电力电子变换与控制试验参考指导书

电力电子变换和控制试验指导书南京理工大学能源和动力学院新能源科学和技术教研室.120预备知识0.1THMPE-2型现代电力电子技术试验台介绍一、特点(1)试验装置采取挂件结构，可依据不一样试验内容进行自由组合。(2)试验装置占地面积小，试验装置只需三相四线电源即可投入使用。(3)装置面板示意图明确、清楚、直观。试验连接线采取强、弱电分开手枪式插头，试验线路连接方法安全、可靠、快速、简便。(4)控制屏供电采取三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实保护试验操作者人身安全。(5)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观察孔，三者有显著区分。二、技术参数(1)输入电压：三相四线制，交流380V±10%，50Hz。(2)工作环境：环境温度范围为-5—40℃，相对湿度<75%，海拔<1000m。(3)装置容量：≤１.0kVA(4)外形尺寸：长×宽×高=1550㎜×795㎜×1470㎜图0.1THMPE-2型现代电力电子技术试验台三、PE-01电源控制屏电源控制屏关键为试验提供多种电源，如三相交流电源、直流电源；同时也为试验提供所需仪表和负载，如直流电压电流表，交流电压电流表及可调电阻负载等；屏上还设有定时器兼报警统计仪；在控制屏正面大凹槽内，可挂置试验所需挂件；在控制屏两边还设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座。图0.2主控制屏上面板图MPE01控制屏面板功效包含：(1)三相电网电压指示：用于检测输入电网电压是否有缺相情况，操作交流电压表下面切换开关，观察三相电网各线间电压是否平衡。(2)定时器兼报警统计仪：可作为时钟使用，含有设定试验时间、定时报警、切断电源等功效，它还能够自动统计因为接线操作错误所造成告警次数。(3)电源控制部分：由电源总开关(钥匙式)、开启按钮及停止按钮组成；当打开电源总开关前时，设备上只有定时器兼报警统计仪工作；打开电源总开关，红灯亮，电源控制屏处于待机状态；当按下开启按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏三相主电路及直流电源全部有电压输出，控制屏处于运行状态；假如想切断电源输出，则按下停止按钮，绿灯灭，红灯亮，重新回到待机状态。(4)三相主电路输出：可提供三相线电压为220V/1.5A电源，在A、B、C三相输出周围装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压，当有输出电压后，对应发光管发光，主电路输出还设有电子式过流保护，当发生过流情况，控制屏发出声光报警信号并立即切断主电源。(5)直流电源：在按下开启按钮后将直流电源开关拨向“开”侧，则直流电源输出为220V直流电压，并设有发光二极管指示输出是否正常，直流电源输出由0.5A熔丝做短路保护；因为该电源容量有限，通常不要作为大电流直流电源使用。(6)面板仪表：控制屏面板上部设有量程分别为500V和5A真有效值交流电压表、电流表，精度为0.5级，供正确测量非正弦交流电压信号；控制屏面板下部设置有±300V数字式直流电压表和±5A数字式直流电流表，精度为0.5级。图0.3主控制屏左下面板图MPE01控制屏面板在主控制屏面板正下方，关键提供“给定”部分、“三相整流滤波电路”和“单相自耦调压器”三块功效，分别叙述以下：(1)给定：电压给定由两个电位器RP1、RP2及两个钮子开关S1、S2组成；S1为正、负极性切换开关，当S1开关拨到“正给定”侧，则可输出正电压，反之则输出负电压；输出正、负电压大小分别由RP1和RP2电位器来调整，顺时针调整输出增大，输出电压范围为0～士l5V，S2为输出控制开关，打到“运行”侧，许可正负给定电压输出，打到“停止”侧，则输出恒为零。元件RP1、RP2、S1及S2均安装在面板上，方便操作；另外给定输出由一只3位半直流数字电压表指示输出电压值。注意：不许可长时间将给定输出端直接接地，尤其是输出电压比较高时候，可能会将RP1、RP2触点烧坏。(2)整流滤波电路：整流滤波电路完成将三相或单相交流整流为直流电压，供试验中直流电压源使用，输出端接有2A保险丝，预防输出短路。(3)单相自耦调压器：提供了一只0～250V/0.5KVA单相交流自耦调压器，提供单相可调交流电源，最大输出电流为2A，输出侧设有电子式过流保护，当发生过流情况，控制屏发出声光报警信号并立即切断主电源；面板上设有电源控制开关，当控制屏开启后，将开关拨到“开”侧，调压器原边得电，调整控制屏左侧调压器旋钮，可得到0～250V可调交流电压。图0.4主控制屏右下面板图MPE03控制屏面板在控制屏大凹槽下部，关键有“指针式直流电压、电流表”、“平波电抗器”、“三相芯式变压器”和“可调电阻”四部分内容：(1)指针式直流电压、电流表：直流电压表测量范围0～±300V，为中零式，精度为1.0级；直流电流表测量范围0～±2A，为中零式，精度为1.0级。(2)平波电抗器：有3档电感量可供选择，分别为100mH、200mH及700mH，各档在1A电流下均能保持线性，可依据试验需要选择适宜电感值，电抗器回路中串有3A熔丝保护，熔丝座安装在控制屏内电抗器旁。