电力电子讲义 - 图文

做风铃

每当我在风中听到风铃“叮叮当当”的声音，就特别喜欢，总希望自己能做一个风铃，今天，我就终于可以去做风铃了。

早上8：00我兴奋极了，好不容易开始制作风铃了，其实我早就跃跃欲试了。制作间里到处陈列着各种各样、五彩缤纷的手工艺术品，我东摸摸，西看看，我的视线真舍不得离开。终于开始做了，我聚精会神地听着老师说的每一句话，老师先叫我们拿一根在自己身旁的尼龙线，再出一个铁管子，叫我们把尼龙线通过孔，把线放进去，再打一个结，再把这个结抽到管子里，这样连续做4个。我们再拿出一根铁丝，再拿出一个塑料管子，让我们把铁丝放进塑料管子的中间，打一个结，依此类推做奥运五环。开始的时候，我真希望自己能第一个做完，我想：原来做个风铃那么简单啊！可是，做到第三步时，我遇到了一个小小的困难，我想：怎么把这个结抽到管子里去呢？我一边疑惑，一边在脑子里努力地想该怎么办。忽然，我的脑子里灵光一现，老师不是说要抽这根线吗，那我把绳子拉一下不就行了呀！我试了一下，果然成功了，于是我兴冲冲地把绳子吊在了相应地孔隙上，一只漂亮的五环风铃终于完成了！当我拿在手里轻轻摇摆时，它发出了动听的声音，仿佛在说：“让我们为北京奥运加油吧！”

实验一 安全规程与实验规程

一、实验目的：

1、掌握安全规程及实验规程、安全用电知识、操作规范，以确保实验过程中的人身安全。

2、熟悉实验设备控制屏功能。

二、实验所需挂件及附件：

序号 1 型号 YL-209型电源控制屏 备注 该控制屏包含“YL001、YL002、YL003、YL004”4个电源模块 三、实验内容：

1、安全规程及实验规程的教育。

2、电源控制屏组成部分的观察与连接。

四、预习要求：

阅读电力电子技术教材中有关安全操作的内容。

五、思考题：

该实验的操作要求与以前的弱电实验有什么不同？

六、实验报告：

1、画出实验主电路图。 2、写出实验安全操作规程。

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附录：

一、实验安全规程

为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全及设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：

1、在实验过程中，绝对不允许双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体当作负载使用。

2、为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断电源后方可进行。

3、为了提高试验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。

4、如果在实验过程中发生告警，应仔细检查线路以及电位器的调节位置，确定无误后，方可重新进行实验。

5、在实验过程中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成试验，以免损坏仪表、电源或负载。

6、电源控制屏以及各挂件所使用的保险丝规格和型号是经我们反复试验选定的，不得私自改变其型号和规格，否则可能会引起不可预料的后果。

7、在加电流、转速闭环前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈。 8、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。

二、YL-209电源控制屏

电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流电源、同步交流电源等。由YL001总电源、YL002单相交直流可调电源与交流电源、YL003隔离变压器与同步变压器、YL004直流电源4部分组成。

1、YL001总电源

三相漏电开关，用于控制整个控制屏电源输出及实验台漏电保护,三相电源输出电压220V（线电压），三只电压表监视三相电源的输出

2、YL002单相交直流可调电源与交流电源

内部装有单相调压器，2个按钮开关用于调节输出电压的大小，绿色增大，红色减小，带有直流0-200V（实验中一般作为励磁电源使用）和交流0-250V输出，指针表用于指示直流电压的大小，空气开关做为输出保护

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交流电源实际是一个有多组输出的变压器构成，使用时需要外接一个127V的电源，即需从YL001单元上引一组单相电源

3、YL003隔离变压器与同步变压器

三只隔离变压器提供三相可控整流实验中输出电压与负载电压相适应（在实验中一般接成Dy11）

同步变压器作为三相晶闸管触发电路同步信号（实验中一般接成Yy10） 4、YL004直流电源

一组带过流截止保护0-24V可调电源，带两只指针表分别只是电压和电流。 8路固定直流电源：±5V，±12V，±15V，＋20V，＋24V。

三、实验规程

l．实验课前要认真预习，做好必要的准备工作，如做好预习报告，阅读注意事项，未预习者不得参加实验，实验课不得无故迟到。

2．实验时，实验者应认真仔细，注重培养独立分析问题和解决问题的能力，要有协作精神，同组合作者要团结互助、共同探讨、互相学习。

3．接完线路，应先自行检查，再请教师复查后才能接通电源，进行实验。改接线路时，必须先切断电源。

4．实验完毕，所记录数据经教师审阅签字后，方可拆线，实验报告无教师签字无效。

5．未经许可，不得乱用与本次实验无关的设备器材，不得将实验室物品携出室外。

6．要爱护仪器设备，凡损坏仪器设备者，应填写损坏单。对于不听从教师指导和违反操作规程而损坏仪器设备者，除写出书面检讨外，还应进行赔偿。 7．维护实验室内的整洁与肃静，严禁随地吐痰，大声喧哗。实验完毕后，断掉电源，将用过的导线，仪器设备整理好放归原位，并做好值日工作。

四、安全用电知识

1．不得带电接线或拆、改线路，安装、更换保险丝。

2．合闸与拉闸操作要果断可靠，操作者不应面对刀闸，以防电弧喷出烧伤。 3．线路接好通电时，必须通知本组同学，同组者要相互密切配合，以防发生意外。

4．仪表设备应放置合理，避免导线跨越电源刀闸、仪表、旋转或运动的机械部分。各种设备要可靠放置，防止跌落摔坏设备。

5．实验中，如发现有超量程、过热、异味、异声、冒烟、火花等，应立即切断电源再处理故障。

6．实验时，要精神集中，严肃认真。

7．不得穿湿衣湿鞋或湿手赤足做实验，以防引起触电事故。

8．使用仪器设备时，必须先阅读有关附录内容的说明，了解设备的规格，使用方法等。严格按额定值使用，调节电源或电路参数时，应密切监视电表指针，以免损坏设备。

9．实验室总电源由指导教师操作，无指导教师在场，学生不得自行通电实验。

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10．自觉维护人身及实验设备安全。

实验二 单结晶体管触发电路实验

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气件的作用。 2. 掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。

3. 掌握单结晶体管触发电路中主要点的波形测量和分析。

二、实验设备

序号 1 2 2 型号 备注 YL008单相半控桥式整流电路及单包含单结晶体管触发电路、晶闸结晶体管触发电路单元 管等 交流15V、30V、50V、120V同步YL002交流电源 电源 双踪示波器 自备 三、实验电路

实验电路如图2-1所示；

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图2-1单晶闸管触发电路图

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、实验内容与实验步骤

1. 将实验电路的电源进线端接到相应的电源上。（15V、50V电源从YL002

单元上引入）

2. 整定RP1与RP0，调节RP2使输出电压Us在0.4V～2.5V之间变化。 3. 用综示波器测量15V稳压管上削波后的电压波形UVZ。 4. 调节给定电位器RP2

①观察单结晶体管V3（BT管）发射极电压（即电容C1上的电压UC）的电压波形。（在RP2调节到最大时，适当调节RP5使控制角刚好达到最小） ②测量V3输出电压波形U0；（即100Ω输出电阻上的电压）Ub ③测量脉冲变压器TP两端输出的电压波形UG1或UG2；

