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电力电子技术实验报告答案(仅供参考)
第三章电力电子技术实验本章节介绍电力电子技术基础的实验内容，其中包括单相、三相整流及有源逆变电路，直流 斩波电路原理，单相、三相交流调压电路，单相并联逆变电路，晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸 管(GTO)、功率三极管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)等新器件 的特性及驱动与保护电路实验。实验一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 序号 1 2 3 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK03-1 晶闸管触发电路 双踪示波器 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。 自备三、实验线路及原理 单结晶体管触发电路的工作原理已在1-3节中作过介绍。 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 阅读本教材 1-3 节及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。 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否达到 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，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，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，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°范围内移相? (2)单结晶体管触发电路各点波形的记录1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，并与图1-9 的各波形进行比较。 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。 1点波形oooo2点波形3点波形4点波形5点波形九、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。2实验二正弦波同步移相触发电路实验一、实验目的 (1)熟悉正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。 (2)掌握正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK03-1 晶闸管触发电路 双踪示波器 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含 “正弦波同步移相触发电路” 等模块。 自备三、实验线路及原理 正弦波同步移相触发电路的原理在1－3节已作介绍。电路分脉冲形成、同步移相、脉冲放大 等几个环节，具体工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。 四、实验内容 (1)正弦波同步移相触发电路的调试。 (2)正弦波同步移相触发电路中各点波形的观察。 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正弦波同步移相触发电路的内容， 弄清正弦 波同步移相触发电路的工作原理。 (2)掌握脉冲初始相位的调整方法。 六、思考题 (1)正弦波同步移相触发电路由哪些主要环节组成? (2)正弦波同步移相触发电路的移相范围能否达到180°? 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。 “DZSZ-1型电机及自动控制实验装置” 在 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， 用双踪示波器观察正弦波触发电路各观察点的电压波形， 并与图1-11中各点波形 相比较。 (2)确定脉冲的初始相位 当Uct=0时（将RP1电位器逆时针旋到底），调节Ub(调RP2)，使U4波形与图3-1中的TP4波形相 同，使得触发脉冲的后沿接近90°。 (3)保持RP2电位器不变，顺时针旋转RP1（即逐渐增大Uct），用示波器观察同步电压信号及 输出脉冲“5”点的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。 (4)调节Uct(调RP1)，使α =60°，观察并记录面板上观察点“1”～“5”及输出脉冲“G1”、 “K1”的电压波形及其幅值。调节RP3，观测“5”点脉冲宽度的变化。 八、实验报告 (1)画出α =60°时，观察点“1”～“5”及输出脉冲电压的波形。31点波形2点波形3点波形4点波形5点波形(2)指出Uct增加时,α 应如何变化?移相范围大约等于多少度?指出同步电压的哪一段为脉冲 移相范围。 (3)分析RP3对输出脉冲宽度的影响。4九、注意事项 (1)参见本教材实验一的注意事项。 (2)由于正弦波触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如需将α 调节到逆 变区，除了调节RP1外，还需调节RP2电位器。 (3)由于脉冲“G”、 “K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G” 和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω 左右阻值的电阻接到“G”、“K”两 端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。实验三锯齿波同步移相触发电路实验5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。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK03-1 晶闸管触发电路 双踪示波器 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。 自备三、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。 “DZSZ-1型电机及自动控制实验装置” 在 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 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6(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GK波形7(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。实验四西门子TCA785集成触发电路实验一、实验目的 (1)加深理解锯齿波集成同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 (2)掌握西门子的Tca785集成锯齿波同步移相触发电路的调试方法。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 型 DJK01 电源控制屏 DJK03-1 晶闸管触发电路 号 备 注该控制屏包含“三相电源输出”等 几个模块。 该挂件包含“单相集成触发电路” 等模块。83双踪示波器自备三、实验线路及原理 四、实验内容 (1)Tca785集成移相触发电路的调试。 (2)Tca785集成移相触发电路各点波形的观察和分析。 五、预习要求 阅读有关Tca785触发电路的内容，弄清触发电路的工作原理。 六、思考题 (1)Tca785触发电路有哪些特点? (2)Tca785触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关? 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。 “DZSZ-1型电机及自动控制实验装置” 在 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；用双踪示波器一路探头观测15V的同步电压信号，另一路探头观察Tca785触发 电路，同步信号“1”点的波形，“2”点锯齿波，调节斜率电位器RP1，观察“2”点锯齿波的斜 0 率变化， “3”、 “4”互差180 的触发脉冲；最后观测输出的四路触发电压波形，其能否在30°～ 170°范围内移相? 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“2”点的锯齿波波形，调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。 ③观察“3”、“4”两点输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与宽度。 (2)调节触发脉冲的移相范围 调节RP2电位器，用示波器观察同步电压信号和“3”点U3的波形，观察和记录触发脉冲的移 相范围。 (3)调节电位器RP2使α =60°，观察并记录U1～U4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” “t/DIV” 和 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，α =60°时 1点波形2点波形93点波形4点波形(2)讨论、分析实验中出现的各种现象。 九、注意事项 参照实验一的注意事项。10实验五单相半波可控整流电路实验一、实验目的 (1)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 (2)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、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 备 注 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 万用表 自备 自备 该控制屏包含“三相电源输出”“励磁电源”等几个模块。 ， 该挂件包含“晶闸管” ，以及“电感”等几个模块。 该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。 该挂件包含“二极管”等几个模块。三、实验线路及原理 单结晶体管触发电路的工作原理及线路图已在1-3节中作过介绍。 将DJK03-1挂件上的单结晶 体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和 阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图中的R负载用D42三相可调电阻， 将两个900Ω 接成并联形式。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有 100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验中选用700mH。直流电压表及直流电流表从DJK02挂 件上得到。 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并记录。 (3)单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2= f(α )特性的测定。 (4)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、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。11(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。 六、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? 七、实验方法 (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?图3-6 单相半波可控整流电路 (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3-6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 U2(V) Ud（记录值） Ud/U2 Ud（计算值） 90.7 72.9 48.6 24.3 6.5 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 。 -1 VD1，在不同阻抗角[阻抗角 φ =tg (ω L/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 U2 Ud(记录值） 88 30° 216 681230° 216 90 7260° 216 4890° 216120° 216 23.5150° 216 7.160° 216 4590° 216 21120° 216150° 216 4.7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。 计算公式: Ud = 0.45U2(l十cosα )/2 八、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。 电阻性负载时电阻电感性负载时(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。 九、注意事项 (1)参照实验一的注意事项。13(2)在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相触发 电路来完成实验。 (3)在实验中，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，避免误触发。 (4)为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点： 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。 ②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。 ③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。 (5)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。 (6)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。 (7)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。实验六单相桥式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、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 备 注 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 万用表 三、实验线路及原理14该控制屏包含 “三相电源输出” ， “励磁电源” 等几个模块。 该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。 该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。 该挂件包含“二极管”等几个模块。 自备 自备本实验线路如图3-7所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK03-1挂件上，它们由同一 个同步变压器保持与输入的电压同步， 触发信号加到共阴极的两个晶闸管， 图中的R用D42三相可 调电阻，将两个 900Ω 接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld 在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电流表 从DJK02挂件获得。图3-7 单相桥式半控整流电路实验线路图 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。 (4)单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做）。 五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。 (2)了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用。 六、思考题 (1)单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象? (2)在加续流二极管前后，单相桥式半控整流电路中晶闸管两端的电压波形如何? 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，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“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。 (2)锯齿波同步移相触发电路调试：其调试方法与实验三相同。令Uct=0时（RP2电位器顺时针 o 转到底）α ＝170 。 (3)单相桥式半控整流电路带电阻性负载：15按原理图3-7接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮， 用示波器观察负载电压Ud、 晶闸管两端电压UVT和整流二极管两端电压UVD1的波形， 调节锯齿波同步 移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在不同α 角时Ud、UVT、UVD1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 Ud/U2 Ud(计算值) 181．7 146．2 99 49．7 13．4 30° 216．4 60° 216．6 144．3 98 90° 218．6 45 120° 221．2 150° 222．5 13．46Ud(记录值) 180．2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，将负载换成将平波电抗器Ld(70OmH)与电阻R串联。 ②不接续流二极管VD3，接通主电路，用示波器观察不同控制角α 时Ud、UVT、UVD1、Id的波形， 并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中： α U2 Ud/U2 Ud(计算值) 181．7 146．2 99 30° 216．4 143 60° 216．6 96 90° 218．Ud(记录值) 176③在α =60°时，移去触发脉冲(将锯齿波同步触发电路上的“G3”或“K3”拔掉)，观察并 记录移去脉冲前、后Ud、UVT1、UVT3、UVD1、UVD2、Id的波形。 ④接上续流二极管 VD3，接通主电路，观察不同控制角 α 时 Ud、UVD3、Id 的波形，并测定相 应的 U2、Ud 数值⑤在接有续流二极管 VD3 及 α =60°时，移去触发脉冲(将锯齿波同步触发电路 上的“G3”或“K3”拔掉)，观察并记录移去脉冲前、后 Ud、UVT1、UVT3、UVD2、UVD1 和 Id 的波形。 (5)单相桥式半控整流电路带反电势负载（选做） 要完成此实验还应加一只直流电动机。 ①断开主电路，将负载改为直流电动机，不接平波电抗器 Ld，调节锯齿波同步触发电路上的 RP2 使 Ud 由零逐渐上升，用示波器观察并记录不同 α 时输出电压 Ud 和电动机电枢两端电压 Ua 的 波形。 ②接上平波电抗器，重复上述实验。 八、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。