(3)三相芯式变压器：在逆变试验中作为升压变压器使用，该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组相电压为127V/63.5V/31.8V，假如是Y/Y/Y接法，则线电压为220V/110V/55V。(4)可调瓷盘电阻：面板上共有三个瓷盘电阻，一个90Ω/1.3A电阻，两个900Ω/0.41A电阻，经过旋转手柄调整电阻值大小，单个电阻回路中均设有熔丝保护。0.2电力电子技术试验基础要求经过试验，能够加深对理论了解，培养和提升学生独立动手能力和分析、处理问题能力。电力电子技术试验内容较多、较新，试验也比较复杂，系统性较强。一、在完成指定试验后，应含有以下能力:(1)掌握电力电子变流装置触发、主电路及驱动电路组成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。(2)熟悉并掌握基础试验设备、测试仪器性能及使用方法。(3)能够利用理论知识对试验现象、结果进行分析和处理，处理试验中碰到问题。(4)能够综合试验数据，解释试验现象，编写试验汇报。二、试验过程电力电子技术试验包含准备、实施和总结三个关键阶段。试验准备即为试验预习阶段，是确保试验能否顺利进行必需步骤；每次试验前全部应优异行预习，从而提升试验质量和效率，不然就有可能在试验时不知怎样下手，即浪费时间，也完不成试验要求，甚至有可能损坏试验装置；所以，试验前应做到：(1)复习教材中和试验相关内容，熟悉和此次试验相关理论知识。(2)阅读本教材中试验指导，了解此次试验目标和内容；掌握此次试验系统工作原理和方法；明确试验过程中应注意问题。(3)写出预习汇报，其中应包含试验系统具体接线图、试验步骤、数据统计表格等。(4)进行试验分组，通常情况下，为每组1～2人。在完成理论学习、试验预习等步骤后，就可进入试验实施阶段。试验时要做到以下几点：(1)试验开始前，检验预习汇报，要求学生了解此次试验目标、内容和方法，只有满足此要求后，方能许可试验。(2)熟悉此次试验使用试验设备、仪器，明确这些设备功效和使用方法。(3)按试验小组进行试验，试验小组组员应进行明确分工，以确保试验操作协调，统计数据正确可靠，各人任务应在试验进行中实施轮换，方便试验参与者能全方面掌握试验技术，提升动手能力。(4)按预习汇报上试验系统具体线路图进行接线，通常情况下，接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。(5)完成试验系统接线后，必需进行自查；串联回路从电源某一端出发，按回路逐项检验各仪表、设备、负载位置、极性等是否正确；并联支路则检验其两端连接点是否在指定位置；距离较远两连接端必需选择长导线直接跨接，不得用两根导线在试验装置上某接线端进行过渡性连接。(6)试验时，应按试验指导书所提出要求及步骤，逐项进行试验和操作；系统开启前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位；测试统计点分布应均匀；如需改接试验线路时，必需断开主电源方可进行；试验中应观察试验现象是否正常，所得数据是否合理，试验结果是否和理论相一致。(7)完成试验全部内容后，应请指导老师检验试验数据、统计波形。经指导老师认可后方可拆除接线，整理好连线、仪器、工具，使之物归原位。试验最终阶段是试验总结，即对试验数据进行整理、绘制波形和图表、分析试验现象、撰写试验汇报。每位试验参与者全部要独立完成一份试验汇报，试验汇报编写应持严厉认真、实事求是科学态度。如试验结果和理论有较大出入时，不得随意修改试验数据和结果，不得用凑数据方法来向理论靠拢，而是用理论知识来分析试验数据和结果，解释试验现象，找出引发较大误差原因。试验汇报通常格式以下:(1)试验名称、专业、班级、试验学生姓名、同组者姓名和试验时间。(2)试验目标、试验线路、试验内容。(3)试验设备、仪器、仪表型号、规格、铭牌数据及试验装置编号。(4)试验数据整理、列表、计算，并列出计算所用计算公式。(5)画出和试验数据相对应特征曲线及统计波形。(6)用理论知识对试验结果进行分析总结，得出明确结论。(7)对试验中出现一些现象、碰到问题进行分析、讨论，写出心得体会，并对试验提出自己提议和改善方法。(8)试验汇报应写在一定规格汇报纸上，保持整齐。(9)每次试验每人独立完成一份汇报，按时送交指导老师批阅。0.3试验安全操作规程为了顺利完成电力电子技术试验，确保试验时人身安全和设备可靠运行要严格遵守以下安全操作规程：(1)在试验过程时，绝对不许可双手同时接到”三相主电路输出”两个输出端，将人体作为负载使用。(2)提升安全用电常识，任何接线和拆线全部必需在切断主电源后方可进行。(3)独立完成接线或改接线路后，应仔细再次查对线路是否正确，并使组内其它同学引发注意后方可接通主电源。(4)假如在试验过程中发生告警情况，应仔细检验试验线路和电位器调整参数，确定无误后方能重新进行试验。(5)在试验中应注意所接仪表最大量程，选择适宜负载完成试验，以免损坏仪表、电源或负载。(6)电源控制屏和各挂件上所用保险丝规格和型号不得私自改变，不然可能会引发不可预料后果。(7)控制屏起动前负载电阻必需放在最大阻值，给定电位器必需退回至零位后，才许可合闸起动，开启后必需缓慢增加给定，以免元器件和设备过载损坏。0.4常见试验仪器设备电力电子技术试验常见仪器设备关键有万用表和示波器，万用表能够用来测量交直流电压、电流和电阻值等，还常常见来检验是否有电和判定线路通断。示波器用来观察波形，需要使用探头来连接测量对象。