电力电子实验报告.docx
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电力电子实验报告
电力电子实验报告
实验一控制电路及交流调压实验
一、实验目的和要求
本实验是利用单结晶体管来构成的最简单的控制电路。
但具有触发电路的四要素，这种电路的中小功率电路中仍广泛使用。
1.每一个人都必须学会制作单结晶体管控制电路，以实现对小功率电力电子电路的控制，通过实验学习触发电路的设计及测量方法
2.了解脉冲变压器在可控硅触发电路中的应用，学习脉冲变压器的制作及同名端的测试方法
3.学习双向晶闸管在调压电路中的应用，在制作简单的控制电路的基础上，完成用双向晶闸管实现交流调压，用来控制灯光的亮度
二、实验内容
1．单结晶体管DT33构成的控制电路调试，记录各级波形，形成控制脉冲
2．单相交流调压电路调试，实现灯光亮度调节
三、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明）
1．单相或三相电源变压器一台
2．模拟或数字示波器一台
3．单结晶体管、可控硅及实验板一套
四、实验原理
1．把交流电整流成脉动直流电，再经过二极管限幅，形成同步梯形波，再把此电压加给电容器，使其充电，当其电压到达单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管导通，电容器放电。
我们正是利用单结晶体管BT33的负阻区形成触发脉冲，如图1所示。
2．双向晶闸管具有双向调节电压的的作用，图2的上半部分给出了双向晶闸管调压电路，所采用的双向晶闸管是BT136塑封管，其管脚图如图2的右下角BT136管脚的正视图，有字一面正对自己，最左边的为第一脚是门极，最右边的一脚是T1极，中间的是T2极。
3．利用单结晶体管BT33在负阻区形成触发脉冲作为控制信号，加在门极和T1极上去控制双向晶闸管工作，使其在交流电的正半周和负半周各有一段时间不导通，控制不导通的时间长短就达到了调压调光目的。
4．利用示波器找出脉冲变压器的同名端，目的是把正极性的控制信号加到可控硅的门极上，图中有黑点的端为同名端。
五、实验方法与步骤
1．图1的电路给出了控制电路的几种形式，包括了了脉冲形成电路、同步电路、移相电路、输出电路等。
同学们可参照图1的电路在面包板上插接电路：
1）先用整流桥搭接整流电路，把交流电整流成脉动直流电，通电后观察并在座标纸上记录A点显示的波形；
2）断电后串电阻接上稳压二极管，经过二极管限幅，形成同步梯形波；再加电测量并记录B点显示的同步梯形波波形；
3）断电后插上R2、R3、W1、C1、BT33和R4，再加电后用示波器测量C点、D点波形，看C点是否是锯齿波，D点有无脉冲输出。
4）若有波形，看脉冲多少，应控制脉冲在5~20个之间，并调节W1，看锯齿波的个数有无增加或减少，有变化为正常。
正常后调节到脉冲较少时记录波形，注意用双踪示波器对应测量C点和D点波形，观察D点的脉冲是在锯齿波的上升边还是在锯齿波的下降沿。
5）去掉电阻R4，换上脉冲变压器B，
（1）测量变压器输出头的同名端，方法是用示波器探头的接地端接一个输出头，用示波器探头接另一个输出头，若输出脉冲为正极性则示波器探头所接的输出头为同名端，如图2中脉冲变压器B中分别带点的输出头。
（2）测量输出脉冲的波形，这时脉冲的波形有正有负，这是由于脉冲变压器的电感引起的。
并上反向二极管，可去掉负半边。
2．图2给出了单结晶体管控制电路组成的调光电路。
这里包括了调光主回路用的双向晶闸管BT136和发光元件普通的220V/40W灯泡。
从图上显而易见脉冲变压器同名端是接到了BT136的门极上（这就是同名端的用处）。
1）控制电路调整好后，接上双向晶闸管BT136，连上40W灯泡；
2）查看无误后再把BT136的T2端接到变压器的110伏输出的一个端子上，40W灯泡的另一端接到变压器的110伏输出的另一个端子上。
