《电力电子学》实验指导书 实验二、三相桥式全控整流电路实验 实验目的和任务 1、加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理; 2、了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。 、实验内容 1、三相桥式整流电路; 2、在整流状态下,当触发电路出现故障(人为模拟)时观测主电路的各点波形。 实验仪器、设备及材料 1、Dz01电源控制屏(该控制屏包含“三相电源输出”等模块) 2、DJKo2三相变流桥电路(该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块) 3、DJK06给定、负载及吸收电路(该挂件包含“二极管”以及“开关”) 4、D31直流数字电压、毫安、安培表 5、双踪示波器 四、实验原理 实验线路如图2.1所示。主电路由三相全控整流电路组成,触发电路为DJKO2中的集成触发电路, 由KC04、KC4、KC42等集成芯片组成,可输出经高频调制后的双窄脉冲链。图2.4中的R用DK04滑线 变阻器,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。 ④A 相 电 触发囗正桥 电路∏功放E3 UIf 图21三相桥式全控整流电路实验原理图
《电力电子学》实验指导书 4 实验二、三相桥式全控整流电路实验 一、实验目的和任务 1、加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理； 2、了解 KC 系列集成触发器的调整方法和各点的波形。 二、实验内容 1、三相桥式整流电路； 2、在整流状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观测主电路的各点波形。 三、实验仪器、设备及材料 1、DZ01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块） 2、DJK02 三相变流桥电路（该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块） 3、DJK06 给定、负载及吸收电路（该挂件包含“二极管”以及“开关”） 4、D31 直流数字电压、毫安、安培表 5、双踪示波器 四、实验原理 实验线路如图2.1所示。主电路由三相全控整流电路组成，触发电路为DJK02中的集成触发电路， 由KC04、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。图2.4中的R用DK04滑线 变阻器，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2.1 三相桥式全控整流电路实验原理图
《电力电子学》实验指导书 五、主要技术重点、难点 1、调节触发脉冲的移相范围 2、ua的波形的测量 3、电源的连接及设备的安全 六、实验步骤 1、DJK02上的“触发电路”调试 (1)打开DJK0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)打开DJK02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DK02上的移相控制电压Ut相连,将给定开关S2 拨到接地位置(即Uc=0时),调节DJK02上的偏移电压电位器,用双踪示波器观察A相锯齿波和“双 脉冲观察孔”VTl的输出波形,使α=150°,如图22所示。 ot 图22触发脉冲与锯齿的相位关系 (6)适当增加给定Ug的正电压输出,观测DJK02上“触发脉冲观察孔”的波形,此时应观测 到双窄脉冲。 (⑦)将DJK02面板上的Uf端接地,将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”,观察正桥ⅤTl~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2.1接线,将DK06上的“给定”输出调到零(逆时针旋到底),使滑线变阻器放在最大 阻值处,按下“启动”按钮,调节给定电位器,增加移相电压,使a角在30-1509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L保持在0.6A左右(注意L不得超过0.65A)。用示波 器观察并记录α=30°、60°、90°时的整流电压U和晶闸管两端电压Ut的波形,并记录相应的U数 值于表21中 表21三相桥式全控整流电路的数量关系 U记录值) U计算值)
《电力电子学》实验指导书 5 五、主要技术重点、难点 1、调节触发脉冲的移相范围； 2、ud的波形的测量； 3、电源的连接及设备的安全。 六、实验步骤 1、DJK02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）打开DJK02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 上的移相控制电压 Uct 相连，将给定开关 S2 拨到接地位置（即 Uct=0 时），调节 DJK02 上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察 A 相锯齿波和“双 脉冲观察孔”VT1 的输出波形，使α =1500，如图 2.2 所示。 图 2.2 触发脉冲与锯齿的相位关系 （6）适当增加给定 Ug 的正电压输出，观测 DJK02 上“触发脉冲观察孔”的波形，此时应观测 到双窄脉冲。 （7）将 DJK02 面板上的 Ulf 端接地，将“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 2.1 接线，将 DJK06 上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使滑线变阻器放在最大 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 300 ~1500 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 =300、600、900 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 值于表 2.1 中。 表 2.1 三相桥式全控整流电路的数量关系 α 300 600 900 U2 Ud(记录值) Ud/U2 Ud(计算值)
《电力电子学》实验指导书 计算公式: Ud=2. 340,cosa U=2342[+cos(a+/3) (60°120°) (2-2) 七、实验报告要求 1、画出电路的移相特性Ud=f(a)。 画出触发电路的传输特性α 3、画出α=30°、60°、90 、150°时的整流电压Ua和晶闸管两端电压UM的波形。 八、实验注意事项 1、为了防止过流,启动时将负载电阻R调至最大阻值位置 2、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,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 3、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 (2)、在接通主电路前,必须先将控制电压U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Ua,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。 8、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。 九、思考题 1、如何解决主电路和触发电路的同步问题? 2、在本实验的整流时,对α角有什么要求?为什么?
