电力电子及电机控制实验指导2012

1、 高联教仪 电力电子实验系列GLDDSX-1型电力电子及电机控制实验系统（实验参考指导书）浙江高联仪器技术有限公司目 录目录- 1前言- 3第一章 GLDDSX-1型电力电子技术及电气传动实验系统简介- 51-1 概述 1-2 GLDDSX-01型电力电子技术及电气传动实验系统简介第二章 DDS型实验挂箱简介82-1 GLDDSX 01“电源控制屏”简介2-2 DDS 02“一、二组桥晶闸管电路”实验挂箱2-3 DDS 03“晶闸管触发电路” 实验挂箱2-4 DDS 11“锯齿波同步触发电路”实验挂箱2-5 DDS 12 “单相交流调压触发电路”实验挂箱2-6 DDS 16“电力电子自关断器件

2、特性与驱动电路”实验挂箱2-7 DDS 30“Boost APFC与UC3854电路” 实验挂箱2-8 DDS 31“Buck Buck-Boost电路” 实验挂箱2-9 DDS 32“Boost Cuk电路” 实验挂箱2-10 DDS 33“半桥、全桥电路” 实验挂箱2-11 DDS 34“移相全桥电路” 实验挂箱2-12 DDS 35“准谐振软开关电路” 实验挂箱2-13 DDS37“单相正弦波逆变电源（SPWM）” 实验挂箱2-14 DT 10“直流电压、电流表” 实验挂箱2-15 DT 15“交流电压、电流表” 实验挂箱2-16 DT 16“多功能交流仪表” 实验挂箱2-17 DT 2

3、0“三相可调电阻” 实验挂箱2-18 DT 22“三相可调电抗” 实验挂箱2-19 DT 23“三相可变电容” 实验挂箱 2-20 DT 41“三相芯式变压器”实验挂箱第三章 电力电子技术实验介绍163-1 锯齿波同步移相触发电路实验3-2 单相桥式半控整流电路实验3-3 三相桥式全控整流及有源逆变电路和实验3-4 三相半波可控整流电路实验3-5 单相交流调压电路实验3-6 三相交流调压电路实验3-7 直流斩波电路（Buck变换器）研究3-8 直流斩波电路（Buck-Boost变换器）研究3-9 直流斩波电路（Boost变换器）研究3-10 直流斩波电路（Cuk变换器）研究3-11 电力晶体管

4、（GTR）特性与驱动电路研究3-12 功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究3-13 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究3-14 单相正弦波（SPWM）逆变电源研究3-15 单相交流斩控调压实验3-16 功率因数校正研究3-17 半桥、全桥开关电路变换器实验3-18 移相全桥零电压（Phase shift ZVS）开关变换电路实验3-19 Buck ZCS 软开关电路实验3-20 Boost ZVS软开关电路实验第四部分：直流电机调速系统实验-152实验一：晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验实验二：单闭环晶闸管直流调速系统实验实验三：双闭环晶闸管不可逆直流调速

5、系统实验实验四：逻辑无环流可逆直流调速系统实验实验五：双闭环直流电机斩波调速系统实验实验六：直流脉宽调制（PWM）调速系统实验第五部分：交流电机调速系统实验-166实验一：双闭环三相异步电动机调压调速系统实验实验二：双闭环三相异步电动机串级调速系统实验实验三：正弦脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验实验四：空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）变频调速系统实验前 言 近年来，由于微电子、计算机技术和微电子精细加工技术的广泛运用，使得电力电子技术领域发生了巨大的变化，涌现了大量的功能接近理想化的新器件。新思想、新理论层出不穷。电力电子技术越来越和微电子技术、现代控制理论、材料科学、电机工程等紧密结合

6、，发展成一门多学科互相渗透的综合性技术学科。运用现代电力电子技术，可以高效精确实现大功率电能的变换与传输，可以大幅度的节能，降低材耗。在资源日见匮乏的今天，尤现重要。因此，电力电子技术在国民经济建设中发挥着巨大作用。和传统电力电子技术相比，现代电力电子技术具有如下特点：(1) 全控化 这是现代电力电子器件在功能上的重大突破。无论从双极型器件的GTO、GTR，单极型器件MOSFET、SIT到混合型器件IGBT、MGT、MCT等等，都实现了自关断全控型。从而使得控制更加简单精确和“随心所欲”。(2) 高频化 从GTO的工作频率十几KHZ，到SIT的几十MHZ，标志着电力电子技术进入高频化时代。(3

7、) 模块化 将各种单元功能电路和功率器件结合在一起做成模块，用少量外接元件，甚至不用外接元件，就能达到某一使用功能。可靠性高，保密性好，方便使用，便于大规模生产。这是电力电子技术最重要的发展趋势之一。(4) 小型化 追求最少的材耗，最小的空间，高频化和模块化使得小型化变的易于实现。这正是现代电力电子技术追求的目标。(5) 控制技术数字化、智能化 由于微电子技术的飞速发展，有力的推动现代控制理论的不断发展。控制技术的数字化，智能化已成主流。例如，目前被广泛使用的专用集成控制芯片，DSP专用芯片，带智能化的专用模块等等。面对潮水般的新技术的挑战，培养适应21世纪的合格人才，是当前教育的紧迫任务。新