不管使用万用表还是示波器，全部需要确保测量对象和仪器设备设置是一致，而且不能超出仪器最大量程。1晶闸管触发电路试验1.1单结晶体管触发电路试验一、试验目标(1)熟悉单结晶体管触发电路工作原理及电路中各元件作用。(2)掌握单结晶体管触发电路基础调试步骤。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-12晶闸管触发电路（一）该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。3双通道示波器PE-12面板三、试验线路及原理单结晶体管触发电路利用单结晶体管(又称双基极二极管)负阻特征和RC充放电特征，可组成频率可调自激振荡电路，图1.1所表示。图1.1单结晶体管触发电路原理图图中V6为单结晶体管，其常见型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器原边组成电容放电回路，调整RP1电位器即可改变C1充电回路中等效电阻，即改变电路充电时间。工作原理简述以下：由同时变压器副边输出60V交流同时电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点和电源电压过零点同时，梯形波经过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达成单结晶体管峰值电压UP时，V6导通，电容经过脉冲变压器原边快速放电，同时脉冲变压器副边输出触发脉冲；同时因为放电时间常数很小，C1两端电压很快下降到单结晶体管谷点电压Uv，使得V6重新关断，C1再次被充电，周而复始，就会在电容C1两端展现锯齿波形，在每次V6导通时刻，均在脉冲变压器副边输出触发脉冲；在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断数次，但对晶闸管而言只有第一个输出脉冲起作用。电容C1充电时间常数由等效电阻等决定，调整RP1电位器改变C1充电时间，控制第一个有效触发脉冲出现时刻，从而实现移相控制；单结晶体管触发电路各点经典波形图1.2所表示。电位器RP1已装在面板上，同时信号已在内部接好无需外接，全部测试信号均在面板上引出。图1.2单结晶体管触发电路各点经典波形(α=90°)四、试验内容(1)单结晶体管触发电路调试。(2)单结晶体管触发电路各点电压波形观察。五、预习要求阅读电力电子技术教材中相关单结晶体管内容，了解搞清单结晶体管触发电路工作原理。六、思索题(1)单结晶体管触发电路振荡频率和电路中C1数值有什么关系?(2)单结晶体管触发电路移相范围能否达成180°?七、试验方法(1)单结晶体管触发电路波形观察用两根导线将PE-01电源控制屏“三相主电路”A、B、C输出任意两相和PE-12“外接220V”端连接；按下控制屏上“开启”按钮，听到控制屏内有交流接触器瞬间吸合，此时“三相主电路输出”应输出线电压为220V交流电源；打开PE-12电源开关，船形开关发光，这时挂件中全部触发电路全部开始工作；用双通道示波器一路探头观察60V同时电压信号，另一路探头观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点波形，经稳压管削波得到“2”、“3”点波形，调整移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波改变及“5”点触发脉冲波形；观察输出“G、K”触发电压波形，其能否在30°～170°范围内移相?(2)单结晶体管触发电路各点波形统计调整RP1电位器，当α＝30°、60°、90°及120°时，将单结晶体管触发电路各观察点波形描绘下来，并和图1.2波形进行比较。八、试验汇报画出α=60°时，单结晶体管触发电路各点输出波形及其幅值。九、注意事项(1)双通道示波器有两个探头，可同时观察两路信号，但这两探头地线全部和示波器外壳相连，所以两个探头地线不能同时接在同一电路不一样电位两个点上，不然这两点会经过示波器外壳发生电气短路。为此，为了确保测量顺利进行，可将其中一根探头地线取下或外包绝缘，只使用其中一路地线，这么从根本上处理了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必需在被测电路上找到这两个信号公共点，将探头地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这么才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。(2)因为脉冲“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”分别接到晶闸管门极和阴极，不然无法观察到正确脉冲波形。(3)在示波器读取波形幅度及周期时，应注意示波器“V/DIV”和“t/DIV”数值，预防读数错误。1.2锯齿波同时移相触发电路试验一、试验目标(1)加深了解锯齿波同时移相触发电路工作原理及各元件作用。(2)掌握锯齿波同时移相触发电路调试方法。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-12晶闸管触发电路（一）该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。