《电力电子学》实验指导书 6 计算公式： Ud 2.34U2 cos （0~600） （2-1） 2.34 [1 cos( /3)] Ud U2 （600 ~1200） （2-2） 七、实验报告要求 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°、120°、150°时的整流电压 Ud和晶闸管两端电压 UVT的波形。 八、实验注意事项 1、为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置； 2、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，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； 3、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。 8、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。 九、思考题 1、如何解决主电路和触发电路的同步问题? 2、在本实验的整流时，对α 角有什么要求?为什么?
《电力电子学》实验指导书 实验三、直流斩波电路的性能研究实验 、实验目的和任务 1、熟悉直流斩波电路的工作原理 2、熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点 3、了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 实验内容 1、控制与驱动电路的测试 2、直流斩波电路的测试。 三、实验仪器、设备及材料 1、DJKo1电源控制屏(该控制屏包含“三相电源输出”等模块) 2、DJK09单相调压与可调负载 3、DJK20直流斩波电路 4、DJK06给定、负载及吸收电路 5、D31直流数字电压、毫安、安培表 6、双踪示波器 四、实验原理 1、主电路 ①、降压斩波电路( Buck Chopper) 降压斩波电路( Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.1所示。图中V为全控型器件,选用IGBT D为续流二极管。由图4.1b中V的栅极电压波形Ua可知,当V处于通态时,电源U向负载供电,Ub=U 当Ⅴ处于断态时,负载电流经二极管D续流,电压U近似为零,至一个周期T结束,再驱动V导通, 重复上一周期的过程。负载电压的平均值为 式中tc为V处于通态的时间,ter为V处于断态的时间,T为开关周期,a为导通占空比,简称 占空比或导通比(α=ta/T)。由此可知,输出到负载的电压平均值U最大为U,若减小占空比α,则 U随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。 + Uc 1毕RoU (a)电路图 (b)波形图 图4.1降压斩波电路的原理图及波形 ②、升压斩波电路( Boost Chopper) 升压斩波电路( Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4.2所示。电路也使用一个全控型器件V 由图4.2b中V的栅极电压波形U可知,当V处于通态时,电源U1向电感L充电,充电电流基本恒定
《电力电子学》实验指导书 7 实验三、直流斩波电路的性能研究实验 一、实验目的和任务 1、熟悉直流斩波电路的工作原理； 2、熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点； 3、了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 二、实验内容 1、控制与驱动电路的测试； 2、直流斩波电路的测试。 三、实验仪器、设备及材料 1、DJK01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块） 2、DJK09 单相调压与可调负载 3、DJK20 直流斩波电路 4、DJK06 给定、负载及吸收电路 5、D31 直流数字电压、毫安、安培表 6、双踪示波器 四、实验原理 1、主电路 ①、降压斩波电路(Buck Chopper) 降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。 D 为续流二极管。由图 4.1b 中 V 的栅极电压波形 UGE可知，当 V 处于通态时，电源 Ui向负载供电，UD=Ui。 当 V 处于断态时，负载电流经二极管 D 续流，电压 UD近似为零，至一个周期 T 结束，再驱动 V 导通， 重复上一周期的过程。负载电压的平均值为： 式中 ton为 V 处于通态的时间，toff为 V 处于断态的时间，T 为开关周期，α 为导通占空比，简称 占空比或导通比(α =ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值 UO最大为 Ui，若减小占空比α ，则 UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 V D L C Uo - + - + U E G C i R 1 UD 1 + - (a)电路图 (b)波形图 图 4.1 降压斩波电路的原理图及波形 ②、升压斩波电路(Boost Chopper) 升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图 4.2 所示。电路也使用一个全控型器件 V。 由图 4.2b 中 V 的栅极电压波形 UGE可知，当 V 处于通态时，电源 Ui向电感 L1充电，充电电流基本恒定 i i o n i o n off o n o U aU T t U t t t U UGE UD t t t UO t on t off T Ui