16α =30°时阻性负载波形α =30°时阻感性负载波形α =30°时 UVT 波形α =60°时阻性负载波形α =60°时阻感性负载波形α =60°时 UVT 波形17α =90°时阻性负载波形α =90°时阻感性负载波形α =90°时 UVT 波形九、注意事项 (1)参照实验四的注意事项。 (2)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。 (3)带直流电动机做实验时， 要避免电枢电压超过其额定值， 转速也不要超过1.2倍的额定值， 以免发生意外，影响电机功能。 (4)带直流电动机做实验时，必须要先加励磁电源，然后加电枢电压，停机时要先将电枢电 压降到零后，再关闭励磁电源。18实验七单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、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 备 注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 万用表该控制屏包含“三相电源输出”“励磁电源”等几个模块。 ， 该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。 该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。 该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 等模块。 自备 自备三、实验线路及原理 图3-8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900 Ω 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Ⅰ”和“Ⅱ”。 图3-9为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电 源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。“三相不控整流” 是DJK10上的一个模块， “心式变压器”在此做为升压变压器用， 其 从晶闸管逆变出的电压接 “心 式变压器”的中压端Am、Bm，返回电网的电压从其高压端A、B输出，为了避免输出的逆变电压过 高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相 同。 有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。 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、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。19(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。 六、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? 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°。 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20图3-9 单相桥式有源逆变电路实验原理图 (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。 α U2 30° 216.4 60° 216.6 146.3 146.2 103 98.37 90° 218.6 45 47 120° 222.5Ud（记录值） 182.2 Ud（计算值） 18407计算公式:Ud＝O.9U2(1+cosα )/2 (3)单相桥式有源逆变电路实验 按图3-9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 β Ud（记录值） 90 30° 50 60° 0 90°(4)逆变颠覆现象的观察 调节Uct,使α =150°，观察Ud波形。突然关断触发脉冲（可将触发信号拆去），用双踪慢扫 描示波器观察逆变颠覆现象，记录逆变颠覆时的Ud波形。 八、实验报告 (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21α =120°Ud 的波形α =30°Uvt 的波形α =60°Uvt 的波形α =90°Uvt 的波形α =120°Uvt 的波形22九、注意事项 (1)参照实验四的注意事项 (2)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。 (3)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。实验八一、实验目的三相半波可控整流电路实验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、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 型 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 自备23号备注该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放” 等几个模块。 该挂件包含“给定”等模块。7万用表自备三、实验线路及原理 三相半波可控整流电路用了三只晶闸管， 与单相电路比较， 其输出电压脉动小， 输出功率大。 不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有 1/3 时间有电流流过， 变压器利用 率较低。图 3-10 中晶闸管用 DJK02 正桥组的三个，电阻 R 用 D42 三相可调电阻，将两个 900Ω 接成并联形式，Ld 电感用 DJK02 面板上的 700mH，其三相触发信号由 DJK02-1 内部提供，只需在 其外加一个给定电压接到 Uct 端即可。直流电压、电流表由 DJK02 获得。图 3-10 三相半波可控整流电路实验原理图 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、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。 六、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？ 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。24④观察A、 C三相的锯齿波， B、 并调节A、 C三相锯齿波斜率调节电位器 B、 （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， 20 芯的扁平电缆， DJK02-1 的 用 将 “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 按图3-10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 U2 Ud（记录值） Ud/U2 Ud（计算值） 127．6 85 42．5 (0～30 )O30° 126 129 8760° 126 4490° 126 13120° 126 0 0150° 12611．4计算公式:Ud＝1.17U2cosα Ud=0.675U2[1+cos(a+? )] 6(30 ～150 )oo(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 o 的输出波形，并记录相应的电源电压 U2 及 Ud、Id 值，画出α ＝90 时的 Ud 及 Id 波形图。 α U2 Ud/U2 Ud（计算值） 127．6 85 42．5 11．4 126 Ud（记录值） 125 30° 126 83 60° 126 40 90° 126 10 120°八、实验报告 o 绘出当 α ＝90 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。 o α ＝90 阻性25α ＝90 阻感性时o九、注意事项 (1)可参考实验六的注意事项 (1)、(2)。 (2)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。实验九一、实验目的三相半波有源逆变电路实验研究三相半波有源逆变电路的工作，验证可控整流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。二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 号 备 注 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 万用表 三、实验线路及原理26该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含 “触发电路” ,“正反桥功放”等几个模块。 该挂件包含“二极管”等模块。 该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 。 自备 自备其工作原理详见电力电子技术教材中的有关内容。 晶闸管可选用 DJK02 上的正桥，电感用 DJK02 上的 Ld=700mH，电阻 R 选用 D42 三相可调电 阻，将两个 900Ω 接成串联形式，直流电源用 DJK01 上的励磁电源，其中 DJK10 中的心式变压器 用作升压变压器使用，变压器接成 Y/Y 接法，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。直流电压、电流表均在 DJK02 上。图 3-11 三相半波有源逆变电路实验原理图 四、实验内容 三相半波整流电路在整流状态工作下带电阻电感性负载的研究。 五、思考题 (1)在不同工作状态时可控整流电路的工作波形。 (2)可控整流电路在β ＝60 和β ＝90 时输出电压有何差异？。 