3）最后接上控制脉冲信号，脉冲变压器的同名端接BT136的G极，另一端接BT136的T1端。
4）通电，灯泡应该亮，若不亮，用示波器查看控制脉冲有无、BT136好坏、电源接通与否；
5）正常后，调节W1，灯泡的亮度应随着调节而变化。
6）测量并记录可控硅两端的波形和负载灯泡两端的波形（分别标明BT136导通段和截止段）。
六、参考资料
1．如图3所示的电路，右边给出了单结晶体管形成的振荡电路波形。
Uz为梯形波，Uc为电容器两端的波形，当电容器充电到转折电压Up时，单结晶体管导通进入负阻区，电容器上电压下降，当其降到谷点电压Uv时，单结晶体管截止。
在单结晶体管导通期间在脉冲变压器初级上形成一个窄脉冲，就是所谓的控制脉冲。
2．当Re较小时，电容器上电压上升到Up的时间短，振荡频率高，在半周期内产生的脉冲多，这样第一个脉冲相对于交流电过零点往后推迟的时间就短，相对应的电角度就小。
当Re较大时，电容器上电压上升到Vp的时间长，振荡频率低，半周期内产生的脉冲少。
这样第一个脉冲相对于交流电过零点往后推迟的时间就长，相对应的电角度就大。
3．从图中可以看出，当Re较小时，产生的脉冲相对于交流电过零点延长的时间短，当Re较大时，产生的脉冲相对于交流电过零点延长的时间长。
七、讨论与思考
1．晶闸管的控制电路由哪几部分组成？
由同步环节，移相环节，脉冲形成，脉冲放大，脉冲输出环节组成。
2．Re变得太大或太小时都可以使单结晶体管停振，为什么？
答：
当Re较小时，电容器上电压上升到Up的时间短，振荡频率高，在半周期内产生的脉冲多，这样第一个脉冲相对于交流电过零点往后推迟的时间就短，相对应的电角度就小。
当Re较大时，电容器上电压上升到Vp的时间长，振荡频率低，半周期内产生的脉冲少。
这样第一个脉冲相对于交流电过零点往后推迟的时间就长，相对应的电角度就大。
3．要使振荡频率升高，Re是变大还是变小？
答：
此时Re应该变小。
实验二单相半桥可控整流电路实验
一、实验目的和要求
从简单的单相半桥可控整流电路开始，
1．通过单相半桥可控整流电路实验，使同学们了解普通晶闸管的工作情况和和运行机理，为后面深入学习了三相整流和逆变打下良好基础。
2．通过制作单相半桥可控整流电路的主回路和控制回路，使同学们在强电电路制作上更上一层楼，同时可测量电路的负载特性，电路对不同的负载呈现出不同的输出表明了电力电子电路的复杂性
二、实验内容
1．测量电阻负载下不同α角整流输出电压波形和晶闸管两端电压波形
2．测量电阻、小电感负载下不同α角整流输出电压波形和晶闸管两端电压波形
3．测量电机负载下不同α角整流输出电压波形和晶闸管两端电压波形
4．测量电机、大电感负载下不同α角整流输出电压波形和晶闸管两端电压波形
5．测量纯电感负载下不同α角整流输出电压波形和晶闸管两端电压波形
三、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明
1．单相或三相电源变压器一台
2．模拟或数字示波器一台
3．普通晶闸管、功率二极管、直流电机及实验板一套
四、实验原理
1．把交流电通过单相半桥可控整流成脉动直流电，然后直接供给各种形式的负载。
台图4电路，DT1和DT3是普通晶闸管BT151，我们只要控制DT1和DT3导通，就可以实现控制输出电压的目的。
电路中DT1和DT3控制导通，D2和D4过零导通。
2．实验中用到的普通晶闸管BT151的管脚如图4中右下角所示。
正视（有字一面正对自己），最左边的为第一脚是门极，最右边的为第三脚是阴极K，中间的是阳极A。
五、实验方法与步骤
1．图4的电路给出了主回路的几种负载形式，纯电阻负载（灯泡）、电感负载、电阻加电感负载、直流电机负载、直流电机加大电感负载。
同学们可参照图1的电路在面包板上插接控制电路，然后搭接主回路：
1）先用整流桥、稳压二极管、R2、R3、W1、C1、BT33、脉冲变压器等在面包板上搭接脉冲电路形成可调节移相角的控制脉冲。
