实验九三相半波可控整流电路实验课件

1、实验九三相半波可控整流电路实验指导教师:黄琴、詹星一、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1TKDD-1 电源控制屏UAN UBN UCN2DK03 晶闸管主电路 VT1 VT3 VT53DK04三相晶闸管触发电路UGK4DK08 给定及实验器件015v可调UCT5DQ27三相可调电阻4506双踪示波器YB43287万用表DT9205三、实验线路及原理900并900+-三、实验线路及原理900并900M+-+-直流并励电动机三、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

2、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。三、实验线路及原理图3-10中晶闸管用DK03正桥组的三个，电阻R用DQ27三相可调电阻，将两个900接成并联形式，Ld电感用DK03面板上的700mH，其三相触发信号由DK04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DK03获得。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。阅读电力电子技术教材中有关三相半波整流电路的内容。五、预习要求六、思考题(1)如何确定三相触发脉冲的相序，主电路输

3、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)DK03和DK04上的“触发电路”调试 打开TKDD-1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TKDD-1“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DK03的“三相同步信号输出”端和DK04“三相同步信号输入”端相连,打开DK04电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。七、实验方法(1)DK03和DK04上的“触发电路”调试 观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波

4、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DK08上的“给定”输出Ug直接与DK04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DK04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=170。七、实验方法(1)DK03和DK04上的“触发电路”调试 适当增加给定Ug的正电压输出，观测DK04上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。将DK04面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DK04的“正桥触发脉冲输出”端和DK03“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DK03“正桥触发脉冲”

5、的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。七、实验方法(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，DK08上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使能从30到170范围内调节，用示波器观察并纪录=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的数值于下表中七、实验方法306090120150U2122122122122122Ud（记录值）1248241110Ud/U21.01250.6750.33750.090450Ud（计算值）1248

6、241110306090120150U2119119119119119Ud（记录值）Ud/U21.020.670.340.090Ud（计算值）1218040110七、实验方法(3)三相半波整流带电阻电感性负载将DK03上700mH的电抗器与负载电阻R串联后接入主电路，观察不同移相角时Ud、Id的输出波形，并记录相应的电源电压U2及Ud、Id值，画出90o时的Ud及Id波形图。八、实验报告绘出当90o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。九、注意事项(1)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

7、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、注意事项(2)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100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

8、察到正确的脉冲波形。(3)为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：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。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。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。 九、注意事项(4) 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500mA以上。(5)整流电路

9、与三相电源连接时，一定要注意相序，必须一一对应。九、注意事项(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。九、注意事项控制角为0度时的波形控制角为30度时各点的波形控制角为60度时各点的波形结束,谢谢!1.6 电力电子器件器件的驱动1.6.1 电力电子器件驱动电路概述1.6.2 晶闸管的触发电路1.6.3 典型全控型器件的驱动电路1.6.1

10、电力电子器件驱动电路概述使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号。对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。驱动电路主电路与控制电路之间的接口1.6.1 电力电子器件驱动电路概述 驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器磁隔离的元件通常是脉冲变压器图1-25 光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型

11、c) 高传输比型1.6.1 电力电子器件驱动电路概述按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电压驱动型。驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。分类1.6.2 晶闸管的触发电路作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路应满足下列要求：脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。触发脉冲应有足够的幅度。不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。tIIM

12、t1t2t3t4图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉冲前沿上升时间（1s）t1t3强脉宽度IM强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT）晶闸管的触发电路1.6.2 晶闸管的触发电路V1、V2构成脉冲放大环节。脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节。V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。图1-27 常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路1.6.3 典型全控型器件的驱动电路(1) GTOGTO的开通控制与普通晶闸管相似。GTO关断控制需施加负门极电流。图1-28推荐的GTO门极电压电流波形OttOuGiG1)

13、 电流驱动型器件的驱动电路正的门极电流5V的负偏压GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。1.6.3 典型全控型器件的驱动电路直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿。目前应用较广，但其功耗大，效率较低。图1-29 典型的直接耦合式GTO驱动电路1.6.3 典型全控型器件的驱动电路开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。tOib 图1-3

14、0 理想的GTR基极驱动电流波形(2) GTR1.6.3 典型全控型器件的驱动电路GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。图1-31GTR的一种驱动电路驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。1.6.3 典型全控型器件的驱动电路电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。使MOSFET开通的驱动电压一般1015V，使IGBT开通的驱动电压一般15 20V。关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生

15、振荡。2) 电压驱动型器件的驱动电路1.6.3 典型全控型器件的驱动电路(1) 电力MOSFET的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大电路两部分图1-32电力MOSFET的一种驱动电路专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为16mA，输出最大脉冲电流为+2A和-3A，输出驱动电压+15V和-10V。 1.6.3 典型全控型器件的驱动电路(2) IGBT的驱动图1-33M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和 M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和

16、EXB851）。 多采用专用的混合集成驱动器。1.7 电力电子器件器件的保护1.7.1 过电压的产生及过电压保护1.7.2 过电流保护1.7.3 缓冲电路1.7.1 过电压的产生及过电压保护外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。电力电子装置可能的过电压外因过电压和内因过电压1.7.1

17、过电压的产生及过电压保护过电压保护措施图1-34过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。1.7.2 过电流保护过电流过载和短路两种情况保护措施负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器

18、变压器同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分 区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。图1-37过电流保护措施及配置位置1.7.2 过电流保护全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快 。快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种1.7.3 缓冲电路关断缓冲电路（du/dt抑制电路

19、）吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路(Snubber Circuit) ： 又称吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。b)tuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC1.7.3 缓冲电路缓冲电路作

20、用分析无缓冲电路：有缓冲电路：图1-38di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形ADCB无缓冲电路有缓冲电路uCEiCO 图1-39关断时的负载线1.7.3 缓冲电路充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。图1-38di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路其中RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。图1-40另外两种常用的缓冲电路RC吸收电路放电阻止型RCD吸收电路1.8电力电子器件器件的串联和并联使用1.8.1 晶闸管的串联1.8.2 晶闸管的并联1.8.3 电力MOSFET和IGBT并联运行的特点1

21、.8.1 晶闸管的串联问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。动态不均压：由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压。目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。1.8.1 晶闸管的串联静态均压措施：选用参数和特性尽量一致的器件。采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2图1-41晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施动态均压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压。采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间的差异。1.8.2 晶闸管的并联问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。均流措施：挑选特性参数尽量一致的器件。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。目的：多个器件并联来承担较大的电流1.8.