3双通道示波器三、试验线路及原理锯齿波同时移相触发电路I、II由同时检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等步骤组成，其原理图图1.3所表示。由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同时检测步骤，其作用是利用同时电压U来控制锯齿波产生时刻及锯齿波宽度。由V1、V2等元件组成恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2经过R4、V3放电；调整电位器RP1能够调整恒流源电流大小，改变对电容充电时间，从而改变了锯齿波斜率；控制电压U、偏移电压U和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而组成移相控制步骤，RP2、RP3分别调整控制电压Uct和偏移电压Ub大小；V6、V7组成脉冲形成放大步骤，C5为强触发电容用于改善脉冲前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电路各点经典波形图1.4所表示。图1.3锯齿波同时移相触发电路I原理图（注：图上TP7在实际装置上是TP8）本装置设有两路锯齿波同时移相触发电路，分别为I和II，它们在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出触发脉冲相位和I恰好互差180°，供完成单相整流及逆变电路试验用。电位器RP1、RP2及RP3均已安装在挂箱面板上，同时变压器副边已在挂箱内部接好，全部测试信号均在面板上引出。四、试验内容(1)锯齿波同时移相触发电路调试。(2)锯齿波同时移相触发电路各点波形观察和分析。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关锯齿波同时移相触发电路内容，了解锯齿波同时移相触发电路基础工作原理。(2)掌握锯齿波同时移相触发电路脉冲初始相位调整方法。六、思索题(1)锯齿波同时移相触发电路有哪些特点?(2)锯齿波同时移相触发电路移相范围和哪些参数相关?图1.4锯齿波同时移相触发电路I各点经典波形(α＝90°)七、试验方法(1)用两根导线将PE-01电源控制屏“三相主电路”A、B、C输出任意两相和PE-12“外接220V”端连接；按下控制屏上“开启”按钮，听到控制屏内有交流接触器瞬间吸合，此时“三相主电路输出”应输出线电压为220V交流电源；打开PE-12电源开关，船形开关发光，这时挂件中全部触发电路全部开始工作；用双通道示波器观察锯齿波同时触发电路各观察孔波形。①同时观察同时电压和“1”点电压波形，了解“1”点波形形成原因。②观察“1”、“2”、“3”点电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形关系。③调整电位器RP1，观察“3”点锯齿波斜率改变。④观察“4”～“8”点电压波形和输出电压波形，记下各波形幅值和宽度，并比较“5”点电压U5和“8”点电压U8对应关系。(2)调整触发脉冲移相范围将控制电压Uct调至零(立即电位器RP2逆时针旋到底)，用示波器观察同时电压信号和“8”点U8波形，调整偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α＝170°。(3)调整Uct使α＝60°，观察并统计U1～U8及输出“G、K”脉冲电压波形，标出其幅值和宽度，并统计在下表中。U1U2U3U4U5U6U7U8幅值(V)宽度(ms)八、试验汇报(1)整理、描绘试验中统计各点波形，并标出其幅值和宽度。(2)总结锯齿波同时移相触发电路移相范围调试方法，假如要求在Uct=0条件下，使α＝90°，应怎样调整?九、注意事项参考试验1.1注意事项。2桥式全控整流及有源逆变电路试验2.1单相桥式全控整流及有源逆变电路试验一、试验目标(1)加深了解单相桥式全控整流及有源逆变电路工作原理。(2)研究单相桥式变流电路整流全过程。(3)研究单相桥式变流电路逆变全过程，掌握实现有源逆变条件。(4)了解产生逆变失败原因及预防方法。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-11三相可控整流电路（一）该挂件包含“晶闸管”等多个模块。3PE-12晶闸管触发电路（一）该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。4双通道示波器5万用表PE-11面板三、试验线路及原理图2.1为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用控制屏右下处可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld选择控制屏下部700mH，直流电压、电流表均在控制屏面板上。触发电路采取PE-12挂件箱上“锯齿波同时移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。