电力电子实验指导书08

1 电力电子技术 实验指导书

自动化实验室 编

河北工程大学教务处 目 录 MCL－Ⅲ 电力电子及电气传动教学实验台使用说明 ............................................ 1 实验一 锯齿波同步移相触发电路实验 ................................................................... 3 实验二 单相桥式半控整流电路实验 ....................................................................... 4 实验三 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 ................................................... 6 实验四 直流斩波电路的性能研究 ........................................................................... 8 实验五 单相交直交变频电路的性能研究 ............................................................. 10 实验六 半桥型开关稳压电源的性能研究 ............................................................. 12

实验注意事项 1. MCL－32面板的电源开关闭合时，过流保护的发光二极管可能会亮，只需按下过流保护复位开关SB1即可正常工作。 2. 实验过程中改变主回路接线时，一般必须先按下电源控制屏中的“断开”(红色)按钮，同时一般还需要使系统的给定为零。 3. 双踪示波器两个探头的地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（最好只用一根地线），以免造成短路事故。 4. MCL—33组件内部的触发脉冲是否能到达晶闸管受直键开关控制。使用组件内部的触发脉冲时必须使其弹起（接通）。需要外部接入触发脉冲时必须将其按下（断开）。 5. 直流电动机启动前，必须先加上直流激磁（接好线并板上钮子开关）。给定环节G输出直接加于触发脉冲移相控制端时（Uct=Ug），不允许突加给定信号Ug起动电机，必须从零开始慢慢增大给定。 1

MCL－Ⅲ 电力电子及电气传动教学实验台使用说明 一、MCL－31面板 MCL－31由给定G、零速封锁器DZS、速度变换器FBS、转速调节器ASR、电流调节器ACR、仪表组成。电力电子技术实验中只用到给定环节和仪表。 给定环节G的结构见图0，它能给出所需的给定电压。正负电压的大小可分别由RP1和RP2两个多圈电位器调节，调节范围为0一±13V左右。输出电压值由G区域中的电压表显示。 按照以下操作方法，给定环节能给出实验中所需的阶跃给定信号： 1) 若S1放在“正给定”位置，扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳； 2) 若S1放在“负给定”位置，扳动S2，能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳； 3) S2放在“给定”位置，扳动S1能得到正电压到负电压或负电压到正电压的突跳。 使用注意事项：给定输出有电压较高时，不能长时间短路，否则会烧坏器件。

二、MCL－32电源控制屏面板 MCL－32由主电源输出、电流变送器及过流过压保护电路组成。 1．主电源输出 在实验时，按下绿色按扭后，U、V、W输出线电压为230V左右的三相电压。 2．FBC＋FA（电流变送器与过流保护） 此单元有两种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号。 (1) 电流变送器 电流变送器适用于可控硅直流调速装置中，与电流互感器配合，检测可控硅变流器交流进线电流，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号、零电流信号和过电流逻辑信号。 电流互感器的输出为TA1、TA2、TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流电路整流后加至R1、R2、VD1和RP1及R3、R4组成的各支路上，其中： a、 R2与VD1并联后再与R1串联，在其中点取零电流检测信号。 b、 将RP1的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由RP1进行调节。 c、 将可动触点RP2与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大小。 (2) 过流保护(FA) 当主电路电流超过某一数值后(2A左右)，由R3，R4上取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端，运放A1输出低电平（有效电平），使RS触发器的输出为高电平，使晶体三极管VT由截止变为导通，结果使继电器K1的线圈得电。继电器K1由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。并使发光二极管亮，作为过流信号指示。告诉操作者已经过流跳闸。 SA为解除记忆的复位按钮。当过流动作后，如过流故障已经排除。则须按下该按钮以解除过流状态，恢复正常工作。 2

三、MCL－33晶闸管主回路及其触发电路面板 MCL－33由脉冲控制及移相、双脉冲观察孔、第一组可控硅、第二组可控硅、二极管组、RC吸收回路、平波电抗器L组成。 1、脉冲控制及移相： 本实验台输出相位差为60°的经过调制的“双窄”脉冲（调制频率为3— 10KHz）。触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ublr和Ublf进行控制。当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路工作。当Ublr接地时，第二组脉冲放大电路工作。脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制。当Uct端输入电压升高时脉冲前移（α减小）；Uct端输入电压降低时脉冲后移（α增大）。移相范围为α= 10°—160°。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。 2、双脉冲及同步电压观察孔 双脉冲观察孔输出经过调制的双脉冲。同步电压观察孔，输出相电压为30V左右的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。 使用注意事项：双脉冲及同步电压观察孔在面板上为小孔，仅能接示波器，不能输入任何信号。 3、其它 RC吸收回路是整流器的抗干扰电路，也可消除整流工作时引起的振荡。当做调速实验时需接在整流桥输出端。平波电抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为50mH、100mH、200mH、700mH，在1A范围内基本保持线性。 晶闸管门极触发脉冲的连线在装置内部已接好，实验时不必再接线，只需将直键开关弹起。若需给晶闸管外加触发脉冲，必须通过直键开关切断内部触发脉冲（直键开关按下并锁住）。 3