8、世纪的人才不仅要有深厚扎实的理论基础，更要有卓越的解决实际问题的能力，方能应对21世纪存在的各种问题。电力电子技术的本质是一门实验科学，而实验是检验理论的最重要的手段。对学生来说，实验质量的好坏，直接关系到理论学习的成败。为学生创造一个良好的实验条件，让学生在有着良好实验设备的环境中，通过精心编排的实验项目的实验，其对理论的理解和动手实践能力，必将有极大的提高。GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统，是浙江大学电气工程学院和我公司合作研制的最新实验装置。本书是根据“电力电子技术基础”、“半导体变流技术”等教材教学大纲中的实验内容，并结合当前最新的一些电力电子技术方面的专著的资料，配合GL

9、DDSX-1型电力电子及电气传动实验系统而编写的。本书共分3章。第一章是DDSX-1型电力电子及电气传动实验系统简介。第二章是GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统各模块挂箱功能简介。第三章是电力电子技术实验介绍。设计编写了20个实验。其中，半导体变流技术实验6个；自关断器件实验3个；直流斩波电路实验4个；其它有单相正弦波（SPWM）逆变电源研究、功率因数校正研究、Boost ZVS软开关电路实验等7个实验。由于我们知识水平有限，错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。第一章 电力电子技术实验系统简介1-1 概述环顾当今世界，科技进步神速，电子科技更是一日千里，我们就是极力追赶，仍有落后之忧

10、。如何培养理论基础知识扎实具有创新能力的合格人才，以应对21世纪的严峻挑战，是我们教育工作者殚精竭虑的头等课题。但是，以前由于种种原因，我们对教育工作并未引起足够的重视。投入不足，教材陈旧，设备老化，制约着我们的人才培养，制约着我们的建设事业。随着科技立国，教育为本思想的深入人心，国家对教育的不断投入，浙江大学电气工程学院决定对教材和实验设备进行大刀阔斧的改革。围绕着电子信息工程、工业自动化等相关专业的教学大纲中的实验要求，综合当前电力电子技术发展的最新动向，浙江大学电气工程学院和我公司共同合作，研制生产了新型的实验设备“GLDDSX-1型电力电子及电气传动实验系统”，为教学实验创造了很好的条

11、件。为了配合新设备的教学实验，特编写本实验教程。书中所设计的实验项目，既要保持继承学科的传统完整性，又要体现当前学术界的最新学术热点。同时，要更多的考虑同学的主动参与性、设计性，以提高学生的创新能力。比如，在新设计的半导体变流技术类实验，在直流斩波电路类实验中，我们适当的压缩了验证性课目，增加了很多可调节、可组合、可设计的环节，摈弃了过去那种线路接对就成功的传统套路，以期提高同学的学习效率。在器件实验方面也和过去有很大的不同，内容更丰富、更精练、更实用化。在介绍电力电子技术新发展的实验方面，既强调新技术的优点，也指出存在的缺点，强调主动参与性、设计性。如功率因数校正研究实验，既研究有源功率因数

12、校正技术，也研究无源功率因数校正技术，同学们也可以自己参与设计。在移相全桥零电压（Phasc shift ZVT）电路实验、准谐振软开关电路等实验中，既验证了软开关的优点，也指出了占空比丢失等问题，引导同学们进一步思考。当然，我们介绍的电力电子技术新发展，只是很小的一部分，实验教学中还会不断有新问题出现，我们的实验系统以被设计成模块挂箱式结构，我们可以不断的更新升级，以满足教学实践的需求。1-2 GLDDSX-1型电力电子技术实验系统简介 本实验系统是新一代综合性大型实验系统。本实验系统采用挂箱式结构。各个不同内容的单元实验电路板，都做成模块式挂箱，可根据实验的需要，自由组合。故结构紧凑，使用

13、方便。 本实验系统设有完备的安全保护功能，切实把人的安全操作和保护放在首位。各种功能齐全的防护措施能确保学生教师和设备的安全。 本实验系统的控制屏经过精心设计，各种开关、指示灯、仪表布局合理，图文指示简洁明了；实验台宽阔实用，配有机箱和抽屉，并且装有滚轮，移动方便。整个实验系统显得美观大方。电路接线采用接插线方式，实验者可非常方便舒适的操作。 单元实验内容全部选择经典电路，完全符合教学大纲要求。同时也提供一些单元电路模块和元件，供学生做创新实验自由选用。 模块挂箱内的实验电路板，最大限度采用集成电路制作，尽可能少的采用分立元件，故可靠性和一致性都很高。实验系统的背面开门，维修保养方便快捷。 技

14、术参数：1 输入电压：三相四线，380伏±10%，50Hz 1±%2 装置容量：<1kVA3 外型尺寸：长×宽×高=1.8m×0.72m×1.6m4 工作环境条件：环境温度范围为-540ºC；相对湿度<75%（25ºC）；海拔<1000m。实验项目1 锯齿波同步移相触发电路实验2 单相桥式半控整流电路实验3 单相交流调压电路实验4 三相交流调压电路实验5 三相半波可控整流电路实验6 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验7 电力晶体管（GTR）特性与驱动电路研究实验8 功率场效应晶体管（MOSFET）

