电力电子上机报告

1、电力电子技术实验报告 学院：机电工程学院班级：自动化姓名：学号：2016年6月26日控制电路及交流调压实验1、 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。但具有但具有触发电路的四要素，这种电路的中小功率电路中仍然广泛应用。1、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

2、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

3、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。单结晶体管组成控制电路原理图： 晶闸管对控制电路的要求（以上控制电路能满足下列要求）：1、触发脉冲的极性应与晶闸管门极工作状态相一致；2、触发脉冲的幅度值应大于晶闸管标的触发电压和电流值，但触发功率不能超过功率容限，脉冲的宽度应

4、能保证晶闸管可靠导通，脉冲的前延要陡峭；3、触发脉冲应与主回路的电源电压同步；4、触发脉冲应有一定的移相范围。 单结晶体管自激振荡电路工作原理：单结晶体管自激振荡电路是利用单结晶体管的负阻效应和RC充放电原理工作的。在加正弦电后，经过整流电路和限流电路形成梯形电压波形，即B点波形。此时通过R1和W1给电容器C1充电，电容器上的电压按指数规律上升，形成锯齿波。一开始ucup 时，单结晶体管进入负阻区，发射极电流从几微安的漏电流一下子跃变到几十毫安电流，单结晶体管立即进入导通状态。于是电容器上的电压就通过单结晶全管向电阻R4放电，这样在R4上就产生了一个触发脉冲（即D点波形）。由于R4很小，放电时

5、间很短，触发脉冲的宽度很窄。电容器放电到其上电压ucup时，单结晶体管进入导通状态，导通后随着Ie增大，ue反而减小。正常情况下，电阻不变，随着电压增大，电流要增大，电流与电压成正比。而负阻区的单结晶体管在导通状态是随着电流增大而电压反而减小，相当于电阻提供了能量，即负电阻。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

6、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520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：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

7、分别带点的输出头。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

8、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、实验数据1、A点显示的波形：用整流桥搭接整流电路，把交流电整流成脉动直流电。理想情况下所得的波形：我们测得的实际波形：A点分析与总结：A点是用整流桥搭接整流电路，把交流电整流成脉动直流电。我们小组所测的波形明显不对，有缺相，导致后边几个点所测波形都有缺相，主要是因为二极管坏了。具体情况后面会说明。2、B点的波形：为经过限流后得到的梯形波。理想情况下

9、所得的波形：自己测得的波形：B点分析与总结：此时经过二极管限幅，形成了同步梯形波。我们的实际波形是有缺相的。3、C点波形：为锯齿波。理想情况下所得的波形：平均一个梯形波可产生三个锯齿波，说明半个周期内电容充放电三次。而改变可变电阻W1的值可改变电容充放电的时间，W1越大电容器电压上升时间越长，振荡频率越低，半周期内产生的脉冲越少。C点分析与总结：因为我们AB点测得的图形不对，所以我们并没有测C点波形，而是花大量的时间查找原因和调试设备。但是我们弄懂了C点的原理，由于单结晶体管，电容器充放电形成的锯齿波。4、D点的波形：为脉冲波。理想情况下所得的波形：每个锯齿波的下降沿都对应一个脉冲波的上升沿。

10、因为每个锯齿波的下降沿都对应一个电容放电过程，这个过程单结晶体管处于负阻状态，对随着发射极电压减小，发射极电流反而增大，同时b1端电流增大，故电阻两端电压在极短时间内骤增，形成脉冲波。当W1阻值变大时，产生的周期内的脉冲波会减少，即振荡频率降低。C点分析与总结：因为我们AB点测得的图形不对，所以我们并没有测D点波形，而是花大量的时间查找原因和调试设备。但是我们弄懂了D点的原理，D点是锯齿波充放电完毕的触发信号。七、讨论与思考1、晶闸管的控制电路由哪几部分组成？答：由同步电路、移相电路、脉冲形成电路、脉冲放大电路、脉冲输出电路组成。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：Re

11、太大会使电容器上的电压上升到最大的时间长，振荡频率低，这样第一个脉冲相对于交流电过零往后推迟的时间就大大加长，电角度过大而使单结晶管停振。同理，Re太小会使电容器上的电压上升到最大的时间变短，振荡频率变高，这样第一个脉冲相对于交流电过零往后推迟的时间就大大缩短，电角度过小而使单结晶管停振。3、要使振荡频率升高，Re是变大还是变小？Re/增大减小半周期产生的脉冲数减小增多电角度增大减小振荡频率降低升高灯泡亮度变暗变亮 变小，这样基电极电压更容易高于发射极电压。8、 实验总结 实验室的设备真的不行，一开始好多设备不通电，后来示波器的线找不到，在寻找整个实验室后找到了线，但是示波器接触不良，不接线有

12、波形，接线反而没波形。更换了示波器后，二极管有一个坏的，导致缺相，在我们更换坏的二极管时，同时弄坏了另一个二极管。再后来我们拿别人成功的板子在我们设备上实验，还是出不来正确的波形。最后我们组也没能在规定时间内作出正确的波形。在这次实验中，我了解到做实验一点小小的错误都出不来正确的波形。设备也是很重要的，也许你理论上都理解了，但是你实验就未必能作出来了。三相桥式可控整流电路实验一、实验目的和要求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

13、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

14、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

15、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

16、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：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。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

17、号，调节角调节旋钮，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。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，测量不同下输入电压和输出电压的有效值：3）根据测量值作Ud=f ()关系曲线。4）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，调节角观察并记录输出波形2）固定电机负载的大小，测量不同角下输入电压和输出电压的有效值.3）根据测量值作Ud=f ()关系曲线。4）用示波器观看、记录电机负载下晶闸管两端

