中南大学电力电子技术实验指导书

各位同学：电力电子实验室有两种不同的设备，设备的分配是随机的；故试验指导书有两套，请都熟悉一下，方便做实验。指导书1在2~15页，指导书2在16~24页。实验1-1三相脉冲移相触发电路一、实验目的：1.熟悉了解集成触发电路的工作原理及双脉冲形成过程2.掌握集成触发电路的应用二、实验内容：1.集成触发电路的调试2.各点波形的观察与分析三、实验电路原理三相脉冲移相触发电路，采用三片集成芯片KJ004（或KC04）及外电路组成，以锯齿波移相的方式确定六个晶闸管的触发脉冲，根据输入控制电压Uct的变化，改变晶闸管的整流控制角α或逆变控制角β。由三相脉冲移相触发电路产生的六路单窄脉冲分别输入到六路双脉冲形成芯片KJ041（或KC41）的1-6号脚，由芯片内的输入二极管完成“或”功能，形成补脉冲。补脉冲按+A←-C，-C←+B，+B←-A，-A←+C，+C←-B，-B←+A顺序列组合。经电流放大后分别对应于15–10引脚输出间隔为60°的双窄脉冲，经功放后加至1-6号晶闸管（使三相桥式全控整流电路中的器件导通次序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6,彼此间隔60°，相邻器件成双接通）。芯片KJ041（或KC41）的7号引脚为电子开关端口，当其为“0”电平时，允许各路输出触发脉冲，为“1”电平时，封锁各路输出触发脉冲。实验电路原理如图1-1所示。LY101输出LY105－1+15V-15VGND+15V-15VGNDUct25芯连接线LY123Ubif图1-1四、实验设备：1.YB4320A型双线方波路一台2.万用表一块3.实验挂箱：LY101，LY105-1，LY124五、实验步骤和方法：1.将挂箱LY101的给定信号输出接入LY105-1的Uct孔，并将LY105的Ubif、Ubir孔接地。2.LY105-1的触发脉冲输出25芯插件与LY123I组桥的触发脉冲输入25芯插件相连。3.将LY124的±15V电源、地与LY105-1及LY101的±15V、地相连。4.先合LY121中的三相交流总开关，再合直流控制电源开关（不允许合主电路电源开关），并用万用表直流电压档检查±15V电源是否在151V范围内。5.从LY105-1面板上观察各点电压波形。①LY105-1中的A、B、C孔为三相同步电压波形。先将LY121中的N孔与LY105-1中的地临时相连，用双线示波器观察A2与A，B2与B，C2与C的相位是否一致，检查A、B、C相序是否正确。②观察14孔，36孔，52孔波形。其波形是由KJ004第4脚输出的锯齿波与负偏置电压UP、控制信号Uct经综合后输入到KJ004第9脚形成的波形，调整该波形如下：a)调锯齿波斜率：先使Uct=0V，UP调至负的最大值（将偏置电位器顺时针旋转至最大），分别调节各斜率电位器，使三孔波形的斜率保持一致，调好后，斜率电位器不要再动。b)调α=90°脉冲位置：合直流调速主电源开关，用双线示波器的参考地端接N孔，一个探头测A2孔，一个探头测LY105-1中的1孔。Uct=0V，调节UP，使1孔的第一脉冲对应于A2相的ωt=120°，即B2相电压过零点（由低向高的过零点，此时α=90°）时刻发出，并检查B2孔与3孔的第1脉冲、C2孔与5孔的第一个脉冲是否均与相应的时刻相对应。调整好UP的偏置电位器后不要再动。c)观察移动范围：在Uct=0V时，脉冲应在α=90°位置。缓慢给定+Uct，脉冲往前移动，记录当1孔第一个脉冲即将消失时所对应的α角度；缓慢给定-Uct，脉冲往后移动，记录当1孔第一个脉冲即将消失时所对应的α角度。脉冲前后移动的范围即为能产生脉冲的范围。实验1-2三相桥式整流电路的研究一、实验目的：1.加深对三相桥式整流电路电阻、电感性负载时工作情况的理解。2.对实验当中出现的问题进行分析并解决。二、实验内容：1.观察并分析三相桥式整流电路电阻性负载时的工作情况。2.