15、特性与驱动电路研究实验9 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究实验10直流斩波电路（Buck变换器）研究实验11直流斩波电路（Buck-Boost变换器）研究实验12直流斩波电路（Boost变换器）研究实验13直流斩波电路（Cuk变换器）研究实验14单相正弦波逆变（SPWM）电源研究15单相交流斩控调压实验16半桥、全桥开关电路变换器研究实验17功率因数校正研究实验18移相全桥零电压（Phase-shift-ZVS）开关变换电路实验19Buck ZCS软开关电路实验20Boost ZVS软开关电路实验等等第二章 DDS型实验挂箱简介 本章主要将各DDS型实验挂箱面板设置、实验功能作

16、一简单介绍。 2-1 DDSX 01“电源控制屏”简介 DDSX 01“电源控制屏”固定于实验系统正面。其面板如下图所示：图2-1 DDSX 01“电源控制屏”面板图 该控制屏内设有总电源开关，由钥匙控制开或关。三只交流电压表分别显示a、b、c三相电压数值。电压表的右下方的拨动开关可选择显示“输入线电压”或“输出线电压”的电压数值；电压表左下方的拨动开关可选择“电力电子（220V）”或“电机系统（380V）”。当然，这些输入电压仍可通过调压器进行调压。当实验系统发生过载、过压、漏电等故障，相关报警指示灯立即闪亮，提示采取相应措施；待故障排除后，按复位按钮，使其复位。当三相电源相序发生错误，相关

17、相序报警指示灯立即闪亮，待故障排除后，相序报警指示灯会自动熄灭。实验系统发生故障而报警的次数会自动记录并显示在“告警记录”显示屏上。三相电源经1：1隔离变压器输入，三相缺相指示灯指示有无缺相发生，若发生缺相则相应指示灯不亮。正常情况下，三只指示灯应亮。经隔离变压器输入的三相电源，通过一只三相调压器（在控制屏左侧，不在面板上），可调节输出电压的大小。输出电压经U、V、W、N端口输出。2-2 DDS 02 “一、二组桥晶闸管电路”实验挂箱DDS 02型实验挂箱主要承担晶闸管变流技术项目。如图所示，该实验挂箱配置了12只晶闸管、6只整流二极管。其中6只晶闸管已按2只一组串接排列成三列，可以很方便的接

18、成单、三相全控桥接法；另6只晶闸管则各自分散独立，可以按需要自由组合成各种电路。实验挂箱内还配置有一个续流二极管；一个“RC”阻容吸收电路，用以吸收浪涌电压和电流，保护主电路晶闸管；一个有五个选择档位的1200mH的大电感；一只专用电缆接口，用以连接DDS 03实验挂箱内的晶闸管触发信号。此外，还有12只发光二极管指示灯，分别指示两组触发脉冲的有无；另有12只发光二极管指示灯，分别指示两组熔断丝的通断情况。使用一目了然，非常方便。2-3 DDS 03“晶闸管触发电路” 实验挂箱DDS 03型实验挂箱主要是为三相电路类实验提供触发脉冲之用。该实验挂箱可输出正、反二组脉冲，但两组脉冲不可同时工作，

19、应该互锁工作。既可输出单窄、双窄脉冲。也可输出宽脉冲，可用“脉冲选择”开关选择。有一专用电缆接口和DDS 02型实验挂箱连接，用以输出脉冲和其它电信号。“同步电源观察孔”可用示波器观察电源的相位同步情况。“锯齿波斜率调节与观察孔”可用于调节a、b、c三相的锯齿波斜率，调节相应的电位器，可改变锯齿波斜率的大小，使三相锯齿波斜率一致。“脉冲观察孔”可用示波器观察单、双窄脉冲。正常情况下，它们的大小幅度应一致，并且互相间隔60°。二组脉冲分别各有6只按键开关，每只按键均可接通或断开脉冲信号，可以方便的模拟脉冲缺失状况，为实验创造条件。“电压给定器”主要是为移相控制提供控制电压。RP1调节正

20、给定电压；RP2调节负给定电压；S1为正负给定电压选择开关；S2为“0”伏和“±给定”电压输出选择开关，可根据电路具体要求确定。“脉冲放大控制”用于控制脉冲信号的输出。若要正组脉冲输出，只需用导线将Ublf端口对地连接即可；若要反组脉冲输出，只需用导线将Ublr端口对地连接即可。“FBC+FA（电流反馈与过流保护）”主要用于电机调速方面。该单元电路有两种功能，（1）检测电流反馈信号；（2）及时发出过流信号，驱动执行机构进行保护动作。但在本书中的大部分实验基本不用该单元功能。2-4 DDS 11“锯齿波同步触发电路”实验挂箱DDS 11“锯齿波同步触发电路”实验挂箱内有三大触发电路单元

