电力电子技术实验指导书(改编)

电力电子技术实验指导书郑州轻工业学院电气工程实验中心2006年3月１目录BZT—ⅢB型变流、交直流调速实验装置简介及实验操作注意事项……………………….2实验一单相半控桥可控整流电路的研究……………………………………………………5实验二三相桥式全控整流电路的研究………………………………………………………9实验三单相交流调压电路的研究…………………………………………………………..15实验四IGBT直流斩波电路的研究………………………………………………………….19实验五DC/AC单相半桥SPWM逆变电路性能研究………………………………………….22２BZT—ⅢB型变流、交直流调速实验装置简介及实验操作注意事项一、概述BZT—ⅢB型变流、交直流调速实验装置是华中师范大学机电厂研制生产的教学实验设备，该装置功能齐全，结构可靠，采用模块化设计，移动组合方便，面板布局直观。测试点用专门的接线端子引至面板，便于接线调试，测量及显示仪表全部采用三位半数显表。该装置供电力电子变流技术实验和交直流调速实验，也可供学生课程设计、毕业设计和有关科研使用。二、总体结构本装置外形尺寸为1550×800×780。实验桌上带有滑轮导轨的三个抽屉，分别装有实验所需的交直流电源、变压器、开关、熔断器及各种保护电路。各路交直流电源的输出端子都引到控制面板接线柱及台阶插座上，控制开关及可调旋纽也全部安装在面板上，并画有各个独立环节的电路原理图。实验电路全部画在各个模块面板上，接线柱、电位器也安装在电路相应的位置上，测试孔位置清晰、直观，通过模块和电源等共同构成相应的实验系统。三、主要技术指标（1）输入电源：三相四线380V50Hz（2）装置容量：10KVA（3）实验电源：提供（a）三项四线制380V交流电源。（b）直流可调电源0―250V、8A。（c）直流可调电源0―230V、8A。（d）单相220V工作电源。（e）直流稳压电源5V，1A；±15V，1A；30V，500mA（4）绝缘电阻：5MΩ（5）漏电保护：漏电动作电流≥30mΑ四、面板操作功能及操作方法（1）面板操作功能说明：1、漏电保护开关。2、总电源开。3、总电源关。4、单相调压手柄。5、三相电源(主电路)开。6、三相电源(主电路)关。7、三相电路指示灯。8、三相电路输出指示灯。9、交流0―300V数字显示表。10、直流0―300V数字显示表。11、工作220V电源插座。12、交流380V/220V输出接线柱。13、急停开关。14、交流0―220V输出接线柱。15、直流0―220V输出接线柱。16、交直流可调电压输出开关。17、保险座（保险丝为10A）。18、３直流40V数字显示表。19、直流电压5V，±15V，30V输出台阶插座。20、保险座（保险丝为2A）。21、直流电压开关。22、转换开关。23、逆变变压器输入端子。24、逆变变压器输出接线柱。25、斩波变压器输出接线柱。26、三相同步电压52V输出端子。27、供实验主电路电源380V/220V输出接线柱。28、输出U、V、W电源指示灯。29、同步变压器引出端子。（2）操作方法：投入电源后应注意以下各点。1．将[1]的扳把向上扳起，[7]指示灯全亮，[11]有220V电源。2．按下[2]，[8]指示灯全亮，[12]有380V/220V电压。3．打开[16]，[9][10]显示为零，顺时针调节[3]，[14][15]有电压输出，[9][10]有相应的显示。4．打开[21]，[19]有直流电压输出，转换[22]，[18]有相应的显示。5．按下[5]，[28]指示灯全亮，[27]有380V/220V电压输出，[26]有三相52V同步电压输出。6．按下[6]，[28]指示灯灭，[26]，[27]无输出电压。7．关掉[21]，[18]对应的输出与显示全无。8．按下[13]或[16]，[8]指示灯灭，[12]无输出电压。9．将[1]扳把朝下，[7]指示灯灭，[11]无输出电压。五、实验操作注意事项（1）实验前一定要预习有关实验内容，了解实验目的、方法和要求，熟悉本装置电源电路图的工作原理及正确使用方法。