六、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、 C三相的锯齿波， B、 并调节A、 C三相锯齿波斜率调节电位器 B、 （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 =120°(注意此处的α 表示三相晶闸管电路中的移相角，o o27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， 20 芯的扁平电缆， DJK02-1 的 用 将 “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)三相半波整流及有源逆变电路 ①按图 3-11 接线，将负载电阻放在最大阻值处，使输出给定调到零。 o ②按下“启动”按钮，此时三相半波处于逆变状态，α =150 ，用示波器观察电路输出电压 Ud 波形，缓慢调节给定电位器，升高输出给定电压。观察电压表的指示，其值由负的电压值向零 o 靠近，当到零电压的时候，也就是α =90 ，继续升高给定电压，输出电压由零向正的电压升高， O o o o o 进入整流区。在这过程中记录α =30 、60 、90 、120 、150 时的电压值以及波形。 α U1 64 30O60 40O90 0O120 -32O150 -63O七、实验报告 (1)画出实验所得波形图。(2)对可控整流电路在整流状态与逆变状态的工作特点作比较。 八、注意事项 (1)可参考实验六的注意事项的(1)、(2)。 o o o (2)为防止逆变颠覆，逆变角必须安置在 90 ≥β ≥30 范围内。即 Uct＝0 时，β ＝30 ,调整 Uct 时，用直流电压表监视逆变电压，待逆变电压接近零时，必须缓慢操作。 (3)在实验过程中调节β ， 必须监视主电路电流， 防止β 的变化引起主电路出现过大的电流。 (4)在实验接线过程中，注意三相心式变压器高压侧的和中压侧的中线不能接一起。 (5)有时会发现脉冲的相位只能移动 120°左右就消失了，这是因为触发电路的原因，触发 电路要求相位关系按 A、B、C 的排列顺序，如果 A、C 两相相位接反，结果就会如此，对整流实 验无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到 120°，实验效果不明显，用户可自行将四芯插头28内的 A、C 相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围。实验十三相桥式半控整流电路实验一、实验目的 (1)了解三相桥式半控整流电路的工作原理及输出电压，电流波形。 (2)了解晶闸管在带电阻性及电阻电感性负载，在不同控制角α 下的工作情况。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 备 注 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 万用表 自备 自备 该挂件包含 “触发电路” ,“正反桥功放” 等几个模块。 该挂件包含“二极管”等模块。 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。三、实验线路及原理 在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路更简 单、 经济的三相桥式半控整流电路。 它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三 相半波不可控整流电路串联而成， 因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。 共阳极组三个整 流二极管总是在自然换流点换流， 使电流换到比阴级电位更低的一相， 而共阴极组三个晶闸管则 要在触发后才能换到阳极电位高的一个。输出整流电压 Ud 的波形是三组整流电压波形之和，改 变共阴极组晶闸管的控制角α ，可获得 0～2.34U2 的直流可调电压。 具体线路可参见图 3－12。其中三个晶闸管在 DJK02 面板上，三相触发电路在 DJK02-1 上, 二极管和给定在 DJK06 挂箱上，直流电压电流表以及电感 Ld 从 DJK02 上获得，电阻 R 用 D42 三 相可调电阻，将两个 900Ω 接成并联形式。29图 3-12 三相桥式半控整流电路实验原理图 四、实验内容 (1)三相桥式半控整流供电给电阻负载。 (2)三相桥式半控整流供电给电阻电感性负载。 (3)三相桥式半控整流供电给反电势负载。 （选做） (4)观察平波电抗器的作用。 （选做） 五、思考题 (1)维什么说可控整流电路供电给电动机负载与供电给电阻性负载在工作上有很大差别? 答:可控硅的重要特性就是必须电流过零时才能关断。电阻负载的电流和电压是同相位的， 电压过零时电流也同时过零，所以导通角=180° -触发角（单相的情况） ，在整个波形的任意角度 都可以触发并可控；而电机是一个感性负载，电流的相位滞后于电压，电压过零时电流不一定过 零，使可控触发的角度大大减小，三相整流时的情况更为突出，超过可控相角范围往往使可控硅 失控。 (2)实验电路在电阻性负载工作时能否突加一阶跃控制电压？在电动机负载工作时呢？答:我认为都是可以的,因为你没有要求响应速度,无论阻性负载还是电机负载,加 阶跃无非就是启动,是可以的.另外三相桥式半控整流电路本身也有多种,带反馈不带? 有无调节器?不同的控制电路会有不同的效果,当然,对阻性负载无所谓.六、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、 C三相的锯齿波， B、 并调节A、 C三相锯齿波斜率调节电位器 B、 （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 =120°(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。30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， 20 芯的扁平电缆， DJK02-1 的 用 将 “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)三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的特性测试。 按图 3-12 接线，将给定输出调到零，负载电阻放在最大阻值位置，按下“启动”按钮，缓 o o o o 慢调节给定，观察 α 在 30 、60 、90 、120 等不同移相范围内，整流电路的输出电压 Ud,输出电 流 Id 以及晶闸管端电压 UVT 的波形，并加以记录。 (3)三相半控桥式整流电路带电阻电感性负载。 将电抗 700mH 的 Ld 接入重复（1）步骤。 (4) 接上平波电抗器，重复上述实验。（选做 七、实验报告 (1)绘出实验的整流电路供电给电阻负载时的 Ud=f(t)，Id=f(t)以及晶闸管端电压 UVT＝f(t) 的波形。 o o (2)绘出整流电路在 α ＝60 与 α ＝90 时带电阻电感性负载时的波形。 α ＝60 电阻性负载波形oα ＝60 电阻电感性负载波形oα ＝60 Uvt 波形 Uvtoα ＝90 时电阻性负载波形o31α ＝90 时电阻电感性负载波形oα ＝90 Uvt 时波形o八、注意事项 可参考实验六的注意事项(1)、(2)32实验十一三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。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 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 万用表 自备 自备 该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。 该挂件包含“二极管”等几个模块。 该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 。 号 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。三、实验线路及原理 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。333-13 相桥式 控整流 路实验 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。 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 三 全 电 原图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。34(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、 C三相的锯齿波， B、 并调节A、 C三相锯齿波斜率调节电位器 B、 （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 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。 α U2 Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值) 255 147．4 (0～60 )O30? 126 256 126 14960? 126 42 39．590?计算公式:Ud=2.34U2cosα Ud=2.34U2[1+cos(a+? )] 3(60 ～120 )35oo(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。 β U2 Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值) -127。6O30? 63 -125 63 -7260? 63 0 090?-73。7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 (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36α =30°UVT的波形α =60°UVT的波形α =90°UVT的波形β =30°Ud波形β =60°Ud波形β =90°Ud波形37β =30°UVT波形β =60°UVT波形β =90°UVT波形β =60°失去一路脉冲时Ud波形38(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。