电力电子实验报告
- 格式：doc
- 大小：65.74 MB
- 文档页数：19
实验一 整流电路——三相全控桥式
一、实验原理
三相桥式全控整流电路在目前各种整理电路中运用最广，其原理图如图1.1所示，其中三个晶闸管(VT1，VT3，VT5) 阴极连接在一起是共阴极组的，另外三个晶闸管（VT4，VT6，VT2）接在一起是共阳极组的。对于共阴极组的管子阳极所接交流电压最高的一相所在的管子导通，共阴阳极组的三个管子阴极所在的电压最小的一相所在的管子导通且在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，所以当变压器二次侧上有正序电压晶闸管上加上合适的触发信号时6 个晶闸管导通的顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6（标号如图中所示），依次循环，每隔 60°有一个晶闸管换相。
图1.1 三项桥式全控整流电路原理图
1、带电阻负载时的工作情况
α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。此时电路工作波形如图1.2所示。
图2.1 三项全控桥式整流电路带电阻负载α=0o α=30o时，电路工作在临街连续状态，与α=0o时相比，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成ud的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低，如图1.3所示。
图1.3 三项桥式全控整流电路带电阻负载α=30o
α=60o时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继续降低，且ud出现了为零的点，如图1.4所示。
图1.4三项全控桥式整流电路带电阻负载α=60o
当α>60o，如α=90o时，工作波形如图1.5所示，此时ud每60o中有30o为零。
图1.5 三项桥式全控整流电路带电阻负载α=90o
2、在阻感负载时的工作情况
当电路带感性负载时由于电感的续流作用即使晶闸管两端电压变为负值后仍能继续导通，故电流不断续。
α=30o时，波形如下：
图2.1
α=90o时，波形如下：
图2.2
二、实验过程及分析
1、带电阻负载
输出波形及移相。实验之前按照图1.1将三项桥式全控整流电路接好，由示波器输出负载电阻两端电压ud的波形如图1.1.1所示，此时α=0o；
图1.1.1 带电阻负载α=0o 实际波形
此时将调相电路部分开关拨开，转动调相旋钮，可以实现随着α变化而移相的ud波形，如图1.1.2和图1.1.3所示；
图1.1.2 带电阻负载α递增 实际波形
图1.1.3 带电阻负载α递增 实际波形
【分析】由上图分析可知，当α≤60o时，ud波形均连续，当α≥60o时，ud波形中开始出现为零的波段，这是因为电阻负载时id波形与ud波形一致，一旦ud降至零，id也为零，流过晶闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，因此ud波形不能出现负值。因此有上图的波形变化。
故障分析。
将移相旋钮旋转至α=0o，使ud波形还原为如图1.1.1所示，随后依次以不同组合按下6只晶闸管的开关控制键，数字1~6分别对应6只晶闸管，控制每只晶闸管通和断，并观察波形。
（1）当按下按键1时，波形如图1.2.1所示，这是因为按键1按下表示晶闸管VT1断开不能导通，电流无法从a相流出，因此缺少uac和uac两个波头；
（2）当按下按键1、2时，波形如图1.2.2所示，这是因为按键1、2按下表示晶闸管VT1、VT2断开不能导通，电流无法从a相流出也无法从c相流入，因此缺少uac、 uac、ubc三个波头；
（3）当按下按键1、2、3时，波形如图1.2.3所示，这是因为按键1、2、3按下表示晶闸管VT1、VT2、VT3断开不能导通，电流无法从a、b相流出也无法从c相流入，因此缺少前四个波头；
（4）当按下按键1、2、3、4时，波形如图1.2.4所示，这是因为按键1、2、3、4按下表示晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4断开不能导通，电流无法从a、b相流出也无法从a、c相流入，因此缺少前5个波头； （5）当按下按键1、2、3、4、5时，波形如图1.2.5所示，这是因为按键1、2、3、4、5按下表示晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5断开不能导通，电流无法从a、b、c相流出也无法从a、b、c相流入，因此波形为一条直线；
（6）当按下按键1、4时，波形如图1.2.6所示，这是因为按键1、4按下表示晶闸管VT1、VT4断开不能导通，电流无法从a相流出也无法从a相流入，因此波形每间隔一个波头就会缺少两个波头；
图1.2.1 图1.2.2
图1.2.3 图1.2.4
图1.2.5 图1.3.6
2、带阻感负载