④调节RP2观察触发脉冲移动情况（即控制角α调节范围；能否由0°→180°？

注：①由于此电路的同步电压为近似梯形波，因此前、后均有死区，α调节范围一般为10°→170°左右，甚至更小一些。

5. 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 （UVZ、UC、Ub、UG1）

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六、实验注意事项

1. 由于电力电子实验中的数值和波形都比较复杂，涉及因数也较多，因此

要理解与掌握电路工作原理并对实验中要进行测量的数值和波形，做到心中有数。以避免实验中盲目性。

2. 使用双综示波器的两个探头同时进行测量时，必须使两个探头的地线端

为同一电位的端点（因示波器的两个探头的地线端是联在一起的），否则测量时会造成短路事故。

3. 由于示波器探头公共端接外壳，而外壳又通过插头与大地相联，而三相

电力线路的中线是接大地的，这样探头地线便与电力中线相通了。在进行电力电子实验，若用探头去测晶闸管元件时，(若不用整流变压器时)便会烧坏元件或造成短路.因此,通常要将示波器接地线折去，或通过隔离变压器对示波器供电。

七、实验报告

1. 记录α=60°时单结晶体管触发电路各点输出的波形和幅值。 2. 对单结晶体管触发电路工作原理做书面描述。

实验三 单相半控整流电路实验

一、实验目的

1. 加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况

的理解。

2. 了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现

的问题加以分析和解决

二、实验设备

序号 1 2 3 4 型号 备注 YL008单相半控桥式整流电路及单包含单结晶体管触发电路、半控结晶体管触发电路单元 桥式主电路等 交流15V、30V、50V、120V同步YL002交流电源 电源 YL005可变电阻器 双踪示波器 0-999Ω可调 自备 三、实验电路

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实验电路如图3-1所示；

图3-1单相半控桥整流电路

四、实验内容

1. 锯齿波同步触发电路的调试。

2. 单相桥式半控整流电路带电阻性负载。 3. 单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。

五、实验内容与实验步骤

1. 将实验电路的电源进线端接到相应的电源上。（15V、50V、120V电源从

YL002单元上引入）；用导线按图3-1将虚线之间的连接点连接。 2. 单结晶体管触发电路调节如实验二中的内容。 3. 单相桥式半控整流电路带电阻性负载：

将主电路输出Ud连接YL005可变电阻器，将电阻器调到最大阻值位置999Ω，接通电源，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管两端电压UVT1和整流二极管两端电压UVD9的波形，调节电位器RP2，观察并记录在不同α角时Ud、UVT1、UVD9的波形，测量相应电源电压U2和负载电压Ud的数值，记录于下表中。

α U2

30° 60° 90° 8

120° 150° Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值) 计算公式: Ud = 0.9U2(1+cosα)/2

4. 单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载

①断开主电路后，将负载换成将电感与电阻串联。（电感可借用用YL003单元上220V/50V整流变压器二次侧50V绕组，电阻负载选择可变电阻器YL005）

②不接续流二极管VD11，接通主电路，用示波器观察不同控制角α时Ud、UVT1、UVD9、Id的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：

α U2 30° 60° 90° Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值) ③在α=60°时，移去触发脉冲(将锯齿波同步触发电路上的“G1”或“K1”拔掉)，观察并记录移去脉冲前、后Ud、UVT1、UVT2、UVD9、UVD10、Id的波形。

④接上续流二极管VD11，接通主电路，观察不同控制角α时Ud、Id 的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：

α U2 30° 60° 90° Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值) ⑤在接有续流二极管VD3及α=60°时，移去触发脉冲(将单结晶体管触发电路上的“G1”

或“K1”拔掉)，观察并记录移去脉冲前、后Ud、UVT1、UVT2、UVD9、UVD10和Id的波形。

六、实验注意事项

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1. 由于电力电子实验中的数值和波形都比较复杂，涉及因数也较多，因此

要理解与掌握电路工作原理并对实验中要进行测量的数值和波形，做到心中有数。以避免实验中盲目性。

2. 使用双综示波器的两个探头同时进行测量时，必须使两个探头的地线端

为同一电位的端点（因示波器的两个探头的地线端是联在一起的），否则测量时会造成短路事故。

3. 由于示波器探头公共端接外壳，而外壳又通过插头与大地相联，而三相

电力线路的中线是接大地的，这样探头地线便与电力中线相通了。在进行电力电子实验，若用探头去测晶闸管元件时，(若不用整流变压器时)便会烧坏元件或造成短路.因此,通常要将示波器接地线折去，或通过隔离变压器对示波器供电。

七、实验报告

1. 画出①电阻性负载，②电阻电感性负载时Ud/U2=f(α)的曲线。

2. 画出①电阻性负载，②电阻电感性负载，α角分别为30°、60°、90°

时的Ud、UVT的波形。

3. 说明续流二极管对消除失控现象的作用。

实验四 IGBT直流斩波电路实验

一、实验目的

1. 熟悉直流斩波电路及升、降压电路的工作原理。 2. 掌握IGBT器件的应用。驱动模块EXB841电路的驱动与保护环节的测试。 3. 掌握 脉宽调制电路的调试及负载电压波形的分析。

二、实验设备

序号 1 2 3 4 型号 IGBT直流斩波电路 YL002交流电源 YL004直流电源 双踪示波器 备注 包含EXB841驱动及保护电路、 直流斩波主电路 交流15V、30、50V、120V同步电源 包含±5V±12V±15V＋20V＋24 V电源 自备 三、实验电路及原理

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实验电路如图4-1所示；

图4-1IGBT驱动及斩波电路

1. 直流斩波电路

220V单相交流电经整流变压器TR，降为50V交流电，再经桥堆B及滤波电容C5、C6后，变为直流电，其幅值在45V～70V之间，视负载电流大小而定。

直流电路的负载为110V、25W白炽灯（或220V 25W白炽灯），如今以绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关管，来控制直流电路的通、断，以调节负载上平均电压的大小。这就是一个直流斩波电路。

2. IGBT管的驱动和保护电路 （1） IGBT管

IGBT管是一个复合元件，它的前半部分类似绝缘栅场效应管（是电压控制型，具有输入阻抗高的优点），后半部分类似双极晶体管（具有输出阻抗小、导通压降小、承受电流大的优点）。它兼有场效应管和双极晶体管的优点，因而获得日益广泛的应用。

在图4-1中，G为栅极，C为集电极（又称漏极D），E为发射极（又称源极S）。

（2） IGBT的驱动电路

如今以EXB841模块为例，来介绍IGBT驱动电路的工作原理。

EBX841型模块可驱动300Α/1200V IGBT元件，整个电路信号延迟时间小于1μs，最高工作频率可达40～50kHz。它只需要外部提供一个+20V的单电源（它内部自生反偏电压）。模块采用高速光电耦合（隔离）输入，信号电压经电压放

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大和推挽（射极跟随）功率放大输出，并有过电流保护环节。其功能原理图如图4-2所示，接线图如图4-3所示。

对照图4-2和图4-3可以看出，15脚接高电平（+5V）输入，14脚输入控制脉信号（输入负脉冲，使光电耦合器导通），光电耦合信号经电压放大器Α放大，再经发射极跟随功率放大后，由脚3输出，经限流电阻RG送至IGBT的栅极G，驱动IGBT导通工作。稳压管VST1、VST2为栅极电压正向限幅保护。集成模块中的电阻R′和稳压管VST′构成的分压，经1脚，为IGBT的发射极提供一个反向偏置（-5V）的电压，由于UGE = VG-VE，因此发射极电位VE的提高，相对UGE来说，为反向偏置。若VE =5V，VG =0，则UGE =-5V<0，G-E结处于反偏。这是由于IGBT为电压控制型器件，截止时容易因感应电压而误导通，所以通常设置一个较高的反向偏压（-5V），使IGBT提高抗干扰能力，可靠截止。