21、模块：（1）“单结晶体管触发电路”；（2）“正弦波同步触发电路”；（3）“锯齿波同步触发电路”。可根据电路需要自由选择。2-5 DDS 12 “单相交流调压触发电路”实验挂箱该实验挂箱主要为“单相交流调压”和“单相并联逆变电路”的晶闸管提供触发信号。挂箱内分为“单相交流调压触发电路”和“单相并联逆变触发电路”两个模块电路。在“单相交流调压触发电路”单元中，“1”“5”孔均为波形测试孔，RP1和RP2调节电位器用于移相调节，单元右上角的钮子开关用于控制单元电路电源的开和关，“G1”“K”和“G2”“K2”是触发脉冲输出端。“单相并联逆变触发电路”介绍（略）。2-6 DDS 16“电力电子自关断器

22、件特性与驱动电路”实验挂箱该实验挂箱可承担三类电力电子器件的特性实验：GTR、功率MOSFET、IGBT。S1为GTR驱动电路电源开关；S2为MOSFET驱动电路电源开关；S3为PWM振荡器电源开关；S4为振荡频段高低开关，“通”为低频段，“断” 为高频段；S5为IGBT驱动控制电源开关。“主电源电路”为这三个器件实验提供0至20伏的可调电源。“栅极控制电压调节”专为MOSFET器件实验控制栅极提供0至15伏可调电压。整个挂箱的电源开关在右下角。RP3专为调节PWM脉宽之用；“负载调节”左旋到底为10，右旋到底为210。Rg1=51, Rg2=510, Rg3=1.2k, Rg4=33, Rg

23、5=150, Rc1=51,Rc2=20, C6=0.01F, C7=0.1F, C8=1F。2-7 DDS 30“Boost APFC与UC 3854 电路”实验挂箱 该实验挂箱主要承担功率因数校正研究实验项目。可以进行无源功率因数校正研究实验和有源功率因数校正研究实验。实验挂箱的电源开关在右下角，旁边配置1.5A的熔断丝座。电位器RP1用于调节电压反馈环采样电压幅值的大小；电位器RP2可调节负载电阻的大小；电位器RP3是用于调节电流反馈环反馈电流幅值的大小；电位器RP4用于调节电路振荡频率的大小。拨动开关S2用于控制集成电路控制芯片的电源的开通或关断；拨动开关S1则用于控制集成电路控制芯片

24、工作的启动或停止；拨动开关S3用于控制软启动时间的长或短，拨向“通”，C3和C4并联，软启动时间长；拨向“断”，则软启动时间短；拨动开关S4用于控制电路开关工作频率的高低。拨向“通”，电路开关工作频率低，拨向“断”，电路开关工作频率高。2-8 DDS 31“Buck与 Buck-Boost电路”实验挂箱该实验挂箱可承担两个实验项目：直流斩波电路（Buck变换器）实验和直流斩波电路（Buck-Boost变换器）实验。实验挂箱的电源开关在右下角，旁边配置1.5A的熔断丝座。拨动开关S1控制Buck变换器电路的供电。电位器RP1控制负载电阻的大小。拨动开关S2控制电路开关工作频率的高低，当开关拨向“

25、断”，电路开关工作频率高；当开关拨向“通”，电路开关工作频率低。电位器RP2用于调节脉宽与电路开关工作频率的高低。拨动开关S3控制Buck-Boost变换器电路的供电。电位器RP3控制Buck-Boost变换器电路的负载电阻的大小。2-9 DDS 32“Boost Cuk电路”实验挂箱该实验挂箱可承担两个实验项目：直流斩波电路（Boost变换器）实验和直流斩波电路（Cuk变换器）实验。实验挂箱的电源开关在右下角，旁边配置1.5A的熔断丝座。由于控制芯片采用UC3842，因此，实验电路可作成闭环形式，成为一个稳压电源实验。在Boost变换器电路单元，开关S1用于控制Boost变换器电路的供电。电

26、位器RP1可调节反馈电流的大小；电位器RP2可调节反馈电压的大小；电位器RP3可调节负载电阻的大小。在UC3842控制芯片单元，电位器RP4用于调节模拟反馈电压环反馈电压的大小；电位器RP5用于调节电路工作频率的高低；电位器RP6用于调节电路模拟反馈电流环反馈电流的大小。开关S2用于控制Cuk电路的供电。电位器RP7可调节反馈电流的大小；电位器RP8可调节反馈电压的大小；电位器RP9可调节Cuk电路负载电阻的大小。2-10 DDS 33“半桥、全桥电路”实验挂箱该实验挂箱可承担两个实验项目：半桥开关电路实验和全桥开关电路实验。实验挂箱的电源开关在右下角，旁边配置1A的熔断丝座。实验挂箱内的电路

27、选择开关，可根据实验需要，方便的选择“半桥电路”或“全桥电路”。实验挂箱内设有一个“电压调节旋钮”，可以根据实验需要，适时调节输出电压的大小。实验挂箱内还设有一个“负载调节旋钮”，可以根据实验需要，适时调节负载电阻的大小。2-11 DDS 34“移相全桥电路”实验挂箱该实验挂箱可完成“移相全桥零电压（Phase shift ZVS）”实验项目。实验挂箱内的“频率调节旋钮”，可用于调节电路开关工作频率的高低。实验挂箱内的“电压调节旋钮”，可以进行移相控制，从而调节输出电压的大小。实验挂箱内的“负载调节旋钮”，可以根据实验需要，适时调节负载电阻的大小。2-12 DDS 35“准谐振软开关电路”实验

