

4．正确使用示波器，禁止示波器的两根线分别接在高、低压电路中，造成意外事故。

为使电流连续通常串入大电感L。

为提供符合要求的直流电源，本实验采用在逆变主回路中串入直流发电机。

说明：

首先，为防止发电机的输出电压E与逆变电压Ud间不匹配，所以逆变回路中串电阻R1限制

过流，只要电流连续，可以不必减小电阻R1。

其次，当增大Ug使β增大而Ud↓，如果发电机转速不变，则E>

>

Ud，引起逆变电流I↑↑，

但电动机为串阻运行，特性曲线很软（见图5－2），负载的增大使电动机n↓↓，因此发电机

E↓↓，使直流电源E与逆变电压Ud的电压趋于接近，自动限制了电流的增大。

图4－2直流电动机M03串阻运行特性

4－3三相全控桥有源逆变的波形

晶闸管自选，在图中必须标出所记录波形的晶闸管代号及所对应的控制角α（或β