电力电子技术实验讲义

电力电子技术实验讲义

（修订一）

目录

第一章实验的基本要求.............................3

第二章电力电子技术实验项目......................6

2-4西门子TCA785集成触发电路实验............................................6

2-5单相半波可控整流电路实验..................................................9

2-7单相桥式全控整流及有源逆变电路实验.......................................12

2-11三相桥式全控整流及有源逆变电路实验......................................15

212单相交流调压电路实验..................................................18

第三章现代电力电子器件特性及典型线路实验..........21

3-3直流斩波电路的性能研究...................................................21

3-4SPWM单相交直交变频原理实验..............................................28

第一章实验的基本要求

一、实验前的准备

实验前的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应

先进行预习，从而提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手、

浪费时间，完不成实验要求，甚至有可能损坏实验装置。因此，实验前应做到：

(1)复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。

(2)阅读本教材中的实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实

验系统的工作原理和方法；明确实验过程中应注意的问题。

(3)写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记

录表格等。

(4)进行实验分组，一•般情况下，电力电子技术实验分组为每组1〜2人，交、

直流调速系统实验的实验小组为每组2〜3人。

二、实验的实施过程

在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做

到以下几点：

(1)实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次

实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。

(2)指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、

仪器，明确这些设备的功能与使用方法。

(3)按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，以保证实验操

作协调，记录数据准确可靠，各人的任务应在实验进行中实行轮换，以便实验参

加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。

(4)按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况卜，接线次

序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。在进行调速系统实验时，也可由

2人同时进行主电路和控制电路的接线。

(5)完成实验系统接线后，必须进行自查。串联回路从电源的某一端出发,

按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确；并联支路则检查

方可进行。

3、为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细

再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。

4、如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参

数，确定无误后方能重新进行实验。

5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免

损坏仪表、电源或负载。

6、在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负

反馈，避免出现正反馈，造成过流。

7、除特殊说明外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必

须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。

8、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。在完成实验时，

要先关电枢电压，再关励磁电源。

第二章电力电子技术实验项目

2-1西门子TCA785集成触发电路实验

一、实验目的

⑴加深理解锯齿波集成同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。

⑵掌握西门子的Tca785集成锯齿波同步移和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

该控制屏包含“三相电源输

1DK01电源控制屏

出”等几个模块。

该挂件包含“TCA785单相集成

2DK05晶闸管触发电路

触发电路”等模块。

3双踪示波器自备

三、实验线路及原理

单相集成锯齿波同步移相触发电路的内部框图如图2-10所示。

Tca785集成块内部主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“锯齿波形成

电路”、“移相电压”和“锯齿波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块

组成。

同步信号从TCA785的第5脚输出，“过零检测”部分对同步电压信号进行

检测，当检测到同步信号过零时，信号送“同步寄存器”。

“同步寄存器”输出控制锯齿波发生电路，锯齿波的斜率大小由第9脚外接

电阻和■脚外接电容决定;输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定;14、15

脚输出对应负半周和正半周的触发脉冲，移相控制电压从11脚输入。

图2-10Tca785内部框图

典型应用电路如下图所示:

82-11Tca785锯齿波移相触发电路原理图

电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2则调节输入的移相控制电压，脉冲从14、

15脚输出，输出的脉冲恰好互差180°,可供单相整流及逆变实验用，各点波形请参考图2-12。

图2T2要相集成锯齿波触发电路的各点电压波形（a=90°）

电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变区器副边已在挂箱内部接好，所有的

测试信号都在面板上引出。

四、实验内容

⑴Tca785集成移相触发电路的调试。

(2)Tca785集成移相触发电路各点波形的观察和分析。

五、预习要求

阅读有关Tca785触发电路的内容，弄清触发电路的工作原理。

六、思考题

(l)Tca785触发电路有哪些特点？

(2)Tca785触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关？

七、实验方法

特别注意：“主电路电源输出“部分左边U,V,W三相电压是未经隔离的交

流380V电压(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为220V左右，而“主

电路电源输出”部分右边A,B,C三相电压是经隔离变压器输出的交流220V电压

(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为127V左右，三相输出端A、B、

C处的发光管发光时，可向外电路提供220V/L5A的三相交流电源，且左右部分

两个中线N之间是没有电气连接的，请不要混用。

(1)用两根导线将电源控制屏“主电路电源输出”的人与【3问220V交流线电压接到DK05

的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DK05电源尹关，这时挂件中所有的触发电路都

开始工作，用双踪示波器一路探头观测15V的同步电压信号，另一路探头观察Tca785触发电

路中同步信号“1”点的波形，“2”点锯齿波，调节斜率电位器RP1,观察“2”点锯齿波的

斜率变化，“3”、“4”互差180°的触发脉冲：最后观测输出的四路触发电压波形，其能否

在30°〜170°范围内移相？

①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。

②观察“2”点的锯齿波波形，调节电位器RP1,观测“2”点锯齿波斜率的变化。

③观察“3”、“4”两点输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与宽度。

(2)调节触发脉冲的移相范围

调节RP2电位器，用示波器观察同步电压信号和“3”点心的波形，观察和记录触发脉冲

的移相范围。

(3)调节电位器RP2使a=60°,观察并记录5〜U,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)。

U1U2U3U4

幅值(V)

宽度(ms)