28、挂箱该实验挂箱可承担两个实验项目：Buck ZCS 软开关电路实验和Boost ZVS软开关电路实验。实验挂箱的电源开关在右下角，旁边配置1A的熔断丝座。实验挂箱内的电路选择开关，可根据实验需要，方便的选择“Buck ZCS电路”或“Boost ZVS电路”。在“Buck ZCS”单元电路内和“Boost ZVS电路” 单元电路内各有一个电压调节旋钮，可以根据实验需要，方便的进行输出电压调节。2-13 DDS37“单相正弦波逆变电源（SPWM）” 实验挂箱该实验挂箱可完成两个实验项目：“单相正弦波逆变电源（SPWM）研究”和“单相交流斩控调压”。在“单相正弦波逆变电源（SPWM）研究”单元中，

29、有一“交流调压”和“SPWM”功能选择开关，用于选择实验功能；“启动开关”用于启动“SPWM”电路功能；三个旋钮分别完成“正弦波幅度调节”、“正弦波频率调节”、“三角波频率调节”功能；1-16分别为电路波形测试孔。在“单相交流斩控调压”单元中，1-8分别为电路波形测试孔；“电压调节”旋钮为调节输出电压而设；实验挂箱电源开关在右下角。2-14 DT 10“直流电压、电流表”实验挂箱实验挂箱的电源开关在右下角。读数显示采用数码LED电子仪表。当读数显示不稳定时，按动“数据锁定”按钮，可使读数显示稳定。直流电流表可分为大电流“A”或小电流“A”两个独立单元显示。当有过流发生，过载报警指示灯会亮，故障

30、排除后，按动“复位”按钮即可正常使用。2-15 DT 15“交流电压、电流表”实验挂箱 电源开关在实验挂箱的右下角。读数显示采用数码LED电子仪表。当读数显示不稳定时，按动“数据锁定”按钮，可使读数显示稳定。交流电流表显示可分为“A”或“mA”两档，有三个插孔供选择接线。当有过流发生，过载报警指示灯会亮，故障排除后，按动“复位”按钮即可正常使用。2-16 DT 16“多功能交流仪表”实验挂箱电源开关在实验挂箱的右下角。该多功能仪表可测量交流电压、电流、功率、功率因数、功率因数角。功能的转换依靠“功能切换”按钮来实现。当有过流发生，过载报警指示灯会亮，故障排除后，按动“复位”按钮即可正常使用。当

31、读数显示不稳定时，按动“数据锁定”按钮，可使读数显示稳定。2-17 DT 20、DT 21 “三相可调电阻” 实验挂箱DT 20“三相可调电阻” 实验挂箱内共有三单元互相独立的可调电阻。每单元内又有二个独立的可调电阻（0-900），可承受0.4A电流。两个电阻可以并联，并联后可承受0.8A的电流。DT 21“三相可调电阻” 实验挂箱和DT 20“三相可调电阻” 实验挂箱类似。只不过电阻阻值不同（0-90），每单元内每只电阻可承受的电流更大（1.3A）。“三相可调电阻”一般用作各类电路的负载用。2-18 DT 22“三相可调电抗” 实验挂箱 DT 22“三相可调电抗” 实验挂箱内有三单元互相独立

32、的可调电抗，每单元内又各有一只固定大电感（1H），一只可调大电感。可以根据需要进行串并联。DT 22“三相可调电抗” 一般用作各类电路的感性负载用。2-19 DT 23“三相可变电容” 实验挂箱 DT 23“三相可变电容” 实验挂箱内有2-20 DT 41 “三相芯式变压器”实验挂箱DT 41 “三相芯式变压器”实验挂箱用于晶闸管三相整流、逆变等实验。第三章 电力电子技术实验介绍3-1 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。二实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路的原理图如图3-1所示。图3-1 锯齿

33、波同步移相触发电路原理图图3-2 锯齿波同步移相触发电路工作波形图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，由VT2、VD1、 VD2、R3、C5等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。7伏交流电来自同步变压器，它和主回路接在同一电源上。7伏交流电经VD1间接的接在VT2基极上，当同步电压正弦波的负半周的下降阶段时，VD1导通，C5被充电，VT2截止；在负半周的上升阶段时，+15伏通过R3给C5反充电，当C5即1端电压上升到1.4伏时，VT2导通，1端电压被钳位在1.4伏，一直到又一个同步电压正弦波的负半

34、周的下降阶段开始。VD1又开始导通，C5放电又被充电，VT2又截止，如此循环。这样，在一个正弦波周期内，VT2完成了截止导通两个状态，在2端产生的锯齿波形恰好是一个周期，达到了同步的目的。锯齿波的宽度是由R3、C5决定的。锯齿波形成与移相控制环节是由这些电路组成：VTl、RP3、R5、VST1、R4组成的恒流源电路，当VT2截止时，由VTl等组成的恒流源电路就对C6充电，UC6两端的电压（U2）是按线性增长，当VT2导通时，R6电阻很小，C6迅速经过VT2放电，使UC6立即下降至零伏左右。当VT2周期性的截止导通，便在2端形成了锯齿波电压，同样也在VT3，e极形成了锯齿波电压。调节RP3就可调