图4-2 IGBT 驱动模块EXB841的工作原理图

1脚还外接反向偏置电源的滤波电容和发射极的钳位二极管VD2（使发射极电位不低于0V）。

（3） IGBT的保护电路 Α．过电流保护

当集电极电流过大时，管子的饱和电压UCE将明显增加，使集电极电位升高，过高的集电极电位将使二极管VD1截止，它作为过电流信号，送至6脚，通过模块中的保护电路，会使栅极电位下降，IGBT截止，从而起到过电流保护作用。

此外，当出现过电流时，5脚将输出低电平信号，使光电耦合器LE导通（见图4-3），输出过电流保护动作信号（送至显示或报警或其他保护环节）。在图3-1中，是在R2与LE间，串接一发光二极管LED，作为过电流显示。

模块中的4脚用于外接电容器，（可接0.47μF电容器至地）以防止过电流信号误动作；但绝大多数场合，可以不用，所以在图3-1中即未采用。

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图4-3

B．限流与限幅保护

图4-3中RG为栅极限流电阻，对6Α /500V元件，取RG=250Ω。

图3-3中VST1为栅极正向限幅保护，VST1稳压值为14V～15V（因EXB841输出高电平电压为14.5V）。

图4-3中 VST2为栅极反向限幅保护，VST2稳压值为-5V（因为EXB841输出低电平电压为-4.5V）。

（4） EXB841为15脚模块，模块中其他脚号为空脚，故未标出。

3. 脉冲宽度调制器采用由555定时集成电路构成的多谐振荡器（占空比可变，而频率不变），并经过射极跟随器V2、R10输出（以提高带载能力）。调节电位器RP，即可调节脉冲宽度。由〈电子技术〉可知：

（1） 脉冲周期

Ｔ＝０.７（Ｒ５＋ＲＰ＋Ｒ4）Ｃ4

＝０.７×（０.６２＋４.７＋０.１５）×０.２２ｍｓ ＝０.８４ｍｓ

脉冲频率ｆ＝１／Ｔ＝１／(0.84×10-3)Ｈz≈１２００Ｈz （2） 脉宽调节范围

tω＝０.７〔Ｒ５～（Ｒ５＋ＲＰ）〕Ｃ４

＝０.７〔０.６２～（０.６２＋４.７）〕×０.２２ｍｓ ＝（０.１～０.８２）ｍｓ （3） 占空比

ｑ＝０.１／０.８４～０.８２／０.８４＝１２％～９８％

4. 为了使脉冲调制器输出低电平时，V１能可靠截止，因此在V１的基极处

加一个由＋５Ｖ和－５Ｖ电源及Ｒ６、Ｒ７构成的负偏置电路。ＶＤ６为V１基极反向限幅保护。

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四、实验内容

1. 直流斩波降压电路。

2. 验证EXB841驱动模块的保护功能。

五、实验内容与实验步骤

(一) 直流斩波降压电路

1. 直流斩波降压电路如图4-2所示。对照图4-2，完成直流斩波降压电路连线（虚线部分）。

2. 将（+20V、+5V、-5V）接入线路板相应电源插口。注意电压＋、－极性不可接错。

3. 测量各电压的幅值是否正确。

4. 用示波器和万用表测量主电路（50V整流电路）输出电压的幅值和波形。 5. 调节RP，用示波器测量脉冲的宽度和幅值，观察他们的变化，并作记录。 6. 在脉冲信号电压及主电路电压（幅值与波形）正常的情况下，接上负载（灯泡）及脉冲输入信号。

7. 使占空比为50%上时，测量负载平均电压UL的幅值与波形，并测量IGBT管UCB和UGE数值。

8. 使占空比分别为15％、30％，最大（98％）时，重复步骤７，即再测UL、UCB、UGE的数值。

(二) 验证EXB841驱动模块的保护功能。 负载电压最高时，将二极管ＶD1至IGBT管集电极的连线断开（设置人为IGBT过载信号），观察保护电路工作情况（测量负载电压及UGE、UCE电压），并作记录。

六、实验报告要求

1. 整理记录直流斩波降压电路在占空比分别为15%、30%、50%、98%时负载平均电压UL的数值与波形和IGBT管UGE、UCE数值。

2. 分析EXB841驱动模块的过流保护作用。

七、实验注意事项

同实验二

八、实验报告

1. 整理记录直流斩波降压电路在占空比分别为15%、30%、50%、98%时负载平均电压UL的数值与波形和IGBT管UGE、UCE数值。

2. 分析EXB841驱动模块的过流保护作用。

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实验五 单相交流调压电路及集成锯齿波触发电路

一、实验目的

1. 熟悉集成锯齿波移相触发电路（KC05）的工作原理，测定KC05电路主

要工作点的电压波形。

2. 掌握单相交流调压电路的工作原理，测定移相控制的单相交流调压电路

电阻负载上的电压波形。

二、实验设备

序号 1

型号 备注 YL011单相交流调压及集成锯齿波包含KC05集成触发电路，单相交15

触发电路单元 2 3 4 YL002交流电源 YL004直流电源 双踪示波器 流调压主电路 交流15V、30V、50V、120V同步电源 包含±5V±12V±15V＋20V＋24 V电源 自备 三、实验电路及电路原理

实验电路如图5-1所示；

图5-1单相交流调压及集成锯齿波触发电路

电路的工作原理

此电路主要由是以KC05集成触发电路为核心的单相交流调压电路，现对各部分的工作原理简单介绍如下：

（１） KC05集成触发电路的基本构成和工作原理KC05内部的基本构成如图5-2所示。

KC05晶闸管移相触发器适用于双向晶闸管或两只反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好，移相范围宽，控制简单，易于集中控制，有失交保护，输出电流大等优点，是交流调压的专用的触发电路。下面简述KC05晶

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闸移相触发器的工作原理。

图5-2是KC05晶闸管移相触发器内部电路原理图。V1、V2组成同步检测电路，当同步电压过零时V1、V2截止，从而使V3、V4、V5导通，V4导通，使V11基极被短接，（因2脚与12脚相连）V11截止，V5对外接电容C1充电到8V左右。同步电压过零结束时，V1、V2导通， V3、V4、V5恢复截止，C1电容经V6恒流放电，形成线性下降的锯齿波。锯齿波的斜率由5#端的外接锯齿波斜率电位器RP1调节。锯齿波送

至V8与6#端引入V9的移相控制电压U0进行比较放大，当UC＞UB时，V10、V11 导通，V12截止，V13、V14导通，输出脉冲。控制电压UC增大，将使交点前移，导通角增大。若控制电压过大，（UC＞8.5V）超过锯齿波峰值，则UC与UB将不再相交（称为“失交”）。为此，电路中的V4将使V10继续保持导通状况，使晶闸管仍保持全导通。V4的作用称为“失交保护”，(图

C2RP1Uc R2 +15V R3 2+15V 16 V1 5 V10C 13 10 D~30V

R1 9EV3 V4A15 V5 R4 V7V8V9 V13 V14V2V6VV11V128 74 B C1+15V612*2 12 UcRP2R5 图5-2 KC05内部电路原理

图5-2中，2#脚与12#脚是相连的）。KC05内部各工作点（Α、B、C、D、E）的电压波形如图5-3所

UA+15示。

对于不同的同步电压，KC05电路同步限流电阻R1的选择可按如下经验公式计算。R1=[同步电压U/（1～2）]×10-3Ω，使同步输入电流小于3mΑ。 此处同步电压U=30V，系数取1.25，因此R1取24kΩ。