八、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)讨论、分析实验中出现的各种现象。

九、注意事项

参照实验一的注意事项。

2-2单相半波可控整流电路实验

一、实验目的

(1)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。

(2)掌握单相半波可控整流电路在电阻性负载及电阻电感性负载时的工作以及其整流

输出电压(Ud)波形。

(3)了解续流二极管的作用。

二、实验所需挂件及附件

序号型号备注

1电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”模块

2DK03晶闸管上电路该挂件包含“晶闸管”、“电感”、“二极管”等模块

3DK05单相晶闸管触发电该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块

路

4DQ27三相可调电阻器调到最大,最小处附近时不要用力过猛

5双踪示波器实验室自备

6万用表实验室自备

三、实验线路及原理

将DK05挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DK03挂件面板上的正桥

中的任意一个晶闸管的门极和阴极，接线如图2T3所示。图中的R负载用450Q电阻(将两个

900。接成并联形式)。电感L在DK03面板上，有100mH,200mH、700mH三档口J供选择，本实

验中选用700mH。直流电压表及直流电流表从DK03挂件上得到。二极管在DK03上(或选用DK08

挂件)。

主

电

电

电

路<A>

阻

阻

电

本

电

性,I)1

源

感

负

输

性

载

出①ui

负

P载

DKO5单结晶且

体管触¥

挂件发电路A

图2-13单相半波可控整流电路接线图

四、实验内容

(1)单结晶体管触发电路的调试。

(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。

(3)单相半波可控整流电路带电阻性负载时山/上二f(。)特性的测定。

(4)单相半波可控整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。

五、实验方法

(1)单结晶体管触发电路的调试

特别注意：“主电路电源输出“部分左边U,V,W三相电压是未经隔离的交

流380V电压(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为220V左右，而“主

电路电源输出“部分右边A,B,C三相电压是经隔离变压器输出的交流220V电压

(两相之间线电压)，它们和中线N之间的相电压为127V左右，三相输出端A、B、

C处的发光管发光时，可向外电路提供220V/L5A的三相交流电源，且左右部分

两个中线N之间是没有电气连接的，请不要混用。

用两根导线将电源控制屏“主电路电源输出”A与B间的220V交流线电压(隔

离变压器输出)接到DK05的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DK05电源

开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单

结晶体管触发电路输出电压等波形。调节移相电位器RP：,观察锯齿波的周期变化及输出脉

冲波形的移相范围能否在30°〜170。范围内移动？

(2)单相半波可控整流电路接电阻性负载

触发电路调试正常后，按图2T3电路图接线。将电阻器调在最大阻值位置，按下“启动”

按钮，用示波器观察负载电压山、晶闸管VT两端电压Uv1的波形，调节电位器RP1,观察a=30°、

60°、90°、120°、150°时U”LU的波形，并测量直流输出电压业和电源电压记录于

下表中。

a30°60°90°120°150°

也

1(记录值)

Ud/U2

Ud(计算值)

“算公式：Ud-0.4512(1+cosa)/2

(3)单相半波可控整流电珞接电阻电感性负载

将负载电阻R改成电阻电感性负载(由电阻器与平波电抗器串联而成)。暂不接续流

六、实验报告

(1)画出a=90。时，电阻性负载和电阻电感性负载的山、风波形。

(2)画出电阻性负载时Ud/U=f(a)的实验曲线，并与计算值山的对应曲线相比较。

七、注意事项

(1)参照第一节的注意事项。

(2)在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相

触发电路来完成实验。

(3)在实验中，触发脉冲是从外部接入DK03面板上晶闸管的门极和阴极，此时,请不要

用扁平线将DK03、DK04的正反桥触发脉冲“输入”“输出”相连,并将U”及小悬空，避免误

触发。

(4)为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：

①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。

②在接通主电路前，必须先将控制电压U「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lb,避免过流。

③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。

(5)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50mA以上。

(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。

2-3单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、实验目的

(1)理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。

(2)掌握实现有源逆变的条件。

(3)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

1该控制屏包含“三相电源输出”等模块

电源控制屏

2DK03晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块

3DK05单相晶闸管触发电路该挂件包含“裾齿波同步触发电路”模块

4该挂件包含“三相芯式变压器”、“三相不控整

DK12变压器实验

流”等模块

5DQ27三相可调电阻器调到最大,最小处附近时不要用力过猛

6双踪示波器自备

7万用表自备

三、实验线路及原理

图2-15为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用450。可调电阻器(将两个900

Q接成并联形式)，电抗UIJDK03面板上的200mIL宜流电压、电流表均在DK03面板上。触

发电路采用DKO5挂件上的“锯齿波同步移相触发电路1、II”锯齿波触发脉冲Gl,K1加到

VT1的控制极和阴极，锯齿波触发脉冲G4,K4加到VT6控制极和阴极。锯齿波触发脉冲G2,

K2加到VT4的控制极和阴极，锯齿波触发脉冲G3,K3加到VT3控制极和阴极。

图2T6为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个直流电源(实

验时注意电源的极性)，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返

馈回电网。“芯式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“芯式变压

器”的中压端Am、Bm,返回电网的电压从其高压端A、B输出，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。

三

线

相

电

电

压

源

2

输2

0

出V

D锯齿波触发电路I

K

O

5锯齿波触发电路II

图2T5单相桥式整流实验原理图

-三

三三三

线相线

相相相

电不电

电芯电

压压

源式控源

2

输2变整输

2

2

0

出0密流出

V

V

路I

发电

波触

锯齿

O

路11

发电

波触

锯齿

5

理图

验原

路实

变电

源逆

式有

相桥

6单

图2T

内容

实验

四、

负载。

阻电感

路带电

整流电

式全控

单相桥

（1）

负载。

阻电感

路带电

逆变电

式有源

单相桥

（2）

。

的观察

覆现象

逆变颠

变电路

有源逆

（3）

方法

实验

五、

离

经隔

是未

电压

三相

V,W

边U,

分左

”部

输出

电源

电路

：“主

注意

特别

（1）

，

左右