35、节恒流源电流，因而也能改变C6的充电速率，即调节锯齿波的斜率。VT4是由控制电压Uct、偏移电压和锯齿波电压共同控制，根据迭加原理，当偏移电压为某一固定值时，改变控制电压Uct，就能改变VT4管的导通时刻，即改变了Ub4波形与时间横轴的交点，改变了脉冲输出的时刻，达到移相的目的。引入偏移电压的目的，是为了当Uct=0时，确定脉冲初始相位。当VT4截止时，VT5饱和导通，VT6截止，无脉冲输出。此时，电容C7经:R11 C7 VT5发射极 VD3 R2，被充电将近30伏，极性为左正右负。当VT4导通时，VD9和C7接点处的电压被降至1伏左右，由于电容电压不能突变，C7另一端电压(U4)立即降至-

36、30伏左右，VT5立即截止，VT6由R13经VD5供给足够基流转为饱和导通，经 脉冲变压器MB次级输出脉冲。同时，C7经R12、VD3、VT4放电和反充电，使4端电压，即VT5基极电压逐渐升高，当升至-15伏时，VT5又导通，VT6截止，输出脉冲终止。这里，脉冲宽度=R12×C7；VD5的作用是增加VT6的导通阀值；C9的作用是改善脉冲前沿幅值。 电路工作波形图如图3-2所示。电路实验线路图如图3-3所示。图3-3 锯齿波同步移相触发电路实验线路图三实验内容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。 四实验设备与仪器1DDSX-01电源控制屏；2D

37、DS-11“锯齿波触发电路”挂箱；3示波器等。五、实验方法1锯齿波同步移相触发电路的调试（1） 将DDS-11面板左上角的同步变压器原边绕组接220 V交流电压；“选择触发开关"拨向“锯齿波”；将面板下部的“锯齿波同步触发电路”单元内的“±15V开关”拨向“开”；左下角的选择开关拨向“触发电路"。（2） 开启总电源开关。用示波器测量“3”孔电压波形，注意：“地”电位在“正弦波同步触发电路”单元内。调节电位器RP1，使“3”孔电压波形即Uct平均值为零。同时，用示波器观察“1”孔电压U1和“5”孔电压U5，调节RP2即偏移电压，使=180°，然后，调节RP

38、1，使Uct最大，此时，=30°。如此反复几次，使移相角在移相范围 30° 180°内。请参考电路图3-4所示。2锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析（1） 同时观察“1”、“2”孔的电压波形，分析理解锯齿波宽度的形成和“1”孔电压波形之间的关系。（2） 观察“3”“5”孔电压波形和输出电压Ug的波形，参考电路图3-2分析理解它们之间的相互关系。图3-4 触发脉冲移相范围（3） 调节Uct使=60°，观察并记录UlU5及输出脉冲电压Ug的波形，标出其幅值与宽度并记录在表3-1-1中:表3-1-1 Ul U2 U3U4 U5 Ug 幅值(V) 宽度(

39、ms)六、实验报告1整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度；2总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=O的条件下，使=90°，如何调整?3讨论、分析实验中出现的各种现象。3-2 单相桥式半控整流电路实验一、实验目的1.研究单相桥式半控整流电路在电阻负载、电阻电感性及反电势负载时的工作；2.熟悉锯齿波触发电路的工作原理。二、实验原理及线路单相桥式半控整流电路实验线路如图3-5所示:图3-5 单相桥式半控整流电路实验线路图在单相桥式整流电路中将其中的上组或下组的二只二极管换成晶闸管就组成了半控桥式整流电路。其工作原理如下：晶闸管VT1、VT3的阴极接在一起

40、称共阴极连接。假使当触发脉冲Ug1，Ug3同时触发两管时，只能是阳极电位高的管子导通，导通后使另一管子承受反压截止。二极管VD1、VD3为共阳极连接，总是阴极电位低的管子导通，导通后迫使另一管子承受反压阻断。当负载是纯电阻时，工作原理如下：当电源电压u2正半周时触发T1管导通，电流经VT1RdVD3流回电源。此时VT3、VD1均承受反压。u2正半周结束时，VT1关断。当u2负半周时，触发VT3管导通，电流经VT3RdVD1路径流通。在负载Rd上的波形与全波整流时几乎一样。输出电压平均值Ud与控制角的关系如下：输出电流平均值Id为：负载电流有效值I与交流有效值I2相同即：若负载是小电阻大电感时，

41、则当电源电压u2正半周时，VT1管触发导通，VT1和VD3导电。当电压u2下降到零并变负时，电感L释放磁能，电流将继续通过VT1流通。但此时a点电位比b点电位低，二极管VD1、VD3为共阳极连接，转为VD1导通，VD3关断。VT1、VD1构成大电感L的续流回路。此时，忽略管子压降，则Ud=0，而不像全控桥电路出现负值电压。当电压u2负半周时，VT3管触发导通，VT1管承受反压关断，电流以经VT3、VD1流通。此u2负半周过零变正时，同样由VT3、VD3起续流作用，输出电压Ud=0。电路工作的特点是晶闸管在触发时刻换流。二极管在电压过零时刻换流。这种电路不加续流二极管似乎也能工作，但实际上当突然