图2.1单相桥式全控整流试验原理图图2.2单相桥式有源逆变电路试验原理图图2.2为单相桥式有源逆变试验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出交流电压经升压变压器升压后反馈回电网；“三相不控整流”从电源控制屏下取得，其中控制屏下部分“心式变压器”在此作为升压变压器用，从晶闸管逆变出电压接“心式变压器”中压端Am、Bm，返回电网电压从其高压端A、B输出，为了避免输出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；图中电阻R、电抗Ld和触发电路和整流所用相同。从PE-12输出四路触发脉冲，在接到晶闸管主电路时候必需要遵照以下要求：PE-12输出G1K1和G4K4触发脉冲信号接到PE-11VT3和VT4，G2K2和G3K3触发脉冲信号接到VT1和VT6。四、试验内容(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试验。(3)有源逆变电路逆变失败现象观察。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关单相桥式全控整流电路相关内容。(2)阅读电力电子技术教材中相关有源逆变电路内容，掌握实现有源逆变必需条件。六、思索题实现有源逆变条件是什么?在本试验中是怎样确保满足这些条件?七、试验方法(1)触发电路调试用两根导线将PE-01电源控制屏“三相主电路”A、B、C输出任意两相和PE-12“外接220V”端连接；按下控制屏上“开启”按钮，听到控制屏内有交流接触器瞬间吸合，此时“三相主电路输出”应输出线电压为220V交流电源；打开PE-12电源开关，船形开关发光，这时挂件中全部触发电路全部开始工作，用示波器观察锯齿波同时触发电路各观察孔电压波形。将控制电压Uct调至零(将电位器RP2逆时针旋到底)，观察同时电压信号和“8”点U8波形，调整偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α＝180°。将锯齿波触发电路输出脉冲端分别接至全控桥中对应晶闸管门极和阴极（PE-12输出G1K1和G4K4触发脉冲信号接到PE-11VT3和VT4，G2K2和G3K3触发脉冲信号接到VT1和VT6），注意不要把相序接反了，不然无法进行整流和逆变试验；并将PE-11上控制触发脉冲开关全部打到“断”位置,确保晶闸管不被误触发。按图2.1接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“开启”按钮，保持Ub偏移电压不变(即RP3固定)情况下，逐步增加Uct（调整RP2），输出电压逐步升高，在α=30°、60°、90°及120°时，用示波器观察、统计整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt波形，并统计电源电压U2和负载电压Ud数值于下表中。Α30°60°90°120°U2Ud（统计值）Ud（计算值）计算公式：Ud＝O.9U2(1+cosα)/2(3)单相桥式有源逆变电路试验按图2.2接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“开启”按钮，保持Ub偏移电压不变(即RP3固定)情况下，逐步增加Uct（调整RP2），能够观察到输出电压逐步减小，当晶闸管两端电压恰好为0时，α为90°，此时继续增大Uct，输出电压由负变到正，表明晶闸管处于整流状态，在β=30°、60°及90°时，观察、统计逆变电流Id晶闸管两端电压Uvt波形，并统计负载电压Ud数值于下表中。β30°60°90°U2Ud（统计值）Ud（计算值）(4)逆变失败现象观察调整Uct，使α=150°，观察Ud波形。忽然关断触发脉冲（可将触发信号拆去），用双踪慢扫描示波器观察逆变失败现象，统计逆变失败时Ud波形。八、试验汇报(1)画出α=30°、60°、90°、120°及150°时Ud和Uvt波形。(2)画出电路移相特征Ud=f(α)曲线。(3)分析逆变失败原因及逆变失败后会产生后果。九、注意事项(1)参考试验1.1注意事项一；(2)在本试验中，触发脉冲是从外部接入PE-11面板上晶闸管门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应触发脉冲开关拨向“断”位置，避免误触发。(3)要注意是，供给PE-12挂件电源必需和接到主电路电源必需是同一路，同时要确保相位上一致，不然无法顺利完成该试验。(4)为了确保完成逆变试验时，避免不小心从逆变状态调到整流状态而不发生过流情况，应将回路中电阻R取比较大值，确保晶闸管能可靠工作。2.2三相桥式全控整流及有源逆变电路试验一、试验目标(1)加深了解三相桥式全控整流及有源逆变电路工作原理。(2)了解KC系列集成触发器调整方法和各点经典波形。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-11三相可控整流电路（一）该挂件包含“晶闸管”等多个模块。3双通道示波器4万用表三、试验线路及原理三相桥式全控整流主电路由三相晶闸管及负载组成，试验线路见图2.3，触发电路为PE-11中集成触发电路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后双窄脉冲，以上集成电路内部原理可参考附录中相关内容，图中可调电阻R、电感Ld、直流电压及电流表均在电源控制屏上，电阻R将两个900Ω接成并联形式；电感选择700mH。