UB0UC0UD0 17

UE+150（2）单相交流调压电路

为提高触发灵敏度，双向晶闸管采用Ⅰ、Ⅲ触发方式。KC05产生的触发脉冲，经脉冲变压器TP供给双向晶闸管。（KC05最大输出能力为13V，200mΑ，脉宽100μs~2ms）。

四、实验内容

1. 整定KC05集成触发电路。 2. 单相交流调压电路。

图4-3KC05电路各点波形 五、实验内容与实验步骤

1. 整定KC05集成触发电路

在KC05的16#脚加上+15V电压，在15#、16#间加上（30V～）同步电压。6#脚接在UC（RP2滑片a）上，给定电源并接入+15V电源。

① 测量UΑ（同步电压）的波形； ② 调节RP2，使控制电压UC为4V左右；

③ 测量UB（锯齿波的交点在中间部分）（参见图5-3UB与UE）；

④ 测量图4-1 UD、UE与UF 波形，并将UΑ、UB、UC、UD与UE记录下来（上、下对齐）；

⑤ 调节UC，观察触发脉冲UE，是否平移，并记录下UE（控制角）的移动范围。

C05集成触发电路工作时各点电压波形

测 试 点 UΑ UB UC UD UE

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电 压 波 形 2. 单相交流调压电路

① 合上开关QS，接通交流调压主电路； ② 测量电阻负载上的电压波形；

③ 使控制角分别为α=30°，α=90°，α=120°，测量单相交流调压电阻负载上的交流电压有效值（用动圈式仪表或数字万用表测量）和电压波形，并做记录。

单相交流调压有效值与电压波形

控制角α 30° 90° 120° 电压有效值URD 电 压 波 形 注：由于磁电式万用表上的交流电压标值，实际上是正弦全波整流的平均值再乘以1.11的系数。所以不能用一般万用表去测非正弦波交流电压的有效值。

六、实验注意事项

1. 测量非正弦量电压的有效值要使用动圈式（又称电动式）电表。 2. 使用示波器的注意事项请见实验（二）中的注意事项。

七、实验报告

1. KC05集成触发电路各主要工作点（Α、B、C、D、E）的电压波形图。说

明如何调节移相控制角和其移相范围。

2. 单相交流调压电阻负载电压在控制角α分别为30°、90°和120°时的

电压的有效值和电压波形。

3. 说明移相控制的单相交流调压的工作原理。

实验六 BJT单相并联逆变电路实验

一、实验目的

1. 熟悉由功率双极晶体管（BJT）组成的单相并联逆变电路的工作原理。 2. 了解功率双极晶体管的驱动和保护。

3. 掌握无源逆变电路的调试及负载电压、电流参数和波形的测量。

二、实验设备

序号

型号 19

备注 1 2 2 YL012 BJT并联逆变电路单元 YL004直流电源 双踪示波器 包含双极晶体管、555脉冲发生电路等 包含±5V±12V±15V＋20V＋24 V电源 自备 三、实验电路

1. 实验电路如图6-1所示；

图6-1 BJT单相并联电路

2. 实验电路工作原理

实验电路由脉冲发生电路（控制电路）和逆变电路（主电路）两部分构成。 （1）由555定时器构成的电路是一个多谐振荡器，由〈电子技术〉可知，调节电位器RP，即可调节输出量的频率。

同样由〈电子技术〉可知，此电路改变频率时，占空比也会变（且占空比q＞50％）。

（2）图中的JK触发器为整形电路，保护V3和V4，在V3和V4中，只能有一只三极管处于导通状态。（阻止逆变失败）。由V1（和V2）组成的为放大电路。

（3）由功率晶体管V1、V2和变压器T构成单相（无源）逆变电路。与V1、V2并联的阻容及快速恢复二极管为耗能式关断缓冲（吸收）电路，以缓解晶体管突然关断时承受的冲击。电路中的R9为保护电阻，以防逆变失败时形成过大的电流（待电路正常后，将R9短接）。

四、实验内容

3. BJT单相逆变电路观察。

五、实验内容与实验步骤

1. 控制电路接上+15V和+5V电源，将点6和点8相连、点7和点9相连，

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用示波器观测控制电路各点（3、4、5、6、7点）电压的数值与波形。

观察：①调节RP，频率是否连续可调，读出此时频率为多少？频率改变时，脉宽有无变化？

②4、5点频率是否3点的一半，4、5两点波形是否正好相反。 ③6、7点波形与幅值与4、5点是否相同。

2. 将主电路中的+12V电源（因电流较大，需采用24V可调直流电源），电压表，电流表和负载（白炽灯）全部接上，并将主电路与控制电路接通。

3. 用示波器测量负载上的电压波形，观察逆变电路工作是否正常。 观察： ① 11、12点（或10、12点）间的电压波形。 ② 电压表和电流表读数。

③ 负载（白炽灯）上的电压波形。 若正常，则将R9短接。

4. 调节RP，记录下RP为零（频率f＝f0）和RP为最大（f＝fm）时负载电压U0和逆变电路输入电流I的数值与波形。

观测量 U0（V） I（Α） U0波形 I波形 频率（HZ） f0 fm 六、实验注意事项

1. 用双踪示波器测量各点波形并进行比较时，其探头的公共端均接电路零 点（G）端。

2. 限流电阻R9，待电路正常后才可去掉（短接）。

七、实验报告

1. 记录下某一频率下的U3、U4、U6、U12和U0,并进行比较（以U3为参考波形）（波形竖排）。

2. 记录f0、fm时的U0和I的数值与波形，并比较U0和I的波形是否相同？为什么？

实验七 单相交流（过零触发）调功电路实验

一、实验目的

1. 熟悉集成过零触发电路（KC08）的工作原理，测定KC08电路主要工作点的电压波形。

2. 掌握单相调功电路的工作原理和相关参数的整定。

二、实验设备

序号

型号 21

备注 1 2 3 4 YL014单相交流（过零触发）调功包含KC08集成触发电路，方波发电路单元 生电路。 交流15V、30V、50V、120V同步YL002交流电源 电源 包含±5V±12V±15V＋20V＋24 VYL004直流电源 电源 双踪示波器 自备 三、实验电路

1. 实验电路如图7-1所示；

图7-1单相交流（过零触发）调功电路

2. 电路的工作原理

电路主要由KC08集成过零触发电路和由555定时集成电路组成的占空比可调的方波发生器构成。KC08集成电路内部的构成的原理图如图7-2虚框内电路所示。现对各部分的工作原理介绍如下：

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U2~R32KVD3148U1VD1VD3T1VD4T2T3VST1R227K1VD2VST2T5T4VD5T7T86511127+KC08Ui24C3470μT613100Ω 图7-2 KC08电路内部构成原理图及外部主要接线图

（1）由555定时器构成的电路是一个频率固定、占空比可调的方波发生器（其工作原理参见电子技术书籍）。其8脚接+12V电源，1脚接地，7脚输出方波脉冲，其频率由VD1、VD2间的阻值及电容C2决定，此处频率固定，约为10Hz。调节电位器即可调节占空比（此处占空比约为10%~90%）。

在本电路中，此方波发生器主要对KC08提供控制信号（送往KC08的2脚）。 (2)KC08电路的一个特点是可以自生直流电源。它通过交流电从U1端进入14脚，经稳压管VST1和VST2，再经8脚和外接二极管VD及限流电阻R3，接至交流电U2端，从而构成半波稳压整流，它两端并联一个470μF的外接电容器。在14与8之间形成一个+12V~+14V的电源。由于电路7脚经过二极管VD5与8脚相连，因此14脚与7脚之间亦构成一个单向导电的电源。因此14脚为高电平。7脚为低电平并接地。