42、把控制角增加到180°或者突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通而二极管轮流导通的失控现象。因此，必须另加续流二极管以保证电路可控，正常工作。输出电压Ud与电流Id和电阻性负载时计算一样。当负载为反电势负载时，有如下特点：1) 只有整流电压ud的瞬时值大于负载电势E时，整流桥路中的晶闸管才能承受正压触发导通。当晶闸管导通时，ud= u2=E+idR。当晶闸管关断时ud=E（即负载本身电势），因此，在反电势负载时，电流不连续，负载端直流电压Ud升高。2) 即使整流直流电压，ud小于反电势E，只要ud的瞬时峰值大于E，在直流回路电阻R。很小时，仍可以有相当大的电流输出，输出电

43、流流瞬时值id为：而平均电流Id为：由于电流波形在一个周期内导通角小，波形严重不连续，电流峰值又大，这种电流波形对直流电动机负载来说，特性变坏，换相容易产生火花；3) 由于负载是反电势，所以不能保证当触发脉冲来时，ud大于E，晶闸管承受正压导通。为使电路可靠工作，要求触发脉冲有足够的宽度，以保证晶闸管在承受正压时，触发脉冲尚未消失。为了克服上述缺点，对于直流电动机负载，常串接电抗器Ld，这样可以使负载电流连续且平稳，克服了反电势的缺点。当Ld足够大时，电流可认为平行于横轴的直线，电路完全可按大电感负载来分析计算。三、实验内容1 单相桥式半控整流电路带电阻性负载实验。2 单相桥式半控整流电路带电

44、阻电感性负载实验（有续流二极管）。3 单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载失控现象研究。4 单相桥式半控整流电路带反电势负载实验（有续流二极管）。四、实验设备1 DDSX 1型电源控制屏；2 DDS 02“一、二组桥晶闸管电路”实验挂箱；3 DDS 11 型锯齿波触发电路实验挂箱；4 DT 20“三相可调电阻” 实验挂箱；5 DT 10“直流电压、电流表”实验挂箱；6 示波器等。五、实验方法 按图接线。将“触发选择开关”拨至“锯齿波”；同步变压器原边接220伏交流电压；将锯齿波脉冲输出端“G1”、“K1”和“G3”、“K3”分别接入晶闸管VT1、VT3的控制极；逆时针调节负载电阻Rd至较大位置

45、；逆时针将调压器调到底。图中的R1、R2、RD均在DT 20“三相可调电阻” 实验挂箱上；续流二极管VD、大电感L（选1200mH）均在DDS02“一、二组桥晶闸管电路”实验挂箱内。开启“电源控制屏”上总电源开关，慢慢将电压调至220伏左右；开启“锯齿波触发电路”挂箱电源开关；开启“电源控制屏”上主电路开关。1单相桥式半控电路带电阻负载研究调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP1，观察=30°、60°、90°、120°、150°、180°的ud、uT（晶闸管端电压）、uD（整流管端电压）波形。记录此时的Uct（锯齿波同步触发

46、电路单元内的“3”端）、ud值，填入表3-2-1中；同时，记录=90°时的ud、uT、uD的波形，注意它们的时序关系。表3-2-130°60°90°120°150°180°Uct（V）ud (实测)ud（理论）2单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载研究断开“电源控制屏”上主电路开关。拆除负载电阻Rd和整流桥电路的连线，串接入DDS02挂箱上的1200mH电感，使整个负载成电阻电感性负载。按实验接线图接入续流二极管（在DDS02挂箱上）；开启“电源控制屏”上主电路开关。调节移相控制电压Uct，使=30°、60

47、6;、90°、120°、150°、180°。观察此时的Ud、id、ivD（续流管电流）波形，记录此时的Ud值，按要求填入表3-2-2中。一边调节Uct，一边尽量调小Rd，同时观察电流表读数，不要超出0.8A。断开续流二极管，观察不同角度的ud、uT、uD波形，和有续流二极管的ud、uT、uD、波形作比较。表3-2-230°60°90°120°150°180°Uct（V）Ud (实测)Ud（理论）记录=90°时，ud、uT（晶闸管端电压）、uD（整流管端电压）、id、ivD（续流管电流）

48、波形，注意它们的时序关系。3单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载失控现象研究调节移相控制电压Uct，使=90°，尽量调小负载电阻Rd，同时观察电流表读数，以不要超出0.8A为界。关断主电路电源开关，拆除续流二极管，开启“电源控制屏”上主电路开关。继续调节Uct，使=120°左右，突然拆除VT1、VT3 晶闸管触发信号，观察此时的ud、uD（整流管压降）、id波形，看是否发生失控现象。若无，调小负载电阻Rd，直到失控发生；若有，则记录失控波形分析。4单相桥式半控整流电路带反电势负载研究（另配电动机）断开“电源控制屏”上主电路开关。拆除负载电阻Rd，按实验接线图接入电动机负载，