图2.3三相桥式全控整流电路试验原理图图2.4三相桥式有源逆变电路试验原理图在三相桥式有源逆变电路中，试验线路图2.4所表示，图中电阻将并联形式改为串联形式、电感取值和整流完全一致，而三相不控整流及心式变压器均在电源控制屏上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出电压接心式变压器中压端Am、Bm、Cm,返回电网电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。四、试验内容(1)三相桥式全控整流电路。(2)三相桥式有源逆变电路。(3)在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观察主电路各电压波形。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关三相桥式全控整流电路相关内容。(2)阅读电力电子技术教材中相关有源逆变电路相关内容，掌握实现有源逆变基础条件。(3)学习前面相关集成触发电路试验内容，掌握该触发电路工作原理。六、思索题(1)怎样处理主电路和触发电路同时问题?在本试验中，主电路三相电源相序可任意设定吗?(2)在本试验整流及逆变时，对α角有什么要求?为何?七、试验方法(1)PE-11上“触发电路”调试①打开PE-01电源控制屏上总电源开关，操作“电源控制屏”上“三相电网电压指示”开关，观察输入三相电网电压是否平衡。②打开PE-11电源开关，拨动“触发脉冲指示”开关，使“窄”处发光管亮。③用双通道示波器观察A、B、C三相锯齿波，并调整A、B、C三相锯齿波斜率调整电位器（在各观察孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。④将控制屏下面“给定”输出Ug直接和PE-11上移相控制电压Uct相接，将给定开关S1拨到“正给定”位置，S2拨到“停止”位置（即Uct=0），调整PE-11上偏移电压电位器，用双通道示波器同时观察A相同时电压信号和“脉冲观察孔”VT1输出波形，使α=170°。此时注意α起始点。⑤将给定开关S2拨到运行位置，合适增加给定Ug正电压输出，观察PE-11上“脉冲观察孔”波形，此时应观察到双窄触发脉冲。⑥用20芯扁平电缆，将PE-11“触发脉冲输出”端和“触发脉冲输入”端相连，并将PE-11“触发脉冲控制”上六个开关拨至“通”侧，用示波器观察VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间触发脉冲是否正常。(2)三相桥式全控整流电路按图2.3接线，将控制屏上“给定”正给定输出调到零(RP1电位器逆时针旋到底)，可调电阻器R放在最大阻值处，按下“开启”按钮，逐步调整给定电位器，增大移相电压，使α角在30°～150°范围内调整，同时，依据需要不停调整负载电阻R,使得负载电流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超出0.82A)。用示波器观察并统计α=30°、60°及90°时整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt波形，并统计对应Ud数值于下表中。α30°60°90°U2Ud（统计值）Ud（计算值）计算公式：Ud=2.34U2cosα(3)三相桥式有源逆变电路按图2.4接线，将电源控制屏上“给定”正给定输出调到零(RP1电位器逆时针旋到底)，将可调电阻器R放在最大阻值处，按下“开启”按钮，调整给定电位器，增加移相电压，使β角在30°～90°范围内调整，同时，依据需要不停调整负载电阻R,使得电流Id保持在0.3A左右(注意Id不得超出0.41A)。用示波器观察并统计β=30°、60°及90°时电压Ud和晶闸管两端电压Uvt波形，并统计对应Ud数值于下表中。β30°60°90°U2Ud（统计值）Ud（计算值）计算公式:Ud=2.34U2cos(180°-β)(4)故障现象模拟当β=60°时，将任意一路或几路触发脉冲开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时故障，观察并统计此时Ud、UVT波形改变情况。八、试验汇报(1)画出电路移相特征Ud=f(α)。(2)画出触发电路传输特征α=f(Uct)。(3)画出α=30°、60°、90°、120°及150°时整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT波形。(4)简单分析模拟故障现象。九、注意事项(1)可参考试验一注意事项。(2)为了预防过流，开启时必需将负载电阻R调至最大阻值位置。(3)有时会发觉脉冲相位只能移动120°左右就消失了，这是因为KC04触发电路原因，KC04触发电路要求电源相位关系严格按A、B、C排列次序，假如A、C两相相位接反，结果就会如此，此时对整流试验无影响，但在逆变时，因为整个调整范围只能到120°，试验效果不显著，可自行将四芯插头内A、C相两相导线对调，就能确保有足够移相范围。3三相交流调压电路试验一、试验目标(1)了解三相交流调压触发电路工作原理。(2)加深了解三相交流调压电路工作原理。(3)了解三相交流调压电路带不一样负载时工作特征。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-11三相可控整流电路（一）该挂件包含“晶闸管”等多个模块。