（3）由图可见，同步电压（此处即交流电源电压）通过R2加到14脚与1脚之间，经整流桥（VD1~VD4）后，去驱动三极管T1，以进行电压过零检测。它的原理是，当同步电压不为零时，T1集电极电流使T6导通，进而使T7基极对地短路，（注意KC08的6、7脚相连），输出级T7、T8的输出端5将无脉冲输出，注意5脚接双向晶闸管门极。综上所述，只有当电压为零时，T6截止，且T7基极呈正电位时，才可能有触发脉冲输出。

同步电路限流电阻R2的取值，由下列经验求取：

R2?同步电压5?103，此R2=27KΩ

（4）由三极管T2~T5构成一个差分比较器，4脚的输入提供一个基准电压U0，此处通过11、12与4的连接，由14及7间的电压再经内部两个电阻分压获得U0，差分比较器的另一端通过2脚接在由555定时器构成的方波发生器的输出端。

（5）当Ui ＞UO，T2、T3基极处于正偏，T4、T5处于反偏，这时C3上的

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电压，将通过T1、T2、T3和T6构成通路，导致T6导通，从而使T7、T8截止，因而无触发脉冲输出。

当Ui ＜UO，T4、T5处于正偏，T2、T3处于反偏，在交流电压U~=0时，这时T6截止，C3上的电压将使T4、T5与T7、T8导通，从而输出触发脉冲。由于6脚与7脚相连，所以输出的脉冲为零电平脉冲。由于双向晶闸管的阳极，接在C3的高电平端（+12V）上，零电平的触发脉冲，将使双向晶闸管导通。

由上述可见，当输入的控制信号为低电平时（Ui＜Uo），则交流电压过零时，将有触发脉冲输出，将会使该半波导通。

（6）调节电位器RP，可调节方波零电U平的宽度，即可调节负载上通过交流电的半

0波个数。 ωt（7）调功电路的波形如图7-3所示，图Ui中U为交流电压，Ui为输入方波控制信号波

T 0ωt形，若方波周期T为0.1秒，则在一个方波

U5周期内，将对应5个正弦波（10个半波）。由于是过零触发，所以调节方波的占空比，0ωt在T周期内，输出的半波个数将在0、1、2??Ug10之间，按整数改变。这意味着输出的平均功率将可分10档进行调节。 0ωt当图中Ui零电平的宽度略大于6个半波Ui时，负载有6个半波导通，输出功率将为满

0负荷的6/10。 ωtU5当图中Ui零电平宽度略大于1个半波时，这样负载电压仅1个半波。输出功率将

0ωt为满负荷的1/10。

Ug这样，改变调节电位器RP，即可实现输出平均功率的调节，调功电路的优点是电流0ωt的波形为正弦波，谐波成份少，而且调节方

便，因此在电加热设备中获得广泛的应用 图7-3 电路各点波形图

四、实验内容

1. 单相交流调功电路实验。

五、实验内容与实验步骤

1. 接上50V交流电源。接入+12V外接直流电源，图7-1曲线用导线相连接。 2. 测量555定时电路输出电压的幅值与波形，记录调节电位器RP时方波

占空比的变化范围。

3. 测量并记录KC08电路输出触发脉冲的幅值与波形，自生电源两端（14

与7脚间的电压幅值与波形。 4. 测量并记录电阻负载电压的波形。

5. 测量并记录双向晶闸管两个阳极T1与T2的电压波形。

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六、实验注意事项

用双踪示波器测量各点波形并进行比较时，其探头的公共端要接同一个接线端。

七、实验报告

1.方波发生器输出电压的幅值与波形。 2.方波占空比的调节范围（百分比）。

3.以交流电压波形为基准，在它的下方分别画出占空比为80%、50%和20%时的下列波形。

1）方波波形； 2）触发脉冲波形； 3）负载上的电压波形。

实验八 三相晶闸管全（半）控桥（零）式整流电路及三相

集成触发电路

一、实验目的

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1. 熟悉三相全控桥式整流电路的结构特点，以及整流变压器、同步变压器

的连接；

2. 掌握KC785集成触发电路的应用；

3. 掌握三相晶闸管集成触发电路的工作原理与调试（包括各点电压波形的

测试与分析）。

4. 研究三相全控桥式整流供电电路①（电阻负载时），在不同导通角下的

电压与电流波形。

二、实验设备 序号 1 2 3 4 型号 YL015三相晶闸管全控桥式电路单元 YL016三相晶闸管KC785集成触发电路 YL003 隔离变压器与同步变压器单元 双踪示波器 备注 6只单相晶闸管组成的单相桥式整流电路 6路脉冲输出 0-999Ω可调 自备 三、实验电路 （一）三相全控桥式整流电路如图8-1所示；

图8-1三相全控桥式整流电路

注①：这里以三相全控桥为例，进行分析。若以VD2、VD4、VD6取代VT2、VT4、VT6,则为三相半控桥路。若负载的另一端与N线相联，则为三相半波（零式）电路。

1. 图中6个晶闸管的导通顺序如图8-2所示。它的特点是： ① 它们导通的起始点（即自然换流点）；对共阴极的VT1、VT3、VT5，为uΑ、

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uB、uC三个正半波的交点；而对共阳极的VT4、VT6、VT2，则为三相电压负半波的交点。

② 在共阳极和共阴极的管子中，只有各有一个导通，才能构成通路，如6-1、1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-1等，参见图8-2。这样触发脉冲和管子导通的顺序为1→2→3→4→5→6，间隔为60°。

图8-2 三相全控桥电路及其触发脉冲

③ 为了保证电路能启动和电流断续后能再触发导通，必须给对应的两个管子同时加上触发脉冲，例如在6-1时，先前已给VT1发了触发脉冲，但到1-2时，还得给VT1再补发一个脉冲（在下面介绍的触发电路中，集成电路KC41C的作用，就是产生补脉冲的），所以对每个管子触发，都是相隔60°的双脉冲，见图8－2b（当然用脉宽大于60°的宽脉冲也可以，但功耗大）。

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2. 在图8-1中，TA为电流互感器（三相共3个），（HG1型，5Α╱2.5mΑ，负载电阻＜100Ω），由于电流互感器二次侧不可开路（开路会产生很高电压），所以二次侧均并有一个负载电阻。

（二）整流变压器与同步变压器的接线如图8-3所示。

1. 采用整流变压器主要是为了使整流输出电压与电动机工作电压相适当。由于本系统中电动机电压为110V，由三相全控桥电压公式有Ud=2.34U2中（Ud为直流输出电压，U2为变压器二次侧相电压），现以Ud＝110V代入上式，有U2中≈47V。

2. 整流变压器接成Dy型（Δ－Y型），可有效抑制整流时产生的三次谐波对电网的不良影响。此处接成Dy11（Δ╱Y－11）[连接图如b图所示]。

3. 此外整流变压器还起隔离作用，有利于人身安全。

4. 触发电路采用同步电压为锯齿波的集成触发电路KC785，由于同步电压要经过阻容滤波电路，会造成相位上的滞后（60°~70°），这需要补偿。因为电压过零点已较自然换流点超前了30°，因此同步电压较主电路电压再超前30°，就可以了，所以采用Yy10(Y╱Y-10)的联接方式，如图a）所示。