（原电路好就省略这一步）
2）用BT151两只和两只二极管在面包板上搭接整流电路的主回路。
接上电阻负载，本实验中用25W灯泡。
3）加30V电压，测量好输出脉冲变压器的同名端，保证相对于BT151的阴极来说，门极加的是正信号。
4）再加110V电压给主回路，调节W1若有波形，灯泡应亮且亮度可以调节。
（1）观察测量并记录负载上的电压波形；
（2）观察测量并记录晶闸管上的电压波形。
（注：
记录波形要用座标纸，负载上的电压波形与晶闸管上的电压波形在时间上要对应）
5）断开灯泡一端，串上小电感：
（1）观察测量并记录负载上的电压波形；
（2）观察测量并记录晶闸管上的电压波形。
6）在灯泡一端串上大电感后
（1）观察测量并记录负载上的电压波形，分析波形不连续的原因；
（2）观察测量并记录晶闸管上的电压波形。
7）去掉所有负载，串大电感接上直流电机
（1）观察测量并记录电机上的电压波形；
（2）观察测量并记录晶闸管上的电压波形。
六、参考资料
图5中经出了单相桥式可控整流电路的输出电压波形。
1．当控制角α=α1时，输出电压波形如图正半周的第一个180度中的深角部分
2．当控制角α=α2时，输出电压波形如图正半周的第二个180度中的深角部分，显见α增大，输出电压的面积减少；
3．当控制角α=α3时，输出电压波形如图交流电的第三个180度中的深角部分，显见α再增大，输出电压的面积变得很难小。
七、讨论与思考
1．若把图4中的D2和D4也换成晶闸管，则控制电路应如保证在交流电的正半周和负半周同时控制两个晶闸管导通？
答：
都换成晶闸管后，那样主电路就成为单相桥式全控整流电路，那样的话，就要对四个晶闸管都要就行控制。
在正半周导通的是：
D1和D2。
在负半周导通的是D3和D4。
2．电路的特性有无变化？
答：
此时电路成为全控整流电路。
实验三三相桥式可控整流电路实验
一、实验目的和要求
通过三相全桥可控整流实验掌握三相电路中电流的流向及负载特性，进一步理解晶闸管的驱动电路在桥式电路中的的作用特点。
1．学会用示波器观察三相桥式电路中田闸管的工作波形来了解晶闸管的工作状况
2．根据实验，研究电路在不同负载下的特性
3．验证晶闸管导通角与负载的关系及三相桥式整流电路中平均电压的计算公式
二、实验内容
1．调试三相可控整流电路
2．调试和测量三相可控整流电路的控制回路实验板
3．测量三相桥式整流电路电阻负载下不同α角的输出电压的波形和有效值
4．测量三相桥式整流电路电阻负载下不同α角的晶闸管两端电压波形
5．测量三相桥式整流电路电机负载下不同α角的输出电压波形和有效值
6．测量三相桥式整流电路电机负载下不同α角的晶闸管两端电压波形
三、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明
1．三相变压器一台、三相同步变压器一台、可控硅实验盒一台，三相电实验台
2．模拟或数字示波器一台
3．350W直流电机一台（包括220V激磁电源一台）
4．数字或模拟三用表一只
四、实验原理
1．三相可控整流电路是由共阴极的三相半桥和共阳极的三相半桥组成的。
实验电路分为主回路和控制回路，主回路由6个晶闸管组成，控制回路由TA787A集成电路芯片为主的控制电路板来完成的。
2．三相电源和三相同步信号是经过CZ1插座引入到可控硅实验盒中，三相电源再经交流接触器J1引入到主回路上，三相同步电源是经CZ1直接引入，另外CZ1还引入了双15V的交流电源，用以在控制板上形成正负15V直流电源供给集成电路工作。
3．控制电路板是把三相30V的同步信号形成三相同步锯齿波，通过TA787A集成电路芯片产生六路双脉冲控制信号，经过放大，再经脉冲变压器隔离驱动六个晶闸管工作。
4．控制板是插入在CZ2的插座上。
其产生的6路双脉冲信号，经过放大通过CZ2直接加到6个脉冲变压器上，经隔离后加到六个晶闸管的门极上。