3双通道示波器4万用表三、试验线路及原理三相交流调压电路由三路单相调压电路组合而成，触发脉冲即能够用双窄脉冲或宽脉冲进行触发，本试验中使用双窄脉冲，具体试验线路图3.1所表示。图中6个晶闸管均在PE-11上，所用负载及交流电压、电流表均从控制屏上取，负载电阻将两个900Ω结成并联形式。图3.1三相交流调压试验线路图四、试验内容(1)三相交流调压器触发电路调试。(2)三相交流调压电路带电阻性负载。(3)三相交流调压电路带电阻电感性负载（选做）。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中相关交流调压内容，掌握三相交流调压工作原理。(2)怎样使三相可控整流触发电路用于三相交流调压电路。六、试验方法(1)DJK02和DJK02-1上“触发电路”调试①打开PE-01电源控制屏上总电源开关，操作“电源控制屏”上“三相电网电压指示”开关，观察输入三相电网电压是否平衡。②打开PE-11电源开关，拨动“触发脉冲指示”开关，使“窄”处发光管亮。③用双通道示波器观察A、B、C三相锯齿波，并调整A、B、C三相锯齿波斜率调整电位器（在各观察孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。④将控制屏下面“给定”输出Ug直接和PE-11上移相控制电压Uct相接，将给定开关S1拨到“正给定”位置，S2拨到“停止”位置（即Uct=0），调整PE-11上偏移电压电位器，用双通道示波器同时观察A相同时电压信号和“脉冲观察孔”VT1输出波形，使α=170°。此时注意α起始点。⑤将给定开关S2拨到运行位置，合适增加给定Ug正电压输出，观察PE-11上“脉冲观察孔”波形，此时应观察到双窄触发脉冲。⑥用20芯扁平电缆，将PE-11“触发脉冲输出”端和“触发脉冲输入”端相连，并将PE-11“触发脉冲控制”上六个开关拨至“通”侧，用示波器观察VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间触发脉冲是否正常。(2)三相交流调压器带电阻性负载使用晶闸管VT1～VT6，按图3.1连成三相交流调压主电路，其触发脉冲己经过内部连线接好，只要将正桥脉冲6个开关拨至“接通”，即再晶闸管门极和阴极加上触发脉冲，同时将负载三个电阻调整到阻值基础一致，接通主电源，用示波器观察并统计α=30°、60°、90°、120°及150°时单个电阻上输出电压波形，并统计对应输出电压有效值，填入下表:α30°60°90°120°150°U212193137.67956七、试验汇报(1)整理并画出试验中统计波形，作不一样负载时U=f(α)曲线。(2)讨论、分析试验中出现多种问题。八、注意事项(1)可参考试验一注意事项。(2)调整阻抗角时，要注意不要使回路中电流超出电抗器最大电流，不然电抗器会进入饱和区。4直流斩波电路性能研究（三种经典线路）一、试验目标(1)熟悉直流斩波电路工作原理。(2)熟悉多种直流斩波电路组成及其工作特点。(3)了解PWM控制和驱动电路原理及其常见集成芯片。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-19直流斩波试验3双通道示波器4万用表PE-19面板三、试验线路及原理(1)主电路①降压斩波电路(BuckChopper)降压斩波电路(BuckChopper)原理图及工作波形图4.1所表示。图中V为全控型器件，选择IGBT。D为续流二极管。由图4.1b中V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，反复上一周期过程。负载电压平均值为：式中ton为V处于通态时间，toff为V处于断态时间，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，输出到负载电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，因为输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。图4.1降压斩波电路原理图及波形②升压斩波电路(BoostChopper)升压斩波电路(BoostChopper)原理图及工作波形图4.2所表示。电路也使用一个全控型器件V。由图4.2b中V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，充电电流基础恒定为I1，同时电容C1上电压向负载供电，因C1值很大，基础保持输出电压UO为恒值。设V处于通态时间为ton，此阶段电感L1上积蓄能量为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处于断态时间为toff，则在此期间电感L1释放能量为(UO-Ui)I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄能量和释放能量相等，即：上式中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。图4.2升压斩波电路原理图及波形③Cuk斩波电路Cuk斩波电路原理图图4.3所表示。电路基础工作原理是：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回路分别流过电流，输出电压极性和电源电压极性相反。