图8-3 同步变压器与整流变压器联接图

5. 同步变压器与整流压器的联接图如图8-3C所示。

（注）三相变压器联接的钟点数，是以一次侧的相电压为钟的长针，以二次侧的相电压为短针来标定的。

由图8-3(C）可见，整流变压器二次侧的UA,对应一次侧的UAB1，而UAB1较UA1，超前30°，因此UA（短针）与UA1（长针）构成11点钟，参见图8-4。

同样由图8-3(C)可见，USA与-UB1对应，这样由图7-4可见，USA较UA超前30°。如今阻容移相使相位滞后70°左右，这样移相后的电压将较UA滞后40°（ 70°—30°）左右。它较自然换相点仅滞后10°（40°—30°）左右。这意味着，控制角α的移相范围为10°～

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120°。这里不使控制角从0°开始，是为了防止输出电压过高，也可使移相范围处于锯齿波的线性段。

图中UA1为220V，UA为47V，USA为16.5V。

图8-4

（三）三相晶闸管集成触发电路如图8-5所示

1. 三相晶闸管触发电路的核心部分是由三块集成触发电路N1、N2、N3构成的电路，它们是TCΑ785（国产为KJ785或KC785）集成电路。

图8-5 三相晶闸管集成触发电路

TCΑ785是西门子（Siemens）公司开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它的输出输入与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出250mΑ的驱动电流。其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强。该集成电路的工作电源电压范围-0.5V-18V.TCΑ785的引脚和内部结构原理示意图见图8-6。

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C12TCA785Vsync5ZDSRDMLN逻辑网络1214Q14Q1Vs16-+CCVD15Q223Q2QQzQsP1SCRG711V1113L6I8VREF9C10R910

图8-6 TCΑ785的内部结构原理示意图

TCΑ785内部结构包括零点鉴别器（ZD）、同步寄存器（SR）、恒流源（SC）、控制比较器（CC）、放电晶体管（VD）、放电监控器（DM）、电平转换及稳压电路（PC）、锯齿波发生器（RG）及输出逻辑网络等九个单元。TCA785是双列直插式的16脚大规模集成电路，其各引脚功能：（16）（VS）电源端；①（QS）接地端；④（Q1）和②（Q2）输出脉冲1与2的非端；14（Q1）和15（Q2）输出脉冲的1和2端；13（L）为输出脉冲Q1、Q2宽度控制端；12（C12）输出Q1、Q2脉宽控制端；11（V11）输出脉冲Q1、Q2或Q1、Q2 移相控制直流电压输入端；⑩（C10）外接锯齿波电容连接端；⑨（R9）锯齿波电阻连接端；⑧（VREF）TCΑ785自身输出的高稳定基准电压端；⑦（QZ）和③（QV）为TCΑ785输出的个两逻辑脉冲信号端；⑥（I）脉冲信号禁止端；⑤（VSYNC）同步电压输入端。

其工作过程为来自同步电压源的同步电压，经高阻值的电阻后，送给电源零点鉴别器ZD，经ZD检测出其过零点后，送同步寄存器寄存。同步寄存器中的零点寄存信号控制锯齿波的产生，对锯齿波发生器的电容C10，由电阻R9决定恒流源SC对其充电的电压上升斜率，当电容C10两端的锯齿波电压大于移相控制电压V11时，便产生一个脉冲信号送到输出逻辑单元。参见图7-7，由此可见，触发脉冲的移相是受移相控制电压V11的大小控制，因而触发脉冲可在0~180°范围内移相。对每一个半周，在输出端Q1和Q2出现大约30μs宽度的窄脉冲。该脉冲宽度可由12脚的电容C12决定。如果12脚接地，则输出脉冲Q1、Q2的宽度为180°的宽脉冲。

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V5tV10V10V11V11tV15V14tt

图8-7 触发脉冲的产生

KC785的主要技术数据

1）电源电压：直流+15V（允许工作范围12V~18V） 2) 电源电流：≤10mΑ

3) 同步输入端允许最大同步电流：200μΑ 4）移相电压范围：-0.5V~（VS-2）V（13V） 5）移相范围：≥170° 6）锯齿波幅度：（VS-2）V（13V） 7）输出脉冲：

① 幅度：高电平≥（VS-2.5）V；低电平：≤2V ② 宽度：无C12:#30μS左右；有C12：（400 600）μS╱nF ~

③ 最大输出能力：55mΑ（流出脉冲电流）

8）2＃3＃4＃7＃脉冲电压输出端输出能力：≤2mΑ （灌入脉冲电流） 9）封装：采用16脚塑料双列直插封装 10）允许使用温度：-10°C ~ 70°C。

2. 图7-5中的RP1、RP2、RP3为N1、N2、N3⑨脚引脚的可变电阻，它们是用来调节三相锯齿波的斜率的。

3. 图中SA、SB、SC为三相同步电压，它由同步变压器USΑ、USB、USC三端引入，经阻容滤波电路将使相位滞后40°左右后，送往N1、N2、N3的⑤脚。

由于阻容值有误差，移相角度会有差异，会使三相触发波形不对称。因此在各相同步电压输入处，再增设一可变电阻（22KΩ），以调节移相相位，使三相输出电压相位对称互差120°。

4. 控制电压UC同时经限流电阻送往N1、N2、N3的（11）脚（去与锯齿波进行比较）。

5. 图中集成电路N0为CD4011，它是四个2输入与非门，由它构成的电路，

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由图8－8所示，是一个他激式（“0”有效）环形振荡器。

+12V121310KΩ5⑦89&1060.1μfCD4011&0.1μf412+12V116.8KΩ51KΩ&3⑥10KΩ0πt0nt

图8-8 环形振荡器

此电路从N1~N3的⑦脚接收到KC785输出的脉冲信号，经电路形成振荡后，通过⑥脚（6脚为N1~N3的脉冲信号禁止端）使KC785输出的脉冲变成脉冲列（脉冲列的前沿陡，幅值高，功耗小）。脉冲列的频率为（5~10）KHz。

6. 图中N4为KC41C，它的内部结构原理示意图和应用实例，见图7-9。它的作用是对N1~N3经14、15脚输出的基本脉冲，通过输入二极管再产生一个补脉冲。例如2*脚输入脉冲时，它通过二极管D1同时给V1基极送出一个脉冲信号，使VT2、VT1能同时导通。参见图8-9α）。图中V7为电子开关，当7*脚为“0”时，V7截止，各路将有脉冲输出；当7*脚为“1”（悬空）时，由16*脚输入的+15V电压，将使V7导通，将输出通路封锁（置零）。因此将7*脚引出，作封锁信号CR（输入“1”信号）。元件中的稳压管提供阀值电压，以防止误触发。元件的16*脚接+15V电源，8*脚接地。

7. 由KC41C输出的触发脉冲，经功率放大，再经脉冲变压器，送往VT1~VT6六个晶闸管的G、K极。

8. 在图8-5中，在脉冲变压器一次侧续流（二极管）回路中，串接一个18V的稳压管，是为了使脉冲电流迅速减小（以增加脉冲后沿陡度），而过电压又不致过大（<18V）。

9. 此电路的供电电源有+12V、+15V和+24V三组，不要搞错。

1216D1V1V2151413+15VA0C0B0A0C0B03DK4X6(3DG27)34V3V4125V511161514131211109KC41C1234567Q86V610V787

图8-9 KC41C内部结构原理图示意图和应用实例

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四、实验内容

4. 三相晶闸管触发电路整定。

5. 三相全控桥式整流电路单电阻负载测量。

五、实验内容与实验步骤

1. 将整流变压器联成Dy11接法，将同步变压器联成Yy10接法，不接负载。将它们的一次侧接上127V电源，用示波器测量UΑ1, UΑ和USΑ的幅值与波形，观察后者是否较前者超前30°。同时测量±12V电源电压是否正常。