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. 掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。 二．实验内容 1. 锯齿波同步触发电路的调试。 2. 锯齿波同步触发电路各点波形观察、分析。 三．实验线路 锯齿波同步移相触发电路见14页的图1，主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成。 四．实验设备及仪器 电源控制屏MCL－32，锯齿波同步移相触发电路组件MCL－36，双踪示波器。 五．实验方法 1. 将MCL—36面板上左上角的同步电压输入接于MCL—32的U、V端；±15V的低压直流电源输入取自MCL—32的低压电源对应端；将MCL—31给定G的输出电压调至0V，并接入控制电压Uct 。 2. 合上主电路电源，用示波器观察各观察孔的波形，示波器的地线接于“7”端。 同时观察“1—3”孔的波形，了解锯齿波宽度和“2”点波形的关系。 观察“3—6”孔波形及输出电压UG1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“4”孔电压U4与“6”孔电压U6的对应关系。 3. 调节脉冲移相范围 用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U6的波形，调节偏移电压Ub（即调RP2），使α＝180°。 调节G的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况。要求Uct＝0时，α＝180°；Uct＝Umax时，α＝30°，以满足移相范围α＝30°～180°的要求。 4. 调节Uct，使α＝60°，观察并记录U1～U6及输出脉冲电压UG1K1 ，UG2K2的波形，并标出其幅值与宽度。 用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察UG1K1和UG3K3的波形，调节电位器RP3，使UG1K1与UG3K3间隔180°。

六．实验报告 1. 整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。 2. 总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？ 3. 如果要求Uct＝0时α＝90°，应如何调整？ 4. 讨论分析其它实验现象。 4

实验二 单相桥式半控整流电路实验 一．实验目的 1. 研究单相桥式半控整流电路在电阻负载，电阻电感性负载及反电势负载时的工作。 2. 熟悉锯齿波触发电路的工作。 3. 进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。

二．实验内容 带续流二极管和不带续流二极管的单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载、电阻电感性负载、反电势负载工作情况下，测取不同控制角时输出电压电流的波形、晶闸管承受电压的波形等。通过分析实测波形和数据，理解电路的工作过程。 三．实验线路 实验线路见14页图2 单相桥式半控整流实验接线图。触发电路适用位于实验台下部的两组锯齿波触发电路。图中部分器件的说明如下： L：平波电抗器，选择700mH，位于MCL—3下端中间 Rz：取MEL－03中同一手柄下的两只900Ω电阻并联构成，允许最大电流为0.8A。 A：直流电流表，量程为2A，位于MCL—31左下角的直流电流表 V：直流电压表，使用外配的电表，注意选择合适的功能和量程 四．实验设备及仪器 电源控制屏，锯齿波同步移相触发电路组件MCL－36，MCL一31的给定环节，MCL—35三相组式变压器，MCL—33晶闸管组件，MEL－03可调电阻器挂箱，二踪示波器。

五．注意事项 1. 负载电阻并联使用时的额定电流为0.8A，所以测试时主回路电流一般不要高于0.8A。 2. 为防止损坏设备，主电路接通电源前要把控制电压Uct调到零。 3. MCL—33组件的脉冲控制直键开关应在断开位置（即需按下并锁住）。 4. 接反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁

六．实验方法 1. 锯齿波触发电路MCL—36的接线及调试 ±15V直流电源输入取自MCL—32的低压电源对应端；同步电压输入取自单相整流变压器220V侧；移相控制电压Uct从MCL—31给定G的输出接入，并将给定电压调至0V；触发电路经脉冲变压器隔离后，引入相应晶闸管的门极。注意：必须断开 MCL－33的内部触发脉冲。 合上主电路电源开关，观察MCL—36锯齿波触发电路中各点波形是否正确，确定其输出脉冲可调的移相范围。并调节偏移电阻RP2，使Uct＝0时α＝150°。 2. 单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载 1) 把负载回路中的电机和电感短接（在图中短接RE2点到LH2点），负载电阻Rz由两只900Ω电阻并联构成，把负载电阻调至最大。通过MCL－31的给定环节使Uct＝0。