电力电子实验波形

1、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。实验三 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、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK03-1

2、晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。3双踪示波器自备三、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

3、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。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

4、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。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。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。调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。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

5、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=170°，其波形如图3-2所 (3)调节Uct（即电位器RP2）使=60°，观察并记录U1U6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 (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=90°，如何调整?(3)讨论、分析

6、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型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5D42三

7、相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验线路及原理本实验线路如图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 900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

8、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

9、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电位器顺时针转到底）170o。(3)单相桥式半控整流电路带电阻性负载：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。计算公式: Ud = 0.9U2(1+cos)/2(4)单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载 断开主电路后，将负载

10、换成将平波电抗器Ld(70OmH)与电阻R串联。不接续流二极管VD3，接通主电路，用示波器观察不同控制角时Ud、UVT、UVD1、Id的波形，并测定相应的U2、Ud数值，记录于下表中：在=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。 接上续流二极管VD3，接通主电路，观察不同控制角时Ud、UVD3、Id 的波形，并测定相应的U2、Ud数值在接有续流二极管VD3及=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

11、、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。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时输出电压Ud和电动机电枢两端电压Ua的波形。接上平波电抗器，重复上述实验。八、实验报告(1)画出电阻性负载，电阻电感性负载时Ud/U2=f()的曲线。(2)画出电阻性负载，电阻电感性负载，角分别为30°、60°、90°时的Ud、UVT的波形。 =30°时阻性负载波形 =30°时阻感性负

12、载波形 =30°时UVT波形 =60°时阻性负载波形 =60°时阻感性负载波形 =60°时UVT波形 =90°时阻性负载波形 =90°时阻感性负载波形 =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

13、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。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型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4

14、DJK10 变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 等模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、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”和“”。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，其“心式变压器

15、”在此做为升压变压器用，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。(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

16、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=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

17、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=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。计算公式:UdO.9U2(1+cos)/2(3)单相桥式有源逆变电路

18、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=30°、60°、90°时，观察、记录逆变电流Id和晶闸管 (4)逆变颠覆现象的观察调节Uct,使=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=30°、60°、90°、120°时Ud和UVT的波形。=30°Ud的波形 =60°Ud的波形=90°Ud的波形

19、=120°Ud的波形 =30°Uvt的波形 =60°Uvt的波形=90°Uvt的波形=120°Uvt的波形 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)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。实验八三相半波可控整流电路实验一、实验目的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

20、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型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路 3DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放” 等几个模块。4DJK06 给定及实验器件该挂件包含“给定”等模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备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

21、调电阻，将两个900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

22、 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。将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。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。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。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=150°(注意此处的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