6路脉冲信号是按照DT1-DT2、DT2-DT3、DT3-DT4、DT4-DT5、DT5-DT6、DT6-DT1、DT1-DT2的顺序循环供给6个晶闸管，6个晶闸管则按照这个顺序循环工作，每60度有一个晶闸管换相，每个晶闸管各导通120度，完成三相整流工作。
调节α角就调节了延迟时间，也就调节了输出电压的值。
5．整流输出的直流电源也是经CZ1插座输出的，如图8所示。
五、实验方法与步骤
1．如图7线路和图8实物图，插上CZ1插头和J2插头。
1）合上电源开关，三相变压器工作，控制板上已有三路30V的同步电压，
2）按下K0自锁开关，K0上指示灯亮，接触器吸合，再按一下K开关，接触器断开，即断开给晶闸管的供电电源。
2．测量控制板
1）测量三路控制脉冲波形：
（1）用示波器双路探头测量控制板上的三路锯齿波，记录比较三路锯齿波的相位，
（2）打开禁止钮子开关，用示波器双路探头测量实验盒上的六个测试点，测量脉冲变压器输入端的脉冲电压波形，比较其相位关系（测量时按照管子1-2-3-4-5-6-1的顺序比较测量，看是否在驱动DT1的时候也给DT6的门极加上驱动信号，驱动DT2的时候也给DT1的门极加上驱动信号------）每隔60度应有两个对应的晶闸管工作。
（3）用一路探头测量各个门极的驱动信号（注意要断开另一个探头的地线！
！
）
2）测量相移角α
双踪示波器一个探头接A相锯齿波，另一个探头接A相的双脉冲信号，调节α角调节旋钮，查看双脉冲相对于180度的锯齿波移相了多少即测量了相移角α。
3．测量电路电阻负载下的输出特性
1）接灯负载，用示波器观看并记录电阻负载两端的输出电压波形
2）固定灯负载的大小，测量不同α下输入电压和输出电压的有效值
3）用示波器观看并记录电阻负载下晶闸管两端的电压波形
4．测量直流电机负载下的输出特性
1）把输出直流电压通过电流表接直流电动机，用示波器观看电机负载下的输出波形。
2）用示波器观看、记录电机负载下晶闸管两端的电压波形并与灯负载的波形比较。
5．测量直流电机+大电感负载下的输出特性
1）把输出直流电压通过电流表接直流电动机，用示波器观看电机负载下的输出波形，调节α角观察并记录输出波形
2）固定电机负载的大小，测量不同α角下输入电压和输出电压的有效值。
3）用示波器观看、记录电机负载下晶闸管两端的电压波形并与灯负载的波形比较。
七、讨论与思考
1．三相桥式可控整流电路在一相控制脉冲未能加上时，电路还能不能正常工作，输出电压将是怎样？
答。
可以工作，但是此时属于不正常工作，而且其输出波形也有变化。
即正常工作中，实然一相脉冲丢失。
由于换相是靠触发一相晶闸管SCR的导通，形成反压关断前面导通的晶闸管，现丢失一下脉冲，不能使下面该导能的晶闸管导通，形成不了负压，原来导通的晶闸管继续维持导通，而不能关断。
当该相上交流电压过零变正后，必然要使输出的电压Ud变成上正下负，输出波形会反相，如果工作在逆变状态下的话会造成短路，逆变失败。
2．若一只晶闸管不能导通，可能是哪儿出问题了？
答：
可能由于触发脉冲没有加上的原因，也有可能是由于前一相的晶闸管出现问题，不能够关断，也会出现晶闸管不能导通的现象
八心得体会
通过此次试验对通过控制α角改变输出电压或晶闸管两端电压波形变化有了深刻的认识，而以前只是有模糊地概念。
实验四无源逆变（变频调速）实验
一、实验目的和要求
本实验是利用台湾公司生产的P189变频器来完成的，目的是使学生通过实验，明白变频器用途、使用方法、基本结构和实际电路形式，加深对无源逆变电路原理的理解。
要求同学们
1．掌握三相无源逆变电路的工作原理及调速特性
2．学会用示波器观察SPWM波形，了解GTR和IGBT的工作状况
3．理解电动机的小电压工作特性和变频器对其性能的改变
二、实验内容
1．当负载不变时，测量交流电机输入电源的频率与转速的关系，作频率、转速曲线。
2．观察输入电机电源（变频器输出电源）的三相波形之间的相位关系、电压幅度与频率的关系