实验十二单相交流调压电路实验(1)一、实验目的 (1)加深理解单相交流调压电路的工作原理。 (2)加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。 (3)了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK03-1 晶闸管触发电路 D42 三相可调电阻 双踪示波器 万用表 自备 自备 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块。 该挂件包含“单相调压触发电路”等模块。三、实验线路及原理 本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。 该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管 电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交 保护、输出电流大等优点。 单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-15所示。39图中电阻R用D42三相可调电阻， 将两个900Ω 接成并联接法， 晶闸管则利用DJK02上的反桥元 件，交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到，电抗器Ld从DJK02上得到，用700mH。图 3-15 单相交流调压主电路原理图 四、实验内容 (1)KC05 集成移相触发电路的调试。 (2)单相交流调压电路带电阻性负载。 (3)单相交流调压电路带电阻电感性负载。 五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握交流调压的工作原理。 (2)学习本教材1-3节中有关单相交流调压触发电路的内容， 了解KCO5晶闸管触发芯片的工作 原理及在单相交流调压电路中的应用。 六、思考题 (1)交流调压在带电感性负载时可能会出现什么现象?为什么?如何解决? (2)交流调压有哪些控制方式? 有哪些应用场合? 七、实验方法 (l)KCO5集成晶闸管移相触发电路调试 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的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用示波 器观察“1”～“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2， 观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到170°，记录上述过程中观察到的各点电压波 形。 (2)单相交流调压带电阻性负载 将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端“G1”、 “K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器 观察负载电压、晶闸管两端电压UvT的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在 不同α 角时各点波形的变化，并记录α =30°、60°、90°、120°时的波形。40(3)单相交流调压接电阻电感性负载 ①在进行电阻电感性负载实验时， 需要调节负载阻抗角的大小， 因此应该知道电抗器的内阻 和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻，如图3-16所示。电抗器的内阻为： RL=UL/I (3-1) 电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图3-17所示。由于电流大时，对电抗器的电感量 影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。图3-16用直流伏安法测电抗器内阻U ZL ? L I图3-17用交流伏安法测定电感量 (3-2)电抗器的电感为L ? Z L ? RL 2?f2 2(3-3)这样，即可求得负载阻抗角 ?L ? ? arct an Rd ? RL 在实验中，欲改变阻抗角，只需改变滑线变阻器R的电阻值即可。 ②切断电源，将L与R串联，改接为电阻电感性负载。按下“启动”按钮，用双踪示波器同时 观察负载电压U1和负载电流I1的波形。调节R的数值，使阻抗角为一定值,观察在不同α 角时波形 的变化情况， 记录α ＞φ 、α = φ 、α ＜φ 三种情况下负载两端的电压U1和流过负载的电流I1 波形。 八、实验报告 (1)整理、画出实验中所记录的各类波形。 触发电路波形（90°）负载两端波形（90°）41(2)分析电阻电感性负载时，α 角与φ 角相应关系的变化对调压器工作的影响。 (3)分析实验中出现的各种问题。 九、注意事项 (1)可参考实验六的注意事项(1)和(2) (2)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。 (3)可以用DJK02-1上的触发电路来触发晶闸管。 (4)由于“G”、“K“输出端有电容影响，故观察触发脉冲电压波形时，需将输出端“G”和 “K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω 左右阻值的电阻接到“G”、 “K”两端， 来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则，无法观察到正确的脉冲波形。实验十五三相交流调压电路实验一、实验目的 (1)了解三相交流调压触发电路的工作原理。 (2)加深理解三相交流调压电路的工作原理。 (3)了解三相交流调压电路带不同负载时的工作特性。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 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 万用表 自备 自备42号备注该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。 该挂件包含“给定”等模块。三、实验线路及原理 交流调压器应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。实验装置中使用双窄脉冲。实验线路如图 3-23所示。图中晶闸管均在DJK02上，用其正桥，将D42三相可调电阻接成三相负载，其所用的交 流表均在DJK01控制屏的面板上。图 3-23 三相交流调压实验线路图 四、实验内容 (1)三相交流调压器触发电路的调试。 (2)三相交流调压电路带电阻性负载。 (3)三相交流调压电路带电阻电感性负载（选做）。 五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握三相交流调压的工作原理。 (2)如何使三相可控整流的触发电路用于三相交流调压电路。 六、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、 C三相的锯齿波， B、 并调节A、 C三相锯齿波斜率调节电位器 B、 （在各观测孔左侧） ， 使三相锯齿波斜率尽可能一致。43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 =180°。 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。yh897 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)三相交流调压器带电阻性负载 使用正桥晶闸管VT1～VT6， 按图3-23连成三相交流调压主电路， 其触发脉冲己通过内部连线 接好，只要将正桥脉冲的6个开关拨至“接通”，“Ulf”端接地即可。接上三相平衡电阻负载， 接通电源，用示波器观察并记录α =30°、60°、90°、120°、150°及180°时的输出电压波形， 并记录相应的输出电压有效值，填入下表: α U(V) 30° 212 60° 193 90° 137.6 120° 79 150° 56 180° 1七、实验报告 (1)整理并画出实验中记录的波形，作不同负载时的U=f(α )的曲线。 α =30°负载波形α =60°负载波形α =90°负载波形44α =120°负载波形α =30°Uvt波形α =60°Uvt波形α =90°Uvt波形α =120°Uvt波形45(2)讨论、分析实验中出现的各种问题。 八、注意事项 可参考实验六的注意事项 (1)、(2)实验十七SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 特性实验一、实验目的 (1)掌握各种电力电子器件的工作特性。 (2)掌握各器件对触发信号的要求。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK06 给定及实验器件 DJK07 新器件特性实验 DJK09 单相调压与可调负载 万用表 自备 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“二极管”等几个模块。三、实验线路及原理 将电力电子器件(包括 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五种)和负载电阻 R 串联后接至直流电 源的两端，由 DJK06 上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触 发导通，从而可测得在上述过程中器件的 V/A 特性；图中的电阻 R 用 DJK09 上的可调电阻负载， 将两个 90Ω 的电阻接成串联形式，最大可通过电流为 1.3A；直流电压和电流表可从 DJK01 电源 控制屏上获得，五种电力电子器件均在 DJK07 挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接 DJK09 上的单相调压器， 然后调压器输出接 DJK09 上整流及滤波电路， 从而得到一个输出可以由调压器 调节的直流电压源。 