18、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，调节角观察并记录输出波形2）固定电机负载的大小，测量不同角下输入电压和输出电压的有效值.3）根据测量值作Ud=f ()关系曲线。4）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。六、实验数据1、六路脉冲波波形2、 接灯泡负载时实际上：实验现象：灯泡不亮实验分析：猜测是灯泡坏了。所以我们换了一台仪器。=0度=30度=60度=90度时负载两端电压波形没有测出来。理论上：接电阻负载时理想的输出波形：（1）=0时（2）=30时（3）

19、=60时（4）=90时固定灯负载的大小，测量不同下输入电压和输出电压的有效值记录于下表：0306090输入相电压50505050输出直流电压（V）114.098.062.020.0相关的数据记录是网上的，我们小组没能测出正确的电压变化值，根据上述记录的数据作Ud=f ()关系曲线：实际上：实验中未测得晶闸管的波形。理论上（1）、晶闸管D1、D6两端输出电压波形：（2）、晶闸管D1、D6触发脉冲波形：七、讨论与思考1、三相桥式可控整流输出六个波头，要想输出12个波头的直流电，应该怎样做？答：采用两组六相电源并联。变压器一次侧可接成三角形或者星形，二次侧之一接成星形，别一个接成三角形，即可得到形成

20、相位差为30o的十二相大电流整流电路。2、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，输出电压将是怎样的？答：能正常工作，只是输出电压有效值会降低。3、若一只晶闸管不能导通，可能是哪儿出问题了？答：此晶闸管对应的脉冲触发电路出现问题导致无法产生触发脉冲；触发脉冲的输出功率不够，不足以使晶闸管导通；晶闸管已被烧毁。八、实验总结 本次电力电子实验一共做了俩个实验，很遗憾的是俩个都没有做出来，第一个实验没做出来的原因前面已经分析过了，这里就不在多说什么了。在第二个实验中，我们其实很是花了很多时间在做第一个实验的，主要是在第一个实验上花费了很多时间，理论已经很成熟了，感觉放弃太

21、可惜。然而第一个实验还是失败了。后来我们抓紧时间做第二个实验，一开始线路连好后，发现灯不亮。我们就果断放弃了，去另外一台机器。在第二台机器上，不接示波器还好，一接示波器，仪器台就显示漏电。后来因为时间不够了，我们第二个实验也失败了。虽然我们动手能力有所欠缺，但是仪器的破烂也是导致我们失败的一大原因。实际不行，我们只能把理论弄懂，在最后的时间我们组合作讨论弄懂了第二个实验的原理。示波器的使用方法教程ST-16示波器的使用示波器是有着极其广泛用途的测量仪器之一借助示波器能形象地观察波形的瞬变过程，还可以测量电压。电流、周期和相位，检查放大器的失真情况等示波器的型号很多，它的基本使用方法是差不多的下

22、面以通用ST一16型示波器为例，介绍示波器的使用方法。面板上旋钮或开关的功能图1是ST一16型示波器的面板图。示波器是以数字座标为基础来显示波形的通常以X轴表示时间，Y轴表示幅度因而在图1中，面板下半部以中线为界，左面的旋钮全用于Y轴，右面的旋钮全用于X轴。面板上半部分为显示屏。显示屏的右边有三个旋钮是调屏幕用的所有的旋钮，开关功能见表1。其中8、10，14，16号旋钮不需经常调，做成内藏式。显示屏读数方法在显示屏上，水平方向X轴有10格刻度，垂直方向Y轴有8格刻度这里的一格刻度读做一标度，用div表示根据被测波形垂直方向(或水平方向)所占有的标度数，乘以垂直输入灵敏度开关所在档位的Vdiv数

23、(或水平方向tdiv)，得出的积便是测量结果。Y轴使用10：1衰减探头的话还需再乘10。 例如图2中测电压峰峰值时，Vdiv档用01Vdiv，输入端用了10 ： l衰减探头，则Vpp01Vdiv36div1036V，tdiv档为2msdiv，则波形的周期：T2msdiv4div8ms。使用前的准备示波器用于旋钮与开关比较多，初次使用往往会感到无从着手。初学者可按表2方式进行调节。表2位置对示波器久藏复用或会使用者也适用。使用前的校准示波器的测试精度与电源电压有关，当电网电压偏离时，会产生较大的测量误差因此在使用前必须对垂直和水平系统进行校准。校准方法步骤如下： 1接通电源，指示灯有红光显示，稍

24、等片刻，逆时针调节辉度旋钮，并适当调准聚焦，屏幕上就显示出不同步的校准信号方波。 2将触发电平调离“自动”位置，逆时针方向旋转旋钮使方波波形同步为止。并适当调节水平移位(11)和垂直移位(5)。 3分别调节垂直输入部分增益校准旋钮(10)和水平扫描部分的扫描校准旋钮(14)，使屏幕显示的标准方波的垂直幅度为5div，水平宽度为10div，如图3所示，ST一16示波器便可正常工作了。示波器演示和测量举例一，用ST一16示波器演示半波整流工作原理： 首先将垂直输入灵敏度选择开关(以下简写Vdiv)拨到每格05V档，扫描时间转换开关(sdiv)拨至每格5ms档，输入耦合开关拨至AC档，将输入探头的两端与电源变压器次级相接，见图4，这时屏幕显示如图5(a)所示的交流电压波形。 如果将探头移到二极管的负端处，这时屏幕上显示图5(b)所示的半波脉