观察并分析三相桥式整流电路阻感性负载时的工作情况。3.观察并分析三相桥式整流电路带续流二极管的阻感性负载时的工作情况。三、实验设备：1.YB4320A型双线示波器一台2.万用表一块3.实验挂箱：LY101、LY105-1、LY121-LY124及灯挂箱（LY113）四、实验步骤和方法：1.按图1-2接好控制电路。LY101输出LY105－1+15V-15VGND+15V-15VGNDUct25芯连接线LY123Ubif图1-2①将挂箱LY101的给定输出信号输入到LY105-1的Uct孔，并将Ubif孔接地。②将LY105-1的25芯插件与LY123的I组桥晶闸管的25芯插件相连。③将LY124中的±15V、地端接好。2.按图1-3接好主回路AVVDA2B2C2VT1VT3VT5VT4VT2VT6L灯箱URULUd图1-3①电阻性负载：续流二级管VD暂时不接，将电感L用导线短接，灯箱做电阻性负载，冷态时，先合60W灯泡一个。a)先合LY121单元的三相交流总开关，后合LY124单元的直流控制电源开关。用示波器观察三相同步电压相序是否正确，锯齿波斜率是否一致，1、2、3、4、5、6孔的双窄脉冲是否正常，顺序是否正确。b)α=90°相位整定：先使Uct=0V，合主回路电源开关，用示波器观察电阻负载两端波形。后调节LY105-1中的UP偏置电位器，使纯电阻负载下α=90°的整流电压波形如图1-4所示。电路负载较小时波形可能会不规整，这是正常现象。（注：逐一增加灯泡合的个数，使电流表A中的电流为1.5A左右。）。整定好α=90°的ud波形后，调UP的电位器不能再动。记录α=90°纯电阻负载下Ud的数据于表一中。②R+L负载：断开主电路电源，去掉短接电感L的连线，负载变为R+L负载，此时接入电源，用示波器观察α=90°的ud波形，并记录Ud于表一中。③R+L+VD：按图1-3虚线所示将续流二极管接入电路中，用示波器观察α=90°时的R、R+L、R+L+VD负载的ud、uL、uR波形，并记录Ud于表一中。3.观察α=60°时的R、R+L、R+L+VD负载的ud、uK、uR波形。①电阻性负载a)断开主电源，电路恢复纯电阻负载（短接L，断开VD）。b)α=60°的确定方法：1°用示波器的地点接LY105-1中的地，一探头测第一孔的双窄脉冲，调示波器的扫描时间旋钮，UG1的第一个脉冲在第一个周期的α=90°位置到第二个周期α=90°的位置为360°，在示波器显示屏上将360°调至成六大格，每大格为60°，如图1-5所示。将Uct由零往正方向缓慢增加，脉冲由α=90°向前移动半格，即是α=60°的位置。c)合主回路电源开关，用示波器观察电阻负载α=60°时的两端电压波形Ud，应如图1-6所示，恰为电流连接与断续的分界点。记录Ud，Uct于表一中。②R+L负载：断电，去掉短接L的连线，上电，观察R+L负载α=60°的ud、uL、uR波形，记录Ud于表一中。③R+L+VD：断开电源，将VD接入电路中，再接上电源，观察α=60°的ud、uL、uR波形，记录Ud于表一中。4.重复步骤3的内容，观察α=30°，α=120°时的R负载，R+L负载，R+L+VD时ud、uL、uR波形，并记录Ud于表一中。(注意：α90°，Uct0V，α90°，则Uct0V，α=90°，Uct=0V。)5.分析波形和实验数据，并与理论值进行比较。6.用示波器观察电感L两端电压波形，观察晶闸管阳—阴极之间管压降UVT波形，并分析其特征。表一αUdUct负载性质30°60°90°120°R负载（灯箱）R+L负载R+L负载加VD五、注意事项：发现故障，立即停电源，检查并排除。六、实验报告内容：1.绘制实验线路，分析其工作原理。2.绘制α=60°时，R、R+L、R+L+VD负载下的ud波形，并做出Ud=f(α)曲线。3.该实验设备整流变压器线型式为ΔY-11，在相序检查中观察，以KJ004组成的触发电路中，其同步变压器的接线组别是什么？实验1-3三相桥式变流电路反电动势负载的研究一、实验目的：1.