53电力电子技术实验指导书

电力电子技术实验指导书内容提要：《电子电力技术》是电气工程及其自动化、自动化等专业的三大电子技术基础课程之一，课程涉及面广，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等。而实验环节是该课程的重要组成部分，通过实验，可以加深对理论的理解，培养和提高动手能力、分析和解决问题的独立工作能力。本章以高校中广泛使用的浙江天煌科教仪器公司生产的DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置为例，选择了八个实验，根据课时供教学中选用。电力电子技术实验概述1．1实验的特点和要求电力电子技术实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。理论教学是实验教学的基础，要求学生在实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力；同时通过实验来验证理论，促进理论和实际相结合，使认识不断提高、深化。通过实验，学生应具备以下能力：（1）掌握电力电子变流装置的主电路、触发和驱动电路的构成及调试方法，能初步设施和应用这些电路；（2）熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法；（3）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题；（4）能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。1．2实验准备实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能力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，甚至甚至损坏实验装置。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；（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）熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等；（5）进行实验分组。1．3实验实施在完成理论学习后，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，方能允许实验开始。（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、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分工，各人的任务应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，一般情况下，接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。（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；并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用2根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。自查完成后，须指导教师复查后方可合闸通电，开始实验。（6）实验时，应按实验教材所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。一般情况下，系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器位于零位；改接线路时，必须拉闸，断开电源。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论一致。（7）完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位1．4实验总结实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象、撰写实验报告。每个实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真，实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而是应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。实验报告的一般格式如下：（1）实验名称、班级，实验学生姓名、同组者姓名和实验时间；（2）实验目的、实验线路、实验内容；（3）实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号；（4）实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式；（5）画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。（6）用理论知识对实验结果进行分析总结，得出明确结论；（7）对实验中出现的某些现象，遇到的问题进行分析、讨论，写出心得体会并对实验提出自己的建议和改进措施。1．5实验安全操作规程为了顺利完成电力电子技术实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：1、在实验过程时，绝对不允许做实验者双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。2、任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。3、为了提高实验过程中的效率，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、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。DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介2．1实验装置特点实验装置外形如图2-1所示。1、实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好。2、实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资。实验装置只需三相四线的电源即可投入使用。3、实验机组容量小，耗电小，配置齐全。装置使用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。4、装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观。实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成设备损坏。电路连接方式安全、可靠、迅速、简便。除电源控制屏、挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便。实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。5、控制屏供电采用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，切实保护操作者的安全，为开放性的实验室创造了安全条件。6、挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。7、实验线路选择典型线路，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。图2-1DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置外形2．2实验装置技术参数1、输入电压三相四线制380V±10％50Hz2、工作环境环境温度范围为-5-40C，相对湿度75％，海拔1000m3、装置容量：1.5kVA4、电机输出功率：200W5、外形尺寸：长×宽×高1870mm×730mm×1600m2．3DJK01电源控制屏电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源。同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用。在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，有源挂件的电源从这些插座提供。在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W日光灯，主控屏面板如图2-2所示。1、三相电网电压指示三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。图2-2主控屏面板图2、定时器兼报警记录仪平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警、切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。3、控制部分它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有输出。4、三相主电路输出三相主电路输出可提供三相交流200V／3A或240V／3A电源。输出的电压大小由“调速电源选择开关”，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相处装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器可测定输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TAl、TA2、TA3三处观测点用于观测三路输出电压信号。5、励磁电源在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”，则励磁电源输出为220V的直流电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护。励磁电源仅为直流电机提供励磁电流，由于励磁电源的容量有限，一般不要作为大电流的直流电源使用。6、面板仪表面板下部设置有+300V数字式直流电压表和0~5A数字式直流电流表，精度为0.5级，能为可逆调速系统提供电压及电流指示。面板上部设置有500V真有效值交流电压表和5A真有效值交流电流表，精度为0.5级，供交流调速系统实验时使用。电力电子技术实验内容实验一晶闸管的测试及导通关断条件测试实验1．实验目的（1）观察晶闸管的结构，掌握正确的晶闸管的简易测试方法；（2）验证晶闸管的导通条件及关断方法。2．预习要求（1）阅读电力电子技术教材中有关晶闸管的内容，弄清晶闸管的结构与工作原理；（2）复习晶闸管基本特征的有关内容，掌握晶闸管正常工作时的特性；3．实验器材（1）±5V、±12V直流稳压电源（双路）一台（2）万用表一块（3）晶闸管几个（用面板上的三相整流桥中的晶闸管）（4）DJDK-1型实验台（5）灯泡12V/0.1A一个（6）交流毫伏表一个4．实验内容（1）鉴别晶闸管的好坏；（2）晶闸管的导通条件测试；（3）晶闸管的关断方法的测试。5．实验电路图3-1晶闸管的测试图3-2晶闸管导通条件实验电路图3-3晶闸管的测试图3-4晶闸管关断条件实验电路6．实验内容及步骤（1）鉴别晶闸管的好坏见图3-1，用万用表KR1的电阻档测试两只晶闸管的阳极（A）—阴极（K）、门极（G）—阳极（A）之间的正反向电阻，再用万用表KR100的电阻档测量两只晶闸管的门极（G）—阴级（K）之间的正反向电阻，将测量数据填入下表，并鉴别晶闸管的好坏。被测晶闸管AKRKARAGRGARGKRKGR结论VT1VT2（2）晶闸管的导通条件（见图3-2）a)12V正向阳极电压，门极开路或接-5V电压，观察灯泡亮否，判断晶闸管是否导通；b)加12V反向阳极电压，门极开路或接-5V电压或接+5V电压，观察灯泡是否亮，判断晶闸管是否导通；c)阳极加12V正向电压，门极加+5V正向电压，观察灯泡亮否，判断晶闸管是否导通；d)灯亮后去掉门极电压，看灯泡亮否，再加-5V反向门极电压，看灯泡是否继续亮。e)写出导通条件，说明门极作用。（3）晶闸管关断条件实验（见图3-3、图3-4）a)按图8-5接线，接通12V电源电压，再在门极接通+5V电压使晶闸管导通，灯泡亮，接着断开门极电压；b)去掉12V阳极电压，观看灯泡是否亮；c)使晶闸管导通，然后断开门极电压，即打开K2，接着闭合K1，再打开K1，观察灯泡是否熄灭；d)再使晶闸管导通，断开门极电压，逐渐减小阳极电压，当电流表指针有某值逐渐降到零时，记下该值，即被测晶闸管的维持电流，此时若再升高阳极电源电压，灯泡也不再发亮，说明晶管已关断；e)总结关断晶闸管的方法。7．注意事项用万用表测试闸管门极与阴极正反高电阻时，发现有的晶闸管正反向电阻很接近，这种现象并不能说明晶闸管已经损坏，只要正向电阻比反向电阻小些，该晶闸管就是好的。注：用万表表测试晶闸管门极与阴极电阻时，不能用10R档，以防损坏门极，一般用KR1档测量；8．实验报告要求（1）回答实验中提出的问题；（2）总结简易判断晶闸管好坏的方法。实验二单结晶体管触发电路和单相半波可控整流电