49、同时，短接1200mH大电感。调节Uct，观察并记录等于各个不同角度时的ud、电动机两端的电压um的波形；然后，拆除大电感L的短接线，重复上述的实验；记录=90°时的ud、um、id波形。六、实验报告1绘出单相桥式半控整流电路带电阻负载=90°时的ud、uT、uD的波形，注意它们的时序关系。2绘出单相桥式半控整流电路带电阻负载=90°时ud、uT（晶闸管端电压）、uD（整流管端电压）、id、ivD（续流管电流）波形，注意它们的时序关系。3简述失控现象分析及续流二极管作用。4实验结果分析，实验现象讨论。3-3 三相桥式全控整流及有源逆变电路和实验一、实验目的1熟悉三

50、相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。2了解集成触发器的调整方法及各点波形;3对三相桥式全控整流及有源逆变电路的特性进行研究。二、实验原理及线路实验线路如图3-6所示：图3-6 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图三相桥式全控整流原理如下：习惯上一般给六只晶闸管编号，共阴极三只依次为1、3、5，下面三只共阳极的依次为4、6、2，即VT1和VT4接A相，VT3和VT6接B相，VT5和VT2接C相。在三相桥式全控整流电路中，以自然转换点作为控制角的起算点，该点比相电压波形过零点滞后30°，即VT1、VT3、VT5的自然转换点，分别滞后于A、B、C相电压正向过零点30°；V

51、T4、VT6、VT2的自然转换点分别滞后于A、B、C相电压负向过零点30°。 在三相桥式整流电路中，任何时刻必须保证有二只晶闸管同时导通才能形成电流回路。每只管子导通120°（在强感性负载下）。由于电路中共阴与共阳组换流点相隔60°，所以每隔60°有一次换流。在阻性负载下，电路的控制角最大移相范围为120°；在感性负载下，电路的控制角最大移相范围为90°。在三相桥式整流电路中，为保证电路正常工作，触发脉冲通常是双窄脉冲。在三相桥式全控整流电路中，在阻性负载时，负载电压ud是六个不同线电压的组合。当=0°时，为三相线电压的正向

52、包络线，每周期脉动六次，其波形频率为300Hz，其基本上是一个平稳直流。若负载是电阻性负载，当控制角60°时输出电流是连续的，当控制角>60°时，输出电流波形发生断续。因此输出电压平均值Ud为控制角 060° 控制角 60°120° 输出电流平均值 : 流过每只晶闸管的平均电流: 流过每只晶闸管的电流有效值亦应根据电流的连续与断续的情况分别计算求出。 当负载是电感性负载时，其输出电压平均值为 (090°)当三相桥式全控整流电路的负载是电感性负载，且有直流侧电源时，当控制角> /2 时电路就工作在有源逆变状态（当然，直流侧电

53、源ED必须稍大于Ud为逆变提供能量）。注意，半控桥电路或有续流二极管的电路，因它们不可能输出负电压，也不允许直流侧接上反极性的直流电源，故不能实现有源逆变。为了区别控制角，也为了计算方便，通常逆变角用表示，控制角和逆变角之间的关系=；角的起算位置从=（180°）这一点起，往左移角施加触发脉冲。由于+=，在三相桥式全控整流电路中，控制角大于/2 时，输出电压平均值为负，所以逆变角的移相范围0/2 。在实际使用中，三相桥式全控整流电路在整流工作时，若发生触发脉冲缺失或触发脉冲太小太窄，无法触通该相晶闸管时，至多发生缺相电压，使输出电压减小。但在逆变时，若发生脉冲丢失或触发不通的情况，则会

54、发生瞬时Ud电压与ED顺极性串联，出现很大的短路电流烧毁晶闸管或负载，这称为逆变颠覆。另一种情况是逆变角太小也会导致逆变失败。由于存在换相重叠角，当角太小时，此时触发晶闸管使其短暂导通因换流尚未结束，复又承受反压关断，相当于丢失一个触发脉冲，导致逆变失败。为保证逆变工作可靠，通常设置最小逆变角: min=0+a30°这里，0为：晶闸管在换相时，电流下降到零之后，还需经过tq时间，才能真正关断。0为关断时间tq所对应的电角度。：换相重叠角；a：安全裕量角。三、实验内容1三相桥式全控整流电路带电阻电感性负载实验；2观察整流状态下，模拟电路故障现象时的波形；3三相桥式全控有源逆变电路实验。四、实验仪器和设备1DDSX 01电源控制屏；2DDS02“一、二组桥晶闸管电路”挂箱；3DDS03 “晶闸管触发电路”挂箱；4DT 41 “三相芯式变压器”实验挂箱；4DT 10“直流电压、电流表”实验挂箱；5示波器等。五、实验方法1.三相全控整流电路带电阻电感性负载研究1) 按实验电路图接线。完成之后，再用专用扁线电缆在专用接口处连接“DDS 02”和“DDS03”挂箱；用导线将“DDS03”挂箱上“电压给定器”单元中的“输出”接口和“移相控制电压”单元中的“Uct”接