电力电子技术实验报告答案

湖南工程学院

实验一 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)掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。

三、实验线路及原理

锯齿波同步移相触发电路的原理图如图1-11所示。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，其工作原理可参见1-3节和电力电子技术教材中的相关内容。

四、实验内容

(1)锯齿波同步移相触发电路的调试。

(2)锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。 五、预习要求

(1)阅读本教材1-3节及电力电子技术教材中有关锯齿波同步移相 触发电路的内容，弄清锯齿波同步移相触发电路的工作原理。

(2)掌握锯齿波同步移相触发电路脉冲初始相位的调整方法。 六、思考题

(1)锯齿波同步移相触发电路有哪些特点?

(2)锯齿波同步移相触发电路的移相范围与哪些参数有关?

(3)为什么锯齿波同步移相触发电路的脉冲移相范围比正弦波同步移相触发电路的移相范围要大?

七、实验方法

(1)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，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V 10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），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，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。

①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。

②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。 ③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。

④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。

(2)调节触发脉冲的移相范围

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将控制电压Uct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器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=170°，其波形如图3-2所

(3)调节Uct（即电位器RP2）使α=60°，观察并记录U1～U6及输出 “G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。

八、实验报告

(1)整理、描绘实验中记录的各点波形.

1点波形

2点波形

3点波形

4点波形

5点波形

6点波形

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GK波形

(2)总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=0的条件下，使α=90°，如何调整?

(3)讨论、分析实验中出现的各种现象。 九、注意事项

参照实验一和实验二的注意事项。

实验二 单相桥式全控整流电路实验

一、实验目的

(1)加深理解单相桥式全控整流。

(2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。 二、实验所需挂件及附件

三、实验线路及原理

图3-3为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路”。

四、实验内容

(1)单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。 五、预习要求

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。 六、思考题

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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? 七、实验方法

(1)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逆时针旋到底)，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°。

将锯齿波触发电路的输出脉冲端分别接至全控桥中相应晶闸管的门极和阴极，注意不要把相序接反了，否则无法进行整流和逆变。将DJKO2上的正桥和反桥触发脉冲开关都打到“断”的位置,并使Ulf和Ulr悬空，确保晶闸管不被误触发。

图3-8 单相桥式整流实验原理图

(2)单相桥式全控整流

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。

计算公式:Ud＝O.9U2(1+cosα)/2 八、实验报告

(1)画出α= 30°、60°、90°、120°时Ud和UVT的波形。

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（参考教材P47）

(2)画出电路的移相特性Ud=f(α)曲线。 九、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。

(1)画出α=30°、60°、90°、120°时Ud和UVT的波形。 α=30°Ud的波形

α=60°Ud的波形

α=90°Ud的波形

α=120°Ud的波形

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α=30°Uvt的波形

α=60°Uvt的波形

α=90°Uvt的波形

α=120°Uvt的波形

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实验三和实验四 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、实验目的

(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。

实验线路如图3-13及图3-14所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，触发电路为DJKO2-1中的集成触发电路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的原理可参考1-3节中的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。

图3-13 三相桥式全控整流电路实验原理图

在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am、Bm、Cm,返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。

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图中的R均使用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。

图3-14 三相桥式有源逆变电路实验原理图

四、实验内容

(1)三相桥式全控整流电路。 (2)三相桥式有源逆变电路。 (3)在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障(人为模拟)时观测主电路的各电压波形。 五、预习要求

(1)阅读电力电子技术教材中有关三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有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。 (3)学习本教材1-3节中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。 六、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? 七、实验方法

(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，

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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

按图3-13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。

O

计算公式:Ud=2.34U2cosα (0～60) Ud=2.34U2[1+cos(a+

oo

)] (60～120) 3

(3)三相桥式有源逆变电路

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。

O

计算公式:Ud=2.34U2cos(180-β) (4)故障现象的模拟

当β=60°时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时的故障，观察并记录这时的Ud、UVT波形的变化情况。

八、实验报告

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(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°、时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形。 α=30°Ud波形

α=60°Ud波形

α=90°Ud波形

α=30°UVT的波形

α=60°UVT的波形

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α=90°UVT的波形

β=30°Ud波形

β=60°Ud波形

β=90°Ud波形

β=30°UVT波形

β=60°UVT波形

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β=90°UVT波形

β=60°失去一路脉冲时Ud波形

(4)简单分析模拟的故障现象。 九、注意事项

(1)可参考实验六的注意事项 (1)、(2)

(2)为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。

(3)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。 (4)有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为A、C两相的相位接反了，这对整流状态无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到120°，使实验效果不明显，用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围。

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实验五和实验六 直流斩波电路原理实验

一、实验目的

(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、实验所需挂件及附件

三、实验线路及原理

本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，主电路见下页。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。

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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。斩波器触发电路和原理可参见实验一内容。

实验接线如下图所示，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。

直流斩波器实验线路图

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、预习要求

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(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。

六、思考题

(1)直流斩波器有哪几种调制方式?本实验中的斩波器为何种调制方式? (2)本实验采用的斩波器主电路中电容C起什么作用? 七、实验方法

(1)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。

(2)斩波器带电阻性负载

①按上图实验线路接线，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”、“K2”、波形，并记录输出电压Ud及晶闸管两端电压UVT1的波形，注意观测各波形间的相对相位关系。

③调节DJK06上的“给定”值，观察在不同τ（即主脉冲和辅助脉冲的间隔时间）时Ud的波形，并记录相应的Ud和τ，从而画出Ud=f(τ/T)的关系曲线，其中τ/T为占空比。（表格在下面）

(3)斩波器带电阻电感性负载（选做）

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要完成该实验，需加一电感。关断主电源后，将负载改接成电阻电感性负载，重复上述电阻性负载时的实验步骤。

八、实验报告

(1)整理并画出实验中记录下的各点波形，画出不同负载下Ud=f(τ/T)的关系曲线。

(2)讨论、分析实验中出现的各种现象。 九、注意事项

V

L

ioR

(1)可参考实验三的注意事项。

(2)触发电路调试好后，才能接主电路实验。

(3)将DJK06上的“给定”与DJK05的公共端相连，以使电路正常工作。 o(4)负载电流不要超过0.5A，否则容易造成电路失控现象。

(5)当斩波器出现失控现象时，请首先检查触发电路参数设置是否正确，确保无误后将直流电源的开关重新打开。

E

iG

+

ME

M

VDu

-

实验参考数据斩波电路的输出电压、电流波形

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