电力电子技术实验报告(2)

电力电子技术实验报告

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实验一 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

三、实验线路及原理

锯齿波同步移相触发电路的原理图见DJK03-1挂件介绍中锯齿波同步移相触发电路原理图。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，其工作原理可参见DJK03-1挂件介绍部分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、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。

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“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。

③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。 ④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α=170°，其波形如下图所示。

锯齿波同步移相触发电路

(3)调节Uct（即电位器RP2）使α=60°，观察并记录U1～U6

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)。

六、实验报告

整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。

数据见表格。 实验截图如下：

七、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。

(2)由于正弦波触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如需将α调节到逆变区，除了调节RP1外，还需调节RP2电位器。

(3)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100Ω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），否则无法观察到正确的脉冲波形。 八、实验心得体会

锯齿波同步移相触发电路1、2由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲放大等环节组成，通过本实验使我更加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，并基本掌握掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。

实验二 新器件特性实验

一、实验目的

(1)掌握各种电力电子器件的工作特性。

(2)掌握各器件对触发信号的要求。

将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由DJK06上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负载，将两个90Ω的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。

实验线路的具体接线如下图所示：

四、实验内容

(1)晶闸管（SCR）特性实验。

(2)可关断晶闸管（GTO）特性实验。 (3)功率场效应管（MOSFET）特性实验。 (4)大功率晶体管（GTR）特性实验。

(5)绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。 五、实验方法

(1)按图3-26接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将DJK06上的给定电位器RP1沿逆时针旋到底，S1拨到“正给定”侧，S2拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调到底，DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置；打开DJK06的电源开关，按下控制屏上的“启动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压Ug调节过程中回路电流

（），重复上述步骤，并记录数据。

），

），

根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。

图一 晶闸管SCR输出特性 图二

GTO输出特性

图三 GTO输出特性 图四

MOSFET输出特性

图五 IGBT输出特性

实验截图如下：

七、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。

(2)为保证功率器件在实验过程中避免功率击穿，应保证管子的功率损耗(即功率器件的管压降与器件流过的电流乘积)小于8W。

(3)为使GTR特性实验更典型，其电流控制在0.4A以下。

(4)在本实验中，完成的是关于器件的伏安特性的实验项目，老师可以根据自己的实际需要调整实验项目，如可增加测量器件的导通时间等实验项目。

八、实验心得体会

不同的电力电子器件，因其制造工艺上的不同，其导通即关断过程存在一定的差异，通过对其工作特性曲线的分析可以发现：GTR和GTO是双极性电流驱动器件，具有电导调制效应，通流能力强，但开关速度较低，所需驱动功率大；而电力ＭＯＳＦＥＴ是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小。ＩＧＢＴ综合了GTR和ＭＯＳＦＥＴ的优点，具有良好的特性。

实验三 单相交流调压电路实验

一．实验目的

（1）加深理解单相交流调压电路的工作原理；

（2）加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；

（3）了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。

二．实验器材

（1）DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置；

（2）DJK01、DJK02、DJK03-1、D42等挂箱；

（3）双踪示波器；

（4）万用表。

三．实验内容

(1)KC05 集成移相触发电路的调试。

(2)单相交流调压电路带电阻性负载。

(3)单相交流调压电路带电阻电感性负载。

四．实验电路

本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线

性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-13所示。图中电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联接法，晶闸管则利用DJK02上的反桥元件，交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到，电抗器Ld从DJK02上得到，用700mH。

五．实验内容及步骤

(l)KCO5集成晶闸管移相触发电路调试

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的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用示波器观察“1”～“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到170°，记录上述过程中观察到的各点电压波形。

(2)单相交流调压带电阻性负载

将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端“G1”、

“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压UvT的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在不同α角时各点波形的变化，并记录α=30°、60°、90°、120°时的波形。

(3)单相交流调压接电阻电感性负载

a) 在进行电阻电感性负载实验时，需要调节负载阻抗角的大小，因此应该知道电抗器的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻，如图3-16所示。电抗器的内阻为：

电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图8-14所示。由于电流大时，对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。

六、注意事项

（1）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。

（2）可以用DJK02-1上的触发电路来触发晶闸管。

（）3由于“G”、“K“输出端有电容影响，故观察触发脉冲电压波形时，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100Ω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，无法观察到正确的脉冲波形。

七、实验结果

1. 实验数据如下表所示

2. 整理并画出实验中记录下的各点波形。

实验波形如下图所示

1、单相交流调压电路触发器如图11各点波形

1、2点波形 1、3点波形 1、4点波形 1、5点波形

1、6点波形

第一组实验交流和直流电压波形

和直流电压波形

第三组实验交流和直流电压波形

流和直流电压波形

5

第二组实验交流

第四组实验交

第五组实验交流和直流电压波形 第六组实验交流和直流电压波形

实验四 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、实验目的

（1）加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理；

（2）了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。

二、实验器材

（1）DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置；

（2）DJK01、DJK02、DJK02-1、DJK06、DJK10、D42等挂箱；

（3）双踪示波器；

（4）万用表。

三、实验内容

三相桥式全控整流电路；

四、实验电路

实验线路如图3-11所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，触发电路为DJK02-l中的集

成触发电路，由KC04、KC41、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的原理可参考有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。

图中的R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。

图3-11 三相桥式全控整流电路实验原理图

五、实验内容及步骤

（1）DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试

a) 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，观察输的三相电网电压是否平衡；

b) 将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至

“直流调速”侧；

c) 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；

d) 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；

e) 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

α=150°(与上一个实验相同)。

f) 适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观

察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲；

g) 用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和

“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输

入端；

h) 将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将

DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉

冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关

拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的

触发脉冲是否正常；

(2)三相桥式全控整流电路

按图3-12接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使b角在30°～150°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R，使得负载电流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超过0.65A)。用示波器观察并记录α=30°、60°及90°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。

六、注意事项

（1）为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置；

（2）三相不可控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变用直流电源的电压值；

（3）有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为A、C两相的相位接反了，这对整流状态无影响，但在逆

变时，由于调节范围只能到120°，使实验效果不明显，用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围。 七、实验结果

（1）画出电路的移相特性Ud=f (α)； （2）画出触发电路的传输特性α=f（Uct）；

（3）画出α=30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压ud和晶闸管两端电压uT的波形；

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（4）简单分析模拟故障现象。

当1号出故障的时候，也就是脉冲丢失，导致晶闸管不能正常换向，保持继续导通，直到下半个周期，是电源瞬时电压和电动机电动势顺向串接，造成短路

实验结果：

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)

计算公式：Ud=2.34U2cosa。 八、实验心得

由于此实验的实验设备问题，导致操作的不便，不过通过此实验，我们观察到三相桥式整流的波形和有源逆变的波形，了解到有源逆变的条件为α角要大于90°，90°之前为整流，90°之后为三相有源逆变，分析了在60°时，出故障的波形

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