3．间接观察SPWM的波形
三、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明
1．变频器P189一台
2．交直流电机组一套
3．测量转接板一块
4．模拟或数字示波器一台
5．数字转速表一只
四、实验原理
1．实验原理图见图11，变频器输入三相交流电，经二极管不可控整流成一直流电，经电容器滤波，形成电压型逆变器。
变频器内的计算机产生SPWM信号，按照三相交流电的规律供给六个GTR或IGBT工作，在U、V、W处输出变频电源供给三相异步电动机。
2．调节频率调节电位器，可调节输出电源的频率
3．转接测量板是专门用来测量变频器输出电压的。
电路用了9只电阻构成分压电路，接成Y型接法连接到变频器的输出U、V、W相上。
用4个滤波电容器滤去输出电压的高频分量。
平时O1、O2、O3三点并不连接在一起，对电源无影响，当需要测量时，把O1、O2、O3三点连接起来成为中点。
4．测量时，用示波器探头地线接O1、O2、O3三点连接起来的中点，探头接A点测量电压是W相的电压的分压，经电容器C1滤波，可以看到是正弦波。
用双踪示波器一探头接A点，另一探头接B点，同学们可以比较输出电压的相位关系。
用双踪示波器一探头接A点，另一探头接C点，同学们可以看到A点输出电压为正弦波，但C点输出电压是一组高低座落有置的脉冲电压。
但有些地方亮度高，有些地方亮度低，这就是所谓的SPWM波形（只不过本来SPWM波是在GTR的基极上，我们是通过GTR的输出来间接测量的）。
5．在接线柱A和D之间接有0.1Ω电阻可作为测量该相电流用，电路正常工作时可用短路线将电阻短接，其它两相也一样。
五、实验方法与步骤
1．电路连接：
1）按图11的示意，输入三相电源接到三相电实验台上的A、B、C三相电源上
2）U、V、W接到测量转接板的a、b、c三个接通线柱上
3）三相异步电动机接到d、e、f三个接线柱上
4）启动电机：
图12给出了P189面板示意图。
电路连接好，检查无误后，把如图12上的开关搬到工作位置，合上三相电闸刀后，面板上有指示。
但电机并不转动，这是因为图12面板上的工作开关并没有在工作位置上。
使工作开关在工作位置上，转动速度调节旋钮，频率指示当前的工作频率，电机转动。
2．电压频率测量
用示波器探头地线接O1、O2、O3三点连接起来的中点，探头接A点测量电压是W相的电压的分压，经电容器C1滤波，可以看到是正弦波。
另用双踪示波器一探头接A点，另一探头接B点，同学们可以比较两相互间输出电压的相位关系，并记录电压波形和幅值
用双踪示波器一探头接A点，另一探头接C点，同学们可以看到C相的波形杂乱，无法看清。
试与PWM开关信号进行比较。
3．速度测量
速度测量用数字转速表来进行。
手拿数字转速表，按下左边的按钮，使数字转速表发出的光对准电机轴上的反光贴，在数字转速表上读出稳定的转速。
1）接电机负载，用数字转速表记录电机负载的转速
交流输入电压
220V
变频器输出频率
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
电机转速
3）根据测量值作n=f（f）关系曲线。
六、讨论与思考
1．三相逆变器的输出电压是否是三相正弦交流电？
答：
是。
2．若想使输出电压的频率大于50HZ，设想要改变电路中的什么参数？
答：
改变电路中的频率调节旋钮，进而对于PWM输出信号的相位进行调节，也就是对于触发脉冲的相位进行调节，由此来调节输出频率的。
附件各实验的波形图
实验一中的B点波形
调光电路的Uc和Uz输出波形
晶闸管输出波形
调光电路中Uc和U0波形
实验2负载波形输出
调光电路，负载电压和晶闸管电压。
上图为负载电压，下图为晶闸管电压
实验三中的宽脉冲与锯齿波比较图
实验三双窄脉冲输出波形
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