2. 切断电源，将整流变压器输出UΑ、UB、UC分别接入主电路的L1、L2和L3输入端。

3. 在主电路的输出端U1和U2间接上一电阻负载（YL005可变器） 4. 触发电路接上+12V,+15V及+24V电源，输入同步电压（16.5V），控制电压UC端接在稳压电源上，Uc在0~8V间进行调节，先使UC为4V左右，用万用表及示波器，观测N1的⑩脚（锯齿波）及14、15脚的输出（双脉冲列）的幅值与波形。

由图8-7可见，当控制电压 UC（即图中V11）为最小时，a为最小，此时输出电压为最大。反之，当UC≈8V时，触发脉冲消失，Ud=0。

调节RP1，使N1锯齿波的幅值为7.8~7.9V，当UC1增大到最大（8V左右）时，再适当调节RP1，使N1的脉冲刚好消失。

5. 再以N1的锯齿波为基准，调节RP2和RP3，使N2和N3锯齿波的斜率与N1

相同（用示波器观察）。

6. 调节控制电压Uc，使Uc由0→8V，观察脉冲的移相范围。并测量6个触发脉冲，是否互差60°，并记录下触发脉冲的波形。

7. 测量N4的10#~ 15# 脚的输出脉冲的幅值与相位。若各触发脉冲正确无误（如图7-2所示）。则在切断电源后，将脉冲变压器的输出接到对应的六个晶闸管的G、K极。

8. 合上电源，观测电阻负载上的电压的数值与波形，调节UC的大小，使控制角α分别为30°、60°、90°及120°，记录电压的平均值与波形。

9. 调节变阻器及UC使电流Id=1Α,测量电流互感器输出的电压数值。（I1与I2间或I2与I3间）。

10. 测量α＝60°时，VT1元件K、A间的电压波形。

11. 若6只晶闸管中，有一只（设VT2损坏—除去它的触发脉冲）重新测量Ud的幅值与波形，并从晶闸管的波形去判断该元件是否正常。

六、实验注意事项

1. 由于这为一大型实验，涉及许多理论知识，因此实验前要复习电力电子课程的相关基础知识，并仔细阅读实验指导书，列出实验步骤。

2. 由于实验连线较多，因此，应连好一单元，检查一单元，并测试是否正常。只有在确保各单元工作正常无误的情况下，才可将各单元连接起来。

3. 实验中有多处要用示波器进行比较测量，要注意找出两个探头公共端的接线处，否则很易造成短路。

七、实验报告

1. 记下电源UΑ1、整流变压器UΑ、同步变压器输出电压USΑ的平均值与

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波形，以及它们间的相位差。

2. VT1~VT6管的触发脉冲的幅值、波形及相位。 3. 电阻负载在α＝30°，α＝60°和α＝90°时的电压的数值及波形，以及它们的平均值与计算值是否一致。

4. 在α＝60°时，VT1元件K、Α两端的电压波形。

5. 若VT2损坏，Α、K两端的电压波形是怎样的？对波形进行分析，指出正常的与不正常的地方，并分析形成原因。

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实验九 双闭环三相晶闸管全控桥式整流直流调速系统实验

一、实验目的

1. 理解双闭环直流调速系统的结构特点、工作原理和保护环节的作用； 2. 掌握双闭环直流调速系统各单元的联接和整定；

3. 学会双闭环直流调速系统的调试、性能分析和故障排除； 4. 测定双闭环直流调速系统的机械特性。

二、实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 型号 YL015三相晶闸管全控桥式电路单元 YL016三相晶闸管KC785集成触发电路 YL017 电流调节器、速度调节器及过电流保护电路 YL003 隔离变压器与同步变压器单元 YL004直流电源单元 双踪示波器 备注 6只单相晶闸管组成的单相桥式整流电路 6路脉冲输出 包含SR、PI调节等 0-999Ω可调 包含±5V±12V±15V＋20V＋24 V电源 自备 三、实验电路

1. 电流调节器与速度调节器电路电路如图9-1所示；

图9-1单相半控桥整流电路

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整流变压器及同步变压器电路见图8－3。 三相集成触发电路见图8－5。

以上电路的工作原理见实验（八）说明

电流调节器和速度调节器，见图9-1。现对图9-1所示各环节再作一些说明：

① 图中运放器U2构成的电路为电流调节器，它是在比例积分调节器的基础上，还可增加一个510KΩ的反馈电阻，以利电流环的稳定。它输出电压的极性为正，8.2V稳压管为正向限幅。3.3KΩ电位器整定增益，470Ω电阻为防止增益过大。

② 图中运放器U1构成的电路为速度调节器，它是比例积分调节器。同理，它还可增加一个1MΩ的反馈电阻，也是为了速度环的稳定。输入端的RC滤波环节，主要为了滤掉干扰信号，并增加缓冲作用，它输出电压的极性为负，8.2V稳压管为反向限幅，其给定电压为0→8V。在运放器输入端还设置了一个由-12V电压、2MΩ和5.1KΩ电阻组成的分压电路，提供一个-0.03V负偏置电压，以防止干扰信号引起误动动作。

③ 图中运放器U3为反相器（输出电压极性为负），它与8.2V稳压管，2KΩ电阻及+12V电源为触发电路提供0→8.2V的给定电压。

④ 图中I1、I2和I3为三相电流互感器的输出，它们经由肖特基二极管构成的三相桥式整流后，成为电流反馈的直流信号。68Ω电位器整定电流信号电压，使电枢电流Id=1.0Α时，UI= 0.15V（±75mv）。此信号经阻容滤波后，送往运放器U4的输入端，U2A可以是一个比例调节器，也可改成一惯性调节器，它输出的电流信号的极性为正，与速度调节器输出的负极性电压比较，构成负反馈，送往电流调节器。

⑤ 与此同时，由U4调节器输出的电流信号，还送往由运放器U5构成的比较器的（+）端，去与由+12V电源、15KΩ及RP8电阻构成的基准电压（比较器的（-）端）去进行比较。（此基准电压代表截至电流的数值）。当电流信号大于基准电压（意味着电流超过了截至电流）时，则比较器立即输出饱和电压（+11V）（正极性），送往电流调节器输入端，导致电流调节器使电流迅速下降，从而起到电流截至保护作用（作用时间仅为10ms），（否则为100 ms）。而且U5还有自锁作用（由二极管及2KΩ电阻构成的正反馈）。若不断开电源，排除故障，系统不会工作。

电流环电流互感器整流电路UTA2. 3. 4. 5.