加深对三相桥式变流电路反电动势负载整流和有源逆变工作情况的理解。2.了解三相桥式变流电路反电动势负载的结构、原理及其工作特性。二、实验内容：三相桥式变流电路串电感的反电动势负载工作特性测试三、实验设备：1.YB4320A型双线示波器一台2.万用表一块3.电阻灯箱一个4.实验挂箱LY101、LY105-1、LY121-LY124四、实验步骤与方法：1.先按图1-7接好控制电路，即：①将挂箱LY101给定信号的输出接入LY105-1的Uct孔，并将LY105-1的Ubif孔接地。②将LY105-1的触发脉冲输出25芯插件与LY123的I组桥变流器的25芯插件相连。③将LY104的±15V电源、地与LY105-1、LY101的±15V、地相连。LY101输出LY105－1+15V-15VGND+15V-15VGNDUct25芯连接线LY123Ubif图1-72.按图1-8接好主电路，电动机回路串电感L（200mH）。3.实验步骤与实验方法：①合LY124中直流控制电源开关，观察同步信号电压的相序是否正确，锯齿波斜率是否一致。②要求Uct=0V时，调整偏置电压UP电位器，使脉冲停留在α=90°处。具体方法：a)负载先接成纯电阻负载如图1-3所示。b)Uct=0V，合主回路电源开关，用示波器观察电阻两端电压波形。调节UP，使输出整流电压波形如图1-4所示。调好后，调UP的电位器不能再动。c)停主回路电源，将主回路电路恢复为图1-8的接线。③先合电动机的励磁开关，检查励磁电源电压是否正常，极性是否正确。④合主回路电源，用示波器观察α=90°的ud波形，并将Ud、Id、n记录于表二中。⑤做α=60°时的电动机机械特性n=f(Id)：a)确定α=60°位置：用示波器观察LY105-1的第1孔的双窄脉冲，从第一个周期α=90°的位置到第二个周期α=90°的位置为360°，调示波器使360°分为六大格，每大格60°，如图1-5所示，缓慢给定+Uct，脉冲前移半格则使α=60°，此时电动机起动、升速。用示波器观察负载上的ud波形。b)改变负载大小（即合灯箱中灯的个数），从直流电表A1中读出2A，1.5A，1A，0.5A时所对应的Ud值（从直流电压表V1中读得）和转速n值（从转速表中读得），并分别记录于表二中，从而做出α=60°的电动机机械特性n=f（Id）。c)仿照a)、b)过程可做出α=30°的n=f（Id）特性曲线。d)停机：先将Uct调至零伏，断主回路电源，最后切断励磁电源。表二αId0.5A1A1.5A2A串电感的反电动势负载30°Udn60°Udn90°Udn3.有源逆变实验①控制线路接线不变，换机组，按图1-9接好主电路。②发电机G的反电动势EG极性检查：a)先不要合主回路电源开关，合励磁电源开关，调RW，使ULG=0V。b)合三相交流电动机电源开关，交流电动机M带动直流发电机G旋转，因无励磁电压（但发电机中有剩磁），故EG为十几伏左右。c)调RW，使ULG缓慢增加，EG也增加，用万用表检查EG的极性是否如同图1-9所标的一致，若不一致将P、Q端调换。d)确定极性无误后，将ULG调至零状。③在Uct=0V情况下，α=β=90°，合主回路电源，缓慢调节RW，ULG由零上升，EG上升，电流表A1读数上升到1A左右（注意：因为α=β=90°，cosUdcosα=Udcosβ=0V，EG上升一点点，电流上升很快，要求电流表A1中的读数不超过2A）。此时用示波器观察负载两端ud波形。④将示波器观察LY105-1中的第1孔双窄脉冲，按照图1-5，调示波器扫描时间，使第一周期α=90°位置到第二周期α=90°位置为六大格（即360°），每大格为60°。⑤缓慢给定负Uct（注意：Uct千万不能给正值，否则逆变失败！），脉冲向后移动半格，即为α=120°（即β=60°），变流器工作于逆变状态，Udcosβ反向增加，A1表中电流下降。⑥缓慢增加ULG，EG增加，当A1表中电流上升到1A左右，不用再调ULG，