电力电子技术实验指导书

1电力电子技术实验指导书目录内容提要1电力电子技术实验概述1．1实验的特点和要求1．2实验准备1．3实验实施1．4实验总结1．5实验安全操作规程2DJDK-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2．2实验装置技术参数2．3DJK01电源控制屏2．4DJK02晶闸管主电路2．5DJK03晶闸管三相触发电路2．6DJK03-1晶闸管触发电路2．7DJK06给定及实验器件2．8D42电阻箱2．9DJK10变压器2．10DJK13SPWM、SVPWM及桥式逆变电路3电力电子技术实验内容第一次实验一单只晶闸管触发电路和单相半波可控整流电路实验二晶闸管桥式电路触发、全控整流及有源逆变电路实验实验三三相半波可控整流电路实验实验四三相桥式全控整流及有源逆变电路实验第二次实验五单相交流调压电路实验实验六三相交流调压电路实验实验七直流斩波电路实验实验八PWM逆变实验内容提要：《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。2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。1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）熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等；（4）写出预习报告，如果准备做几个实验，应为每个实验设计所需挂件、每个实验的工作原理图和电气接线图、实验步骤、数据记录表格等；（5）小组人员工作划分：与实物对照查图、接线、查线、操作、观察。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31．4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。2DJDK-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。46、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×1600m从2.3节至2.7节给出常用挂件的面板结构图和端子图。通过面板结构图可以初步了解各挂件的主要功能和端子位置。利用端子图，结合具体实验需要，参考面板结构图，绘制电路工作原理图（使主要元件的标号与面板结构图一致），绘制电气接线图。2．3DJK01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，电源屏面板结构图和端子图如图2-2所示。52121PWRDPWRAIDUDIAUA三相电压表切换开关500V交流电压表交流电流表5A定时报警记录仪直流电压表300V-++-220V直流电源+-5A直流电流表关开主电路电源ABCN200V240V电源总开关关开停机启动DJK01电源屏+--+21+-PWRAPWRD12图2-2DJK01电源屏面板结构图和端子图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。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、电源开关由电源总开关、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电源有输出。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。2．4DJK02晶闸管主电路DJK02晶闸管主电路面板结构和端子图如图2-3所示。6三相反桥主电路三相正桥主电路电抗器通断断通三相同步信号输出反桥脉冲输入正桥脉冲输入晶闸管主电路直流电流表300直流电压表+--+图2-3DJK02晶闸管主电路面板结构和端子图1．三相同步信号输出端该屏内通过背部十二芯航空插头取得三相同步信号，相电压幅度约为15V，由10PIN端子输出，供DJK02-1使用。2．正反桥脉冲输入端从DJK02-1来的正反桥脉冲分别通过P1和P2端子加到相应晶闸管上。由正反桥钮子开关控制是否接通触发脉冲信号，信号编号与晶闸管编号相同。3．三相正反桥主电路分别由六只1000V/5A晶闸管组成。VT1-VT6组成正桥，VT1’-VT6’组成反桥，所有晶闸管配有阻容吸收及快熔保护，正桥设有压敏电阻过压保护。4．电抗器DJK01电源屏内安装了4抽头电抗器，抽头引到DJK02屏，由4个端子，可选择不同电抗器容量。5．直流电压表及直流电流表安装了300V直流电压表和2A直流电流表。2．5DJK03晶闸管三相触发电路DJK03晶闸管三相触发电路面板结构和端子图如图2-4所示。721PU2PU1P