《电力电子学》实验指导书 为I1,同时电容C1上的电压向负载供电,因C1值很大,基本保持输出电压U为恒值。设V处于通态的 时间为tm,此阶段电感L1上积蓄的能量为UIta。当V处于断态时U和L1共同向电容C1充电,并向 负载提供能量。设V处于断态的时间为tar,则在此期间电感L1释放的能量为(U-Ul)Ita。当电路工 作于稳态时,一个周期T内电感L积蓄的能量与释放的能量相等, Uil to=(Uo-ui) I toff ≈ Ui 上式中的T/t≥1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。 RIUOUO (a)电路图 (b)波形图 图4.2升压斩波电路的原理图及波形 ③、升降压斩波电路( Boost- Buck Chopper) 升降压斩波电路( Boost- Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.3所示。电路的基本工作原理 是:当可控开关Ⅴ处于通态时,电源U经V向电感L供电使其贮存能量,同时C1维持输出电压U基 本恒定并向负载供电。此后,V关断,电感L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正 与电源电压极性相反。输出电压为 l- 若改变导通比a,则输出电压可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压 当1/2<a<1时为升压。 R (a)电路图 (b)波形图 图4.3升降压斩波电路的原理图及波形 ④、Cuk斩波电路 Cuk斩波电路的原理图如图4.4所示。电路的基本工作原理是:当可控开关V处于通态时,U1-Lr-V l路和负载R—L2-C2V回路分别流过电流。当V处于断态时,U-L-C2-D回路和负载R-L2-D回
《电力电子学》实验指导书 8 为 I1,同时电容 C1上的电压向负载供电，因 C1值很大，基本保持输出电压 UO为恒值。设 V 处于通态的 时间为 ton，此阶段电感 L1上积蓄的能量为 UiI1ton。当 V 处于断态时 Ui和 L1共同向电容 C1充电，并向 负载提供能量。设 V 处于断态的时间为 toff，则在此期间电感 L1释放的能量为(UO-Ui) I1ton。当电路工 作于稳态时，一个周期 T 内电感 L1积蓄的能量与释放的能量相等，即： UiI1ton=(UO-Ui) I1toff 上式中的 T/toff≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 V D L C Uo - + - + E G C Ui 1 1 R I1 - UD + UGE UD t t t UO (a)电路图 (b)波形图 图 4.2 升压斩波电路的原理图及波形 ③、升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper) 升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图 4.3 所示。电路的基本工作原理 是：当可控开关 V 处于通态时，电源 Ui经 V 向电感 L1供电使其贮存能量，同时 C1维持输出电压 UO基 本恒定并向负载供电。此后，V 关断，电感 L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正， 与电源电压极性相反。输出电压为： 若改变导通比α ，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 0<α <1/2 时为降压， 当 1/2<α <1 时为升压。 V D L C - + U E G C i 1 1 Uo + - R UD - + UGE UD t t t UO （a）电路图 （b）波形图 图 4.3 升降压斩波电路的原理图及波形 ④、Cuk 斩波电路 Cuk 斩波电路的原理图如图 4.4 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V 处于通态时，Ui—L1—V 回路和负载 R—L2—C2—V 回路分别流过电流。当 V 处于断态时，Ui—L1—C2—D 回路和负载 R—L2—D 回 i off i off o n off o U t T U t t t U i i o n o n i off o n o U a a U T t t U t t U 1