实验线路的具体接线如下图所示：46图 3-26 新器件特性实验原理图 四、实验内容 (1)晶闸管（SCR）特性实验。 (2)可关断晶闸管（GTO）特性实验。 (3)功率场效应管（MOSFET）特性实验。 (4)大功率晶体管（GTR）特性实验。 (5)绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。 五、预习要求 阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。 六、思考题 各种器件对触发脉冲要求的异同点？ 七、实验方法 (1)按图 3-26 接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将 DJK06 上的给定 电位器 RP1 沿逆时针旋到底，S1 拨到“正给定”侧，S2 拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调 到底， DJK09 上的可调电阻调到阻值为最大的位置； 打开 DJK06 的电源开关， 按下控制屏上的 “启 动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表的读数，当直流电压升到 40V 时，停止调节单 相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；调节给定电位器 RP1，逐步增加给定电压，监视 电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通） ，停止调节，记录给定电压 Ug 调节过程中回路电流 Id 以及器件的管压降 Uv。 Ug(V) Id((A) Uv(V) 0.2 0 40 0.5 0 40 0.7 0.003 39.4 0.75 0.186 0 0.8 0.188 0(2)按下控制屏的“停止”按钮，将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO） ，重复上述步骤，并记 录数据。 Ug(V) Id(A) Uv(V) 1 0 40 3 0 39.8 3.5 0.04 31.5 3.7 0.127 13.2 4 0.192 0(3)按下控制屏的“停止”按钮，换成功率场效应管（MOSFET） ，重复上述步骤，并记录数据。 Ug(V) Id(A) Uv(V) 4 0 40 4.5 0.003 39.4 5 0.094 20475.1 0.164 5.75.4 0.19 0.7(4)按下控制屏的“停止”按钮，换成大功率晶体管（GTR） ，重复上述步骤，并记录数据。 Ug(V) Id(A) Uv(V) 4 0 40 4.5 0.001 39.8 5 0.027 33.7 5.3 0.164 5.6 5.7 0.188 0.8(5)按下控制屏的“停止”按钮，换成绝缘双极性晶体管（IGBT） ，重复上述步骤，并记录数 据。 Ug(V) Id(A) Uv(V) 3 0 40 4 0.002 39 4.5 0.067 26 5 0.186 0.89 6 0.187 0.83八、实验报告 根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。 九、注意事项 (1)可参考实验六的注意事项 (1)。 (2)为保证功率器件在实验过程中避免功率击穿， 应保证管子的功率损耗(即功率器件的管压 降与器件流过的电流乘积)小于 8W。 (3)为使 GTR 特性实验更典型，其电流控制在 0.4A 以下。 (4)在本实验中，完成的是关于器件的伏安特性的实验项目，老师可以根据自己的实际需要 调整实验项目，如可增加测量器件的导通时间等实验项目。实验十八GTO、MOSFET、GTR、IGBT 驱动与保护电路实验一、实验目的 (1)理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。 (2)熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。 (3)掌握由自关断器件构成 PWM 直流斩波电路原理与方法。 二、实验所需挂件及附件48序号 1 2 3 4 5型 DJK01 电源控制屏号备注该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包括“负载”等几个模块 该挂件包括“IGBT”“GTR”等几个模块 、 该挂件包括“PWM 发生电路”等几个模块 自备DJK06 给定及实验器件 DJK07 新器件特性实验 DJK12 功率器件驱动电路实验箱 双踪示波器三、实验线路及原理 自关断器件的实验接线及实验原理图如图 3-27 所示，图中直流电源可由控制屏上的励磁电 压提供， 或由控制屏上三相电源中的两相经整流滤波后输出， 接线时， 应从直流电源的正极出发， 经过限流电阻、 自关断器件及保护电路、 直流电流表、 再回到直流电源的负端， 构成实验主电路。图 3-27 自关断器件的实验接线及原理图 四、实验内容 自关断器件及其驱动、保护电路的研究（可根据需要选择一种或几种自关断器件） 。 五、实验方法 (1)GTR 的驱动与保护电路实验 在本实验中，把 DJK12 实验挂箱中的频率选择开关拨至“低频档” 。然后调节频率按钮，使 PWM 波输出频率在“1KHz”左右。 在主电路中，直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻 R 用 DJK06 上的灯泡负载，直 流电压、电流表均在控制屏上。 驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及接地的正确连接。对于 GTR 器件，采用?5V 电 源驱动。接线时，PWM 波形的输出端接 GTR 驱动模块的输入端，?5V 电源分别接 GTR 电源的输 入端。 实验时应先检查驱动电路的工作情况。在未接通主电路的情况下，接通驱动模块的电源， 此时可在驱动模块的输出端观察到相应的波形， 调节 PWM 波形发生器的频率及占空比， 观测 PWM 波形的变化规律。 在驱动电路正常工作后，将占空比调小，然后合上主电路电源开关，再调节占空比，用示 波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、GTR 管压降及负载上的波形。 测定并记录不同占空比?时负载的电压平均值 Ua 于下表中： ?(%) 5 20 40496080100Ua(V)45296142189230(2)GTO 的驱动与保护电路实验 将 DJK12 实验挂箱上的频率选择开关拨至“低频档” ，调节频率调节电位器，使方波的输出 频率在“1KHz”左右，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路。其基本的实验方法与 GTR 的 驱动与保护电路及斩波调速实验相同。 ?(%) Ua(V) 5 30 20 54 40 101 60 148 80 195 100 230(3)MOSFET 的驱动与保护电路实验 将 DJK12 实验挂箱上的频率选择开关拨至“高频档” ，调节频率调节电位器，使方波的输出 频率在“8KHz～10KHz”范围内，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路的实验线路，其基本 的实验方法与 GTR 的驱动与保护电路实验一致。 ?(%) Ua(V) 5 8 20 33 40 80 60 126 80 174 100 230(4)IGBT 的驱动与保护电路实验 在本实验中，DJK12 实验挂箱中的频率选择开关拨至“高频档” ，改变频率调节电位器，使方波 的输出频率在“8KHz～10KHz”范围内，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路的实验线路， 其基本的实验方法与 GTR 的驱动与保护电路实验一致。 ?(%) Ua(V) 5 4 20 38 40 83 60 128 80 176 100 230六、实验报告 (1)整理并画出不同自关断器件的基极（或控制极）驱动电压(以占空比 30%为例)、管压降 及负载上的波形。 GTR 基极驱动波形GTR 管压降波形GTR 负载波形50GTO 基极驱动波形GTO 管压降波形GTO 负载波形MOSFET 基极驱动波形MOSFET 管压降波形MOSFET 负载波形IGBT 基极驱动波形51IGBT 管压降波形IGBT 负载波形(2)画出 Ua=f（?）的曲线。 (3)讨论并分析实验中出现的问题。 七、注意事项 (1)可参考实验六的注意事项 (1)。 (2)连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。 (3)不同的自关断器件需接不同的控制电压，接线时应注意正确选择。 (4)实验开始前， 必须先加上自关断器件的控制电压， 然后再加主回路的电源； 实验结束时， 必须先切断主回路电源，然后再切断控制电源。第四章 典型电力电子器件线路实验本章节介绍典型电力电子器件线路实验， 其中包括单相正弦波脉宽调制逆变电路实验、 全桥 DC－DC 变换电路实验、半桥型开关稳压电源的性能研究、反激式电流控制开关稳压电源、直流 斩波电路的性能研究等实验。52实验一单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验一、实验目的 (1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。 (2)熟悉 ICL8038 的功能。 (3)掌握 SPWM 波产生的基理。 (4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形 的影响。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 6 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK06 给定及实验器件 DJK09 单相调压与可调负载 DJK14 单相交直交变频原理 双踪示波器 万用表 自备 自备 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块 该挂件包含“二极管”等模块 该挂件包含“单相自藕调压器” 等模块三、实验线路及原理 采用 SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。