输出波形及移相。在原先实验的基础上，负载端串联一个足够大的电感，重复内容1的操作，实现三项全控桥式整流电路的波形如图2.1.1，可知当α=0o时，阻感负载的波形与带电阻负载的波形基本相同；
图2.1.1 带阻感负载α=0o 实际波形
此时将调相电路部分开关拨开，转动调相旋钮，可以实现随着α变化而移相的ud波形，如图2.1.2~图2.1.4所示；
图2.1.2 α≈30o 图2.1.3 α≈60o
图2.1.4α≈90o
【分析】当α≤60o，ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压的波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。但是阻感负载时干扰比较严重，输出波形的毛刺较多。当α≥60o时，由于电感的作用，ud波形会出现负的部分，与电阻负载不同。
故障分析。
故障分析步骤与带电阻负载时基本相同，原理也基本相同，输出的波形变化如下；
图2.2.1 VT1断开 图2.2.2 VT1、VT2断开
图2.2.3 VT1、VT2、VT3断开 图2.2.4 VT1、VT2、VT3、VT4断开
图2.2.4 VT1、VT4断开 图2.2.5 VT1、VT3断开
图2.2.6 VT2、VT4断开
3、带电机负载
带电阻负载的实验内容与前二者基本相似，将电机按照图3.1.1串联到电路中，电路导通后所得电机转速如图3.1.2所示；
图3.1.1
图3.1.2 三相全控桥带动电机转速
三、总结
本次实验中，我们通过自己动手连接电路，完成了三项全控桥整流电路的实验。实验过程中，不足之处在于，由于对实验仪器不熟悉，在连接电路时小差错比较频繁，而排错与重新连线就花费了不少时间，同时还可能对实验仪器造成不必要的损坏，对此，我们应该在今后的实验中多加改进，能够在实验前充分了解实验仪器的运作，以及对实验原理的理解。但总体来说，实验还是相对比较顺利的，我们一次实现了三相全控桥整流电路的负载电压波形输出、移相调压以及三相全控桥电路带动电动机转动测转速三个方面实验，加深了我们队三项全控桥整流电路的理解。
实验二 斩波电路
一、实验原理
直流斩波电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器。直流斩波电路的种类较多，本次实验主要研究降压斩波和升压斩波两种电路。
1、降压斩波电路
图2.1
降压斩波电路的原理图如图2.1所示，该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT，也可以使用其他器件，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。电路中还设置了续流二极管VD。负载串联一个电动机。该电路工作波形如图2.2所示。
图2.2
2、升压斩波电路
图2.3
升压斩波电路的原理图如图2.3所示，该电路也是使用一个全控型器件。分析升压斩波电路时，首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压u0为恒值，记为U0。设V处于断态时E和L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。于是得到该电路工作波形如图2.4所示。
图2.4
二、实验过程及分析
1、降压斩波电路
（1）实现波形观察 按照原理图2.1连接好降压斩波电路，由示波器输出负载两端电压波形，实现的波形如图2.1.1所示。
图2.1.1
【分析】此时上面的一道波形是输入端脉冲电压的波形，而下面的一道波形是输出端电压的波形，可以发现相比于输入电压，输出电压明显下降 不少，但是由于条件有限，实验过程中出现的干扰因素不可避免，因此输出波形有些变化。
（2）调节占空比
此时保持其他条件不变，调节输入端的电压值旋钮，改变脉冲的占空比，实现输入端和输出端波形变化如图2.1.2。
图2.1.2
【分析】当调节脉冲输入端电压值旋钮时，输入端脉冲占空比改变，因此输入端波形的占空比以及输出端波形占空比也随之变化。
2、升压斩波电路 （1）实现结果观察
按照原理图2.3连接好升压斩波电路，由示波器输出负载端电压的波形如图2.2.1所示，已知输入端接15V直流电源，再用万用表测负载两端的电压如图2.2.2所示。
图2.2.1
图2.2.2
【分析】已知输入端电压为直流15V电压，经过升压斩波电路作用后，可以看到，用万用表测出负载端的电压为39.49V，电压明显升高，说明升压斩波电路起到了升压作用；而由于电压范围偏低，且条件有限，收外界干扰因素影响，使得输出波形并不理想，无法直接观察到升压现象；因此波形如上图所示。
三、总结
本次实验我们实现了降压斩波电路和升压斩波电路的波形输出，实验过程中，降压斩波电路相对比较顺利，波形也比较稳定；但是由于我们对升压斩波原理理解不够深入，以及对实验仪器不熟悉，当输出波形与书上有很大偏差时，没有想到能用万用表直接测量，这说明我们对动手实验方面还有缺陷。最后在老师的帮助下，我们才意识到我们得到的结果是正确的，得以顺利完成实验。