给定-给定电位器RP1USn+-Ufn=αnΔUn速度调节器ASRUSi+Ufi=βIdΔUi电流调节器ACRUc触发电路整流电路Ud电动机 Mn(转速）速度环触发电路 TG图9-2 转速双闭环直流调速系统框图

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⑥ 由上述分析可见，由U4构成的为电流负反馈环节，起限流作用；而由U5构成的为电流截止负反馈环节，起过电流保护作用（需断电复位）。

⑦ 双闭环直流调速系统的示意图如图9-2所示。 由图可见，速度和电流双闭环调速系统是由速度调节器ASR和电流调节器ACR串接后分成两级去进行控制的，即由ΑSR去“驱动”ΑCR，再由ΑCR去“驱动”触发器。电流环为内环，速度环为外环。ΑSR和ΑCR在调节过程中起着各自不同的作用：

（A） 电流调节器ACR的作用：稳定电流，使电流保持在Id≈Usim╱β的数值上。从而：

① 依靠ΑCR的调节作用，可限制最大电流，Id≤Usim╱β，式中β为电流反馈系数，Usim为电流调节器给定电压的最大值，调节RP4,即可调节Usim的大小。亦即调节最大电流Idm的数值。

② 当电网波动时，ARC维持电流不变的特性，使电网电压的波动，几乎不对转速产生影响。

（B） 速度调节器ASR的作用：稳定转速，使转速保持在n≈ Usn /α的数值上。式中Usn为转速调节器的给定电压，α为转速反馈系数，因此在负载变化（或参数变化或各环节产生扰动）而使转速出现偏差时，则靠ΑSR的调节作用来消除速度偏差，保持转速恒定。式中Usn为速度调节器的给定电压，调节RP1，即可调节Usn的大小，亦即调节转速的大小；α为转速反馈系数，整定RP2，即可整定 α的数值，整定α是为了整定Usn为最大时的转速（通常为额定转速）。

四、实验内容

1. 锯齿波同步触发电路的调试。

2. 单相桥式半控整流电路带电阻性负载。 3. 单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。

五、实验内容与实验步骤

a) 对双闭环直流调速系统进行调试时，要列出调试大纲，调试的顺序大致是：

①先单元，后系统；②先控制回路，后主电路；③先检验保护环节，后投入运行；④通电调试时，先电阻负载，后电机负载；⑤先调内环（电流环），后调外环（速度环）；⑥对PI调节器，一般先将反馈电容短接，或与反馈RC并—高

~ 值电阻200KΩ~2MΩ（此系统可选择并联高值电阻）。⑦调试时，加给定电压，

要从低到高，逐步加大；⑧要从空载→轻载→额定负载，逐步增大）。 b) 这里采取先实验（八），后实验（九），基本上体现了上述原则，因此本实验是在电力电子实验（八）的基础上进行的，所以要首先完成实验（八）的全部接线和实验内容。在此基础上：再切断供电电源。加入电流调节器与速度调节器YL017单元；以YL017单元的输出电压UC，取代原先的给定电源；对YL017单元，加上±12V电压及公共线，在给定电压处，接入RP1输出的US电压。在I1、I2和I3处接入电流反馈信号；在Ufn 接入由直流机组输出的转速负反馈信号Un[注意其极性，应将（-）端接Ufn，（+）端接地]；从而完成YL017单元的联线，并接上±12V电源。

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c) 电流环的调试与整定。

由于电流负反馈与电流截止负反馈在此处会相互作用，所以要分别加以整定。事实上，只有当前者失效后，后者才起作用；所以，还是先调电流负反馈环节，调好后折去，再调电流截止负反馈。待两个分别都调试好以后，再同时接上去。

下面分别介绍如下：

1. 先以变阻器（可选择≥2A/100Ω滑动变阻器，非标配器件）作负载，并

置滑动触点于电阻为最大值，串入电流表（2Α档），然后接在主电路输出端。

2. 转速负反馈电压Ufn暂不接入。调节RP1，使给定输入一个很小的电压

（1.5V左右），使速度调节器U1的1#脚输出为负限幅值（-8.2V左右）。 3. 电流负反馈环节整定（0.01μF滤波电容暂不接入）。 1) 调节RP4↑↓→输出（-2.6V）左右。

2) 调节负载电阻R↑↓→Id=1.2IN=1.4Α（取IN=1.2Α） 3) 调节RP6↑↓→UI≈150mV。（UI为RP6两端电压） 4) 调节RP7↑↓→Ufi≈2.5V.( Ufi为U4输出)

5) 将Ufi接入U2输入端，再适当整定RP4与RP7以及调节负载电阻，使Id保持1.4Α。

6) 在完成上述过程后，人为减小负载电阻，由于电流环的作用，电动机的电枢电流应保持不变。即Id=1.2IN=1.4A保持不变。（整定毕）

2. 电流截止负反馈环节的整定。 1) 保持RP4与RP7位置不变。 2) 在U2输入端折去Ufi信号。

3) 调节负载电阻R↑↓→Idm=1.5IN=1.5×1.2Α＝1.8Α。 4) 测量U4输出，此时Ufi约为4.0V左右。 5) 调节RP8→使分压处电位U0≈Ufi（ U0≤Ufi）。（U0为电位器RP8上端电位） 6) 将Ufi接入在U5正相输入端2KΩ处。

7) 调节RP8↑↓→使U5处于翻转边缘（翻转时，输出由0V→+11V）。 8) 将U5输出接入U2输入端，控制电路应截止。（整定毕）（若发现直直流流电动机起动时，电流截止负反馈环节使控制电路截止，则意味着截止电流Idm整定值过小，可适当增大Idm值。或暂不接入此环节）。 d) 速度环的调试与整定。

1. 将直流电动机电枢串100~200Ω变阻器（作启动电阻），串接在直流电源上（开机前，使电压为最小，以防启动时冲击电流过大），然后逐步加大电压（由0V→90V），使电动机转速达到额定转速（1000r╱min）。

2. 将测速发电机输出Un经分压后（10V左右）接到图8-1的接线端（注意极性），调节RP2，使分压后的输出Ufn=7.5V左右。至此测速反馈环节整定完毕。

3. 将直流电动机取代变阻器作主电路负载。并完成测功机与测速、测矩测功仪的接线。

4. 先将RP1调至最低（OV），再一次检查各单元之间的联线有无差错，若正确无误，且接线牢靠，则接通电源。（以上步骤连线可参考图9-4）

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5. 调试时，若电流环振荡，可在电流调节器反馈阻抗两端并接一个510KΩ电阻。（U4反馈电容可暂不接入）。若速度环振荡，可在速度调节器反馈阻抗两端并接一个1MΩ电阻。

6. 若系统运行正常，电动机电枢的电压、电流波形见图9-3。

图9-3 电机电枢电压和电枢电流波形图（电源断续）

图9-4双闭环直流调速系统整体连线图

e) 机械特性测定

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1. 电机在一定的电压下（如Ud=110V），，由测功机加载，调节测功机输出电流，即可调节加载阻力转矩的大小（见实验二加载步骤）。实验时，使电动机电流分别为空载（0.25A左右）、0.4A、0.6A、0.8A、1.0A和1.2A，同时记录下对应的电机转矩、转速。

Ud＝110V时

电机电流Id(Α) 负载转矩T（mN.m） 电机转速n(r╱min) 空载 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 2. 调节RP1，使电机电压分别为Ud＝80V，Ud＝50V，重复上述实验，并记录下有关数据。

f) 记录下，Ud＝110V、Ud=80V及Ud＝50V时，不同负载时的电压与电流波形。 下图为转速、电流双闭环直流调速系统实测的机械特性曲线（仅供参考）。

六、实验注意事项

1. 实验（八）所列的注意事项；

2. 对指导书中的叙述仔细阅读，认真领会，写好调试大纲与实验步骤； 3. 要逐步调试，发现问题，要结合所学理论知识，进行研究与探讨，加以解决。问题解决前，不要急于去做完实验。因为调试过程的故障分析与排除，能有效地提高分析能力与实践能力。

七、实验报告

1. 记录系统调试至正常运行状态的主要步骤与调试过程。 ①如何整定电流环。 ②如何整定速度环。

2. 电动机在空载和额定负载时的电压波形与电流波形（设Ud＝110V、Ud＝

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50V两种状况）。

3. 在Ud＝110V、Ud=80V及Ud＝50V时，直流调速系统的机械特性曲线n=f

（T）及n=f（Id）。

4. 在空载时，对应不同电压时的转速曲线n=f（Ud）

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