实验电路由三部 分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。 (1)主电路部分:V1 V3G3AC4G1+ 21G2G4AC-V2V4L O A DAC/DC (整流)3DC/AC (逆变) 图 4-1 主电路结构原理图如图 4-1 所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱 DJK09 提供） ； 逆变部分（DC/AC）由四只 IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。输出经 LC 低 通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出 。 本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载， 在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠 笼式异步电动机。 (2)驱动电路: 如图 4-2（以其中一路为例）所示，采用 IGBT 管专用驱动芯片 M57962L，其输入端接控制电 路产生的 SPWM 信号，其输出可用以直接驱动 IGBT 管。其特点如下： ①采用快速型的光藕实现电气隔离。53②具有过流保护功能，通过检测 IGBT 管的饱和压降来判断 IGBT 是否过流,过流时 IGBT 管 CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使 8 脚输出低电平，在光藕 TLP521 的输出端 OC1 呈现高电 平，经过流保护电路（见图 4-3） ，使 4013 的输出 Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保 护作用。 TLP521+5OC18 OVCU13 VR1 1C1 G1COMVo ut VCC5 4E1+24 6 1 +9V Vin 3SPWM114 VE EGNDM57962L图 4-2 驱动电路结构原理图+5V64013Q 1 2OC1OC2OC3OC4图 4-3 保护电路结构原理图(3)控制电路:4R14 3 5 7VCC CL K D GNDS+5VSTOPQ542图 4-4 控制电路结构框图+571 7 8 10 S ADJ T RI W F M BIAS FM SW T IM CAP S IN W S QU W VCC DADJ V OR GND S ADJ DADJ 3 386 2 2 +5 V 2 RC Q 64 19 6 45-5 +5 +5 V111 12PWM+ 45 +5 3C A B CL R QPWM+7&&SPWM1574HC08:A STOP-58038+5 +574HC08:BUr7 874HC04:A 74HC04:B2 3 + 74528-Um LM311+5 V 14 RC Q 10Uc63 1 7 8 10 S ADJ T RI W F M BIAS FM SW T IM CAP S IN W S QU W VCC DADJ V OR GND S ADJ DADJ 3 24 152 9 6 4 -5 +515PWM+5C A B CL R Q74HC08:C PWM974HC08:D&12 11 13&SPWM2 COM-1 511 12545288038图 4-5 控制电路结构原理图 控制电路如图 4-5 所示， 它是由两片集成函数信号发生器 ICL8038 为核心组成， 其中一片 8038 产生正弦调制波 Ur，另一片用以产生三角载波 Uc，将此两路信号经比较电路 LM311 异步调制后， 产生一系列等幅，不等宽的矩形波 Um，即 SPWM 波。Um 经反相器后，生成两路相位相差 180 度的± PWM 波，再经触发器 CD4528 延时后，得到两路相位相差 180 度并带一定死区范围的两路 SPWM1 和 SPWM2 波，作为主电路中两对开关管 IGBT 的控制信号。各波形的观测点均已引到面板上，可通过 示波器进行观测。 为了便于观察 SPWM 波，面板上设置了“测试”和“运行”选择开关，在“测试”状态下，三 角载波 Uc 的频率为 180HZ 左右,此时可较清楚地观察到异步调制的 SPWM 波，通过示波器可比较清 晰地观测 SPWM 波， 但在此状态下不能带载运行， 因载波比 N 太低， 不利于设备的正常运行。 “运 在 行”状态下，三角载波 Uc 频率为 10KHZ 左右, 因波形的宽窄快速变化致使无法用普通示波器观察 到 SPWM 波形，通过带储存的数字示波器的存储功能也可较清晰地观测 SPWM 波形。 正弦调制波 Ur 频率的调节范围设定为 5-60Hz。 控制电路还设置了过流保护接口端 STOP，当有过流信号时，STOP 呈低电平，经与门输出低 电平，封锁了两路 SPWM 信号，使 IGBT 关断，起到保护作用。 四、实验内容 (1)控制信号的观测。 (2)带电阻及电阻电感性负载。 (3)带电机负载（选做） 。 五、思考题 (1)为了使输出波形尽可能地接近正弦波，可采取什么措施？ (2)调制波可否采用三角波？ (3)分析开关死区时间对输出的影响。 六、实验方法 (1)控制信号的观测 在主电路不接直流电源时， 打开控制电源开关， 并将 DJK14 挂箱左侧的钮子开关拨到 “测试” 位置。-555①观察正弦调制波信号 Ur 的波形，测试其频率可调范围； ②观察三角载波 Uc 的波形，测试其频率； ③改变正弦调制波信号 Ur 的频率，再测量三角载波 Uc 的频率，判断是同步调制还是异步调 制； ④比较“PWM+”“PWM-” 和“SPWM1”“SPWM2”的区别，仔细观测同一相上下两管驱动信 ， ， 号之间的死区延迟时间。 (2)带电阻及电阻电感性负载 在实验步骤 1 之后，将 DJK14 挂箱面板左侧的钮子开关拨到“运行”位置，将正弦调制波信 号 Ur 的频率调到最小，选择负载种类： ① 将输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交 流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为 200V)接入主电路，由小到大调节正弦 调制波信号 Ur 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率） 。 F(HZ) UO(V) 15 116 30 116．2 50 116.3 60 116．6②接入 DJK06 给定及实验器件和 DJK02 上的 100mH 电感串联组成的电阻电感性负载， 然后将 主电路接通由 DJK09 提供的直流电源(通过调节交流侧的自藕调压器，使输出直流电压保持为 200V)，由小到大调节正弦调制波信号 Ur 的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、 频率） 。 F(HZ) UO(V) 15 116.3 30 116.5 50 116.7 60 116.8(3)带电机负载（选做） 。 主电路输出接 DJ21-1 电阻启动式单相交流异步电动机，启动前必须先将正弦调制波信号 Ur 的频率调至最小，然后将主电路接通由 DJK09 提供的直流电源，并由小到大调节交流侧的自藕调 压器输出的电压，观察电机的转速变化，并逐步由小到大调节正弦调制波信号 Ur 的频率，用示波 器观察负载电压的波形，并用转速表测量电机的转速的变化，并记录之。 七、注意事项56(1)双踪示波器有两个探头，可同时测量两路信号，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。 (2)在“测试”状态下，请勿带负载运行。 (3)面板上的“过流保护”指示灯亮，表明过流保护动作，此时应检查负载是否短路，若要 继续实验，应先关机后，再重新开机。 (4)当做交流电机变频调速时，通常是与调压一起进行的，以保持 V/F＝常数,本装置是采用 手动调节输入的交流电压。实验三半桥型开关稳压电源的性能研究一、实验目的 (1)熟悉典型开关电源主电路的结构，元器件和工作原理。57(2)了解 PWM 控制与驱动电路的原理和常用的集成电路。 (3)了解反馈控制对电源稳压性能的影响。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 型 号 备 注 DJK01 电源控制屏 DJK09 单相调压与可调负载 DJK19 半桥型开关稳压电源 双踪示波器 万用表 自备 自备 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。三、原理说明 (1)半桥型开关直流稳压电源的电路结构原理和各元器件均已画在 DJK19 挂箱的面板上， 并 有相应的输入与输出接口和必要的测试点。 主电路的结构框图如 4－7 所示，原理线路如图 4－8 所示：图 4－7 线路结构框图1N4007*4 主电路V D1 V D3 C1 C4 0 .1 u F /4 0 0 VUV D5G1R3 100V1R5 10K4 S1L200uH R1T31 0 0 0 u F /5 0 VC4NU 5 T2 G2V D2 V D4 C2 R4 100 R6 10KS2C3Uf2K+D C 0 ~ 1 5 V LoadDCR2 V D6 1K-0 .1 u F /4 0 0 VV2FR205*2470uF/250V*2C1UfR 1 10K R 2 10K控制电路1 2+15 V0 .1 R W1 10KSG35251 615 14T1R7V1 -GVCC5 1 0 u F /5 0 V100V1 -GUrC3R4 10K3 413 12 110 .0 15 6C6 R6 1 0 u F /5 0 VT2R8V2 -G100V2 -SR 3 2 .8 K R5 1K C4 1 0 0 u F /5 0 VR9 10C20 .17 8101K9S图 4－8 线路原理图 (2)逆变电路采用的电力电子器件为美国 IR 公司生产的全控型电力 MOSFET 管，其型号为 IRFP450,主要参数为：额定电流 16A,额定耐压 500V，通态电阻 0.4Ω 。