输出电压为：若改变导通比α，则输出电压能够比电源电压高，也能够比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压。图4.3Cuk斩波电路原理图(2)控制和驱动电路控制电路以SG3525为关键组成，SG3525为美国SiliconGeneral企业生产专用PWM控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功效图4.4所表示，它采取恒频脉宽调制控制方案，内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调整Ur大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调矩形波（即PWM信号）。它适适用于各开关电源、斩波器控制。具体工作原理和性能指标可参阅相关资料。图4.4SG3525芯片内部结构和所需外部组件四、试验内容(1)控制和驱动电路测试(2)三种直流斩波器测试五、思索题(1)直流斩波电路工作原理是什么？有哪些结构形式和关键元器件？(2)为何在主电路工作时不能用示波器两个一般探头同时对两处波形进行观察？六、试验方法(1)控制和驱动电路测试①开启试验装置电源，开启PE-19控制电路电源开关。②调整PWM脉宽调整电位器改变Ur，用双通道示波器分别观察SG3525第11脚和第14脚波形，观察输出光耦输出PWM信号改变情况，并填入下表。Ur(V)11(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)③用示波器分别观察A、B和光耦输出PWM信号波形，统计其波形、频率和幅值，并填入下表。观察点A(11脚)B(14脚)PWM波形类型幅值A(V)频率f(Hz)④用双通道示波器两个探头同时观察11脚和14脚输出波形，调整PWM脉宽调整电位器，观察两路输出PWM信号，测出两路信号相位差，并测出两路PWM信号之间最小“死区”时间。(2)直流斩波器测试(使用一个探头观察波形)斩波电路输入直流电压Ui由三相调压器输出单相交流电经电源控制屏上桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源，观察Ui波形，统计其平均值(注：本装置限定直流输出最大值为50V，输入交流电压大小由调压器调整输出)。按下列试验步骤依次对三种经典直流斩波电路进行测试。①切断电源，依据PE-19上主电路图，利用面板上元器件连接好对应斩波试验线路，并接上电阻负载，负载电流最大值限制在200mA以内。将控制和驱动电路输出“V-G”、“V-E”分别接至VG和E端。②检验接线正确，尤其是电解电容极性是否接反后，接通主电路和控制电路电源。③用示波器观察PWM信号波形、UGE电压波形、UCE电压波形及输出电压UO和二极管两端电压UD波形，注意各波形间相位关系。④调整PWM脉宽调整电位器改变Ur，观察在不一样占空比α时，统计Ui、UO和α数值于下表中，从而画出UO=f(α)关系曲线。降压斩波电路(BuckChopper)Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)Ui(V)UO(V)升压斩波电路(BoostChopper)Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)Ui(V)UO(V)Cuk斩波电路Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)Ui(V)UO(V)七、试验汇报(1)分析图4.4中产生PWM信号工作原理。(2)整理各组试验数据绘制各直流斩波电路Ui/UO-α曲线，并作比较和分析。(3)讨论、分析试验中出现多种现象。八、注意事项(1)在主电路通电后，不能用示波器两个一般探头同时观察主电路元器件之间波形，不然会造成短路。(2)用示波器两个一般探头同时观察两处波形时，要注意共地问题，不然会造成短路，在观察高压时应衰减10倍，在做直流斩波器测试试验时，最好只使用一个探头。5单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路试验一、试验目标(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。(2)熟悉ICL8038功效。(3)掌握SPWM波产生基础原理。(4)分析交直交变频电路在不一样负载时工作情况和波形，并研究不一样工作频率对电路波形影响。二、试验所需挂件及附件序号型号备注1PE-01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等多个模块。2PE-16单相交直交变频原理3双通道示波器4万用表PE-16面板三、试验线路及原理采取SPWM正弦波脉宽调制，经过改变调制频率，实现交直交变频目标。试验电路由三部分组成：即主电路,驱动电路和控制电路。(1)主电路部分:图5.1所表示,交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由控制屏提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IG