４（2）实验电路接线应合理，导线粗细长短适当，自锁紧插件松紧适宜，保证接线良好。（3）接完线后应仔细检查并经指导老师确认无误后方可合闸通电。（4）做实验时，人体不可接触带电线路。接线或折线都必须在切断电源的情况下进行。在做电机实验时，电动机励磁电源给定后，不允许在实验过场中调节，以防失磁非车。（5）在实验过程中，若发现电网突然停电或发生异常情况，须立即切断全部电源开关。若实验中接线偶然脱落，也应及时切断电源后才能把导线接回原处。（6）实验结束后，应将实验台上的仪表、模块及各类设备、导线、工具等整理好。５实验一单相半控桥可控整流电路的研究一、实验目的1．熟悉单结管触发电路的工作原理,掌握调试步骤和方法。2．研究分析单相半控桥可控整流电路在电阻及电阻电感性负载下的工作状态。3．明确续流二极管的作用。二、实验电路三、实验主要设备1．BZT—ⅢB型变流、交直流调速实验装置1台2．双踪示波器1台3．电阻器（灯板）1台4．电抗器（单相自耦调压器代）1台5．万用表1块６四、实验内容及步骤1．接线根据实验电路（图1—1）把线连接好。注意电阻负载为外接灯板，电抗器为外接单相调压器。2．单结晶体管触发电路的调试（单结晶体管触发电路原理见附录一）闭合S，触发电路电源接通，主电路电源先不接通。用示波器分别观察并记录触发电路中整流输出A点、削波B点、锯齿波C点、单结晶体管D点及脉冲变压器输出脉冲波形。调节移相电位器RP，观察锯齿波电压Uc的变化情况及脉冲的移相情况，估计触发电路移相范围。并将测量结果填入表1内：表1图中位置波形图中位置波形A→oD→oB→og1→kC→og2→k3.电阻负载的研究接通主电路电源，将单相调压器调到0位，用示波器观察负载电压Ud，晶闸管两端电压UvT的波形，调节移相电位器Rp,观察不同α角时Ud波形的变化情况，并记录Ud值，填入表2内，作出Ud=f（α）的曲线。（α值可用示波器测算）表2控制角α=30°α=60°α=90°α=120°α=150°测量Ud值测量Id值Ud波形3．电阻电感性负载的研究将单相调压器顺时针调到最大位置。观察在不同控制角下的输出电压Ud和输出电流Id的波形。改变电感量Ld的大小，观察Id波形的变化情况。７4．研究续流二极管的作用在电感性负载时，不接续流二极管，模拟触发电路故障，（可将控制角突然调到180°或将触发电路脉冲Ug的引线断开）使触发脉冲突然消失，观察失控现象并记录Ud波形。接上续流二极管（可将面板上二极管V2接在输出负载两端），重复上述步骤，观察输出电压波形，与不加续流二极管的结果进行比较。五、实验报告要求1．说明单结管触发电路的工作原理和调试方法，分析各点波形。2．分析电阻负载和电阻电感性负载下的输出电压和电流的波形，作出Ud=f(α)的控制特性曲线。3．分析失控现象和续流二极管的作用。附录一单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路原理如图1—2所示。电源接通，从电源变压器输出60V交流电压经V1—V4二极管桥式整流，再经稳压管削波得到梯形波电压。这些梯形波电压与主回路的交流电压同步，又是单结管的电源。８由单结晶体管V和电容C2、电阻R4、R5、脉冲变压器及三极管V2组成张弛振荡器，以产生触发脉冲。三极管V2相当于一个可变电阻Rv2，它的等效电阻阻值随基极电位的改变而变化，改变基极电位Vb2就相当于调整这个可变电阻。V1、V2管构成复合放大，因此，调节Rp即可改变可变电阻Rv2的值，电容通过R4、Rv2充电。当C2上所充电压Uc很小（UcUp）时，单结管e-b1间，处于截止状态，呈现高阻抗，没有脉冲输出。随着C2的继续充电，上升到Uc≥Up时，单结管e-b1间变为导通。由于导通时e-b1间呈低阻状态，C上所充的电压就通过e-b1、脉冲变压器原边线圈很快放电，故在脉冲变压器副边线圈就输出一个正向脉冲。随着C2的放电，Uc迅速降低，当下降到UcUv时，单结管又截止，电容C2又重新充电，重复上述过程。电容C2的如此循环充放电，使电容C2上的电压波形为连续不断的锯齿波。