两只 MOSFET 管与两只电 容 C1、C2 组成一个逆变桥，在两路 PWM 信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调 的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为 26KHz、占空比可调的矩形脉冲电压。然后通过降 压、整流、滤波后获得可调的直流电源电压输出。该电源在开环时，它的负载特性较差，只有加58入反馈， 构成闭环控制后， 当外加电源电压或负载变化时， 均能自动控制 PWM 输出信号的占空比， 以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。 (3)控制与驱动电路：控制电路以 SG3525 为核心构成，SG3525 为美国 Silicon General 公 司生产的专用 PWM 控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图 4－9 所示，它采用恒频脉 宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保 护电路等。调节 Ur 的大小，在 A、B 两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开 180 度、占空比可调的矩形波（即 PWM 信号） 。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原 理与性能指标可参阅相关的资料。图 4-9SG3525 芯片的内部结构与所需的外部元件四、实验内容 (1)控制与驱动电路的测试 (2)主电路开环特性的测试 (3)主电路闭环特性测试 五、思考题 (1)开关稳压电源的工作原理是什么？有哪些电路结构形式及主要元器件？ (2)利用闭环控制达到稳压的原理是什么？ (3)半桥型开关稳压电源与常用的由三端稳压块构成的稳压电源相比，有那些特点？ (4)全桥型开关稳压电源的电路结构又该如何？与半桥型相比将有哪些特点？ (5)为什么在主电路工作时，不能用示波器的双踪探头同时对两只管子栅源之间的波形进行 观测？ 六、实验方法 (1)控制与驱动电路的测试 ①开启 DJK19 控制电路电源开关； ②将 SG3525 的第一脚与第九脚短接 （接通开关 K）使系统处于开环状态， ， 并将 10 脚接地(将 10 脚与 12 脚相接)； ③SG3525 各引出脚信号的观测：调节 PWM 脉宽调节电位器，用示波器观测各测试点信号的 变化规律.59(2)主电路开环特性的测试 ①按 DJK19 面板上主电路的要求在逆变输出端装入 220V15W 的白炽灯， 在直流输出两端接入 负载电阻，并将主电路接至实验装置 50Hz 某一相交流可调电压（0－250V）的输出端，把面板上 钮子开关打到开环侧。 ②逐渐将输入电压 Ui 从 0 调到约 100V 左右，使白炽灯有一定的亮度。调节占空比，用示波 器的一个探头分别观测两只 MOSFET 管的栅源电压和直流输出电压的波形。用双踪示波器的两个 探头同时观测变压器副边及两个二极管两端的波形，改变脉宽，观察这些波形的变化规律，并记录： Ur (V) 占空比(%) UO (V) 1.2 7．1 12．3 1.3 9 12．9 1.5 12．9 14．0 1.7 16．8 14．5 2.0 22．6 14．9 2.3 28．7 15 2.6 34．8 15．07 2．9 40．8 15．1③将输入交流电压 Ui 调到 200V，用示波器的一个探头分别观测逆变桥的输出变压器副边和 直流输出的波形，记录波形参数及直流输出电压 U0 中的纹波； Ur (V) 占空比(%) UO (V) 1.2 7．1 24．7 1.3 9 26．5 1.5 12．9 28．4 1.7 16．8 29．4 2.0 22．6 30．1 2.3 28．7 30．4 2.6 34．8 30．8 2．9 40．8 30．9④在直流电压输出侧接入直流电压表和电流表。在 Ui=200 V 时,在一定的脉宽下,作电源的 负载特性测试， 即调节可变电阻负载 R （两个 90 欧电阻串联） 测定直流电源输出端的伏安特性： ， Uo=f(I)； 令 Ur= V (参考值为 2.2 V) 占空比(%) Uo (V) I (A) 26．6 30．6 0．16 26．6 30．2 0．2 26．6 29．5 0．3 26．6 28．9 0．4 26．6 28．3 0．5 26．6 27．8 0．6 26．6 27．3 0．7 26．6 26．9 0．8 26．6 26．5 0．9⑤在一定的脉宽下，保持负载不变（两个 90 欧电阻串联调到最大） ，使输入电压 Ui 在 200V 左右调节，测量直流输出电压 Uo，测定电源电压变化对输出的影响。 Ui(V) 占空比(%) Uo (V) I (A) 100 26．6 15．1 0．08 120 26．6 18 0．096 140 26．6 21．2 0．113 160 26．6 24．3 0．13 180 26．6 27．4 0．146 200 26．6 30．4 0．163 220 26．6 33．4 0．179 240 26．6 36．3 0．195⑥上述各实验步骤完毕后，将输入电压 Ui 调回零位。 (3)主电路闭环特性测试 ①准备工作：60A、断开控制与驱动电路中的开关 K； B、将主电路的反馈信号 Uf 接至控制电路的 Uf 端，使系统处于闭环控制状态。 ②重复主电路开环特性测试的各实验步骤。 在直流电压输出侧接入直流电压表和电流表。在 Ui=200 V 时,在一定的脉宽下,作电源的负 载特性测试，即调节可变电阻负载 R（两个 90 欧电阻串联） ，测定直流电源输出端的伏安特性： Uo=f(I)； 令 Ur= V (参考值为 2.2 V) 占空比(%) Uo (V) I (A) 6．3 24 0．128 8．2 24 0．2 10 24 0．3 11．1 24 0．4 12．4 23．9 0．5 13．5 23．9 0．6 15 23．8 0．7 15．8 23．7 0．8 17 23．7 0．9在一定的脉宽下，保持负载不变（两个 90 欧电阻串联调到最大） ，使输入电压 Ui 在 200V 左 右调节，测量直流输出电压 Uo，测定电源电压变化对输出的影响。 Ui(V) 占空比(%) Uo (V) I (A) 100 47．2 15．1 0．081 120 47．2 18．2 0．098 140 47．2 21．6 0．114 160 20 24 0．127 180 9．2 24 0．127 200 6．8 24 0．127 220 5．3 24 0．127 240 4．2 24七、实验报告 (1)整理实验数据和记录的波形； (2)分析开环与闭环时负载变化对直流电源输出电压的影响； (3)分析开环与闭环时电源电压变化对直流电源输出电压的影响； (4)对半桥型开关稳压电源性能研究的总结与体会。 八、注意事项 双踪示波器有两个探头，可同时测量两路信号，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。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，将示 波器两个探头的地线接于此处，两个探头的信号端接两个被测信号。实验四反激式电流控制开关稳压电源61一、实验目的 (1)了解单管反激式开关电源的主电路结构、工作原理。 (2)测试工作波形，了解电流控制原理。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 型 DJK01 电源控制屏 DJK09 单相调压与可调负载 DJK23 单端反激式隔离开关电源 双踪示波器 万用表 自备 自备 号 备 注 该控制屏包含 “三相电源输出” 等几个模块。三、实验线路及原理 单管反激式开关电源原理电路如图 4-10 所示。图 4-10 单管反激式开关电源原理图 交流输入经二极管整流后的直流电压 Udc 经变压器初级绕加到功率三极管 Q1 之 C 极，同时 经电阻 R9、R10 加到 Q1 之 b 极使 Q1 开通。Udc 电压加到变压器初级使磁通逐渐上升，初级电流 也线性增大，变压器反馈绕组 3－4 上的感应电势的极性使 Q1 的 b-e 之间正向偏置增大，使 Q1 完全饱和导通，这是一个正反馈自激过程。 Q1 饱和导通之后变压器初级承受 Udc 电压，变压器磁路中的磁通 Φ 正比于 Udc*t 中的伏秒 积分，t 是 Q1 开通的时间长度。在变压器磁通达到饱和值之前，Φ 是线性增长，Q1 中的电流是 线性增长。为了保证 Q1 中的电流不超过其元件最大值，因此必须将此电流在适当的时候进行切 断，这个电流峰值的控制由三极管 Q2 实现。当 R7 中的电流大到一定允许值 Q2 导通，强迫将 Q1 之 b 极变为零电平，使 Q1 关断，而 Q2 的通断受三极管 Q4 的通断来控制；而 Q4 的通断由三极管 Q3 和 4N35 中的三极管的导通情况来决定。Q3 的通断由来自电流反馈采样电阻 R7 上的电压来控62制。当 R7 上的电流大到一定值，使 Q3 的 b-e 极正偏加大，使 Q3 导通。 本线路对 5V 直流输出电压有自动稳压调节功能， 当负载减小 5V 输出电压增大时， 输出电 压的采样电阻分压后加到 TL431 的 R 端的电压增大。 TL431 的作用原理可知其 C 端电压会自 由 动下降，结果造成 4N35 的二极管中电流增大，从而使 4N35 的三极管的等效内阻减小，结果使 Q4 提前导通最终使 Q1 提前关断，即负载减小时 Q1 的开通/关断占空比减小，这从 Q1-e 极的波形 可以明显看到。当输入交流电压减小，Udc 下降时，Q1 导通后变压器中的磁通上升速率减小， 结果 Q1 的开断周期延长。开关频率下降，例如从 180V AC 输入时的 62KHz 下降到 100V AC 输入时的 44.8KHz。 当 Q1 中的电流被切断之后，变压器电感贮能释放，磁通下降，变压器副边绕组的感应电势 经整流滤波后输出。这就是一般反激式（Fly back）的原理。 TL431 的原理框图如下：R端 C端+ -CR2.495VA图 4-11 TL431 的原理图 C3R5D1R8 为缓冲电路，减小 Q1 关断时 Q1 管 c-e 极的电压。 四、实验内容 (1)电路波形的测试。 (2)输入电压变化时主电路波形的测试。 (3)输出负债电流变化时主电路波形的测试。 (4)开关电源稳压特性的测试。 五、思考题 (1) 什么叫反激式开关电源，它与正激式有何区别？ (2)什么叫自激式与他激式开关电源？ (3)变压器的磁路在制作时为什么必须留有气隙}