放电时通过脉冲变压器产生脉冲信号，因此对应于锯齿波的放电后沿，产生一连串的输出尖脉冲。注：Up为单结晶体管的峰点为电压，Uv为谷点电压。单结晶体管触发电路由于结构简单、易于调试，在实际中仍然得到较多应用。但其缺点是输出功率较小、脉冲较窄，移相范围小。９实验二三相桥式全控整流电路的研究一、实验目的熟悉KC04集成触发电路的工作原理、接线，掌握其调试方法。熟悉三相全控整流电路的接线，观察电阻负载、电阻电感性负载和反电势负载下电路的输出电压和电流的波形。二、实验电路三、实验设备１０BZT-ⅢB型变流、交直流调速实验装置1台直流电动机—发电机组1台三相整流变压器1台电抗器1台电阻器（灯板）1台双踪示波器1台万用表1块四、实验内容及步骤1．首先测定三相电源的相序，然后按图2-1把主电路和触发电路接好（通往主电路的电源连线可先断开）。相序的测量方法可以采用双踪示波器，也可采用相序灯法或相序鉴别器。2．闭合Q（即分别先后按装置电源箱面板上总电源及主电源“开”按纽），接通触发电路电源，用示波器观察1A—1E、2A—2E、3A—3E及-A、+A、–B、+B、-C、+C各点波形。如锯齿波斜率不一致，可通过调节斜率电位器RP1—RP3使其一致，并将各点波形记录于下表。1A1B1C1D1E-A+A-C3．电阻性负载按起动按纽，主电路接通电源。调节移相电位器RP，用示波器观察输出电压Ud的波形及晶闸管VT1两端的电压波形，并记录触发角α分别为0°，30°，60°，90°，120°时的Ud值。如若RP调到零位时，输出电压值不为零，可调节偏移电位器RP0使其为零。人为颠倒三相电源（即U、V、W）的相序，观察输出电压波形是否正常。α0°30°60°90°120°Ud４．电阻电感性负载按停止按纽，主电路断电，在d1、d2端换接上电阻电感性负载。按起动按纽，接通主回路电源，观察不同α角时Ud、Id的波形，记录α=0°，30°，60°，90°时Ud值于表１１中。α0°30°60°90°Ud改变Rd的数值，观察Id波形的脉动情况。3．反电动势负载按停止按纽，按图在d1、d2端换接上电动机负载，接通主电路电源，调节移相电位器RP，使Ud值由0逐渐上升到额定值，用示波器观察Ud的波形。短接平波电抗器，观察Ud波形有何变化。（注：接通主电路电源前，应先接通直流电动机组的的额定励磁电源。并使移相电位器给定电压为零，即使Ud为零）。五、实验报告要求：1．总结三相桥式全控整流电路的调试步骤和方法。2．整理实验中记录的波形，绘制电阻负载和电阻电感性负载时Ud=f(α)的控制曲线。3．不同负载时，不同α与φ时电流连续与断续的情况分析。１２附录二集成触发电路工作原理集成触发电路中主要器件就是KC04晶闸管移相触发电路，它两路相位差180°的移相脉冲可以方便地构成三相全控桥式触发电路。该电路具有输出负载能力大，移相性能好,正负脉冲对称、移相范围宽、同步电压要求小等优点。下面把KC04晶闸管移相触发器的工作原理作一简要介绍。图2—2为KC04电路原理图，其中划线框内为集成电路部分。从图中可以看出，它与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，可以分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及功放几个环节。１３V1—V4等组成同步环节。同步电压Us经限流电阻R20加到V1、V2基极。在Us的正半周，V1导通，电流从+15V—Rs—VD1—V1—地。在Us负半周，V2、V3导通，电流从+15V—R3—VD2—V3—R5—R21—-15V。因此，在正、负半周期间，V4基本上处于截止状态，只有在同步电压|Us|0.7V时，V1—V3截止，V4从电源+15V经R3、R4取得基极电流才能导通，其波形见图2—3。电容C1接在V5的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。在V4导通时，C1经V4、VD3迅速放电。当V4截