电力电子实验指导书.doc

电力电子实验指导书

《电力电子技术》
实 验 指 导 书

实验一 锯齿波同步移相触发电路实验
实验二 单相桥式半控整流电路实验
实验三 单相桥式全控整流电路实验
实验四 单相桥式有源逆变电路实验
实验五 三相半波可控整流电路的研究

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．实验线路及原理
锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。

四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制
（由于实验具体要求，实验接线图NMCL-002已经由MEL-002T替换以下实验类似）
2．NMCL—33挂箱
3．NMCL—36B组件
(由于实验具体要求，实验接线图NMCL-36已经由NMCL-36B替换以下实验类拟)
4．NMEL—03/4挂箱
5．NMCL—31A组件
(由于实验具体要求，实验接线图NMCL-31已经由NMCL-31A替换以下实验类拟)
6．双踪示波器（自备）
7．万用表（自备）

五．实验方法
1．将NMCL-36B面板上的同步电压输入接MEL—002T的U、V端。
2．三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。
同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。
观察“3”~“5”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，记下各波形的幅值及宽度，比较“3”孔电压U3及U5的对应关系。
3．调节脉冲移相范围
将NMCL—31A的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP），使a=180O。
调节NMCL—31A的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，a=180O，Uct=Umax时，a=30O，以满足移相范围a=30O~180O的要求。
4．调节Uct，使a=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形，并标出其幅值及宽度。
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和UG3K3间隔1800。

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

七．注意事项
1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都及示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。
2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：
（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。
（2）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。
（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。
（4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。
（5）本实验中，因用NMCL—36组件中锯齿波触发电路控制晶闸管，注意须断开NMCL—33的内部触发脉冲。

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NMCL—36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及方法。

二．实验线路及原理
见图1-2。

三．实验内容
1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。
2．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（带续流二极管）。
4．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（断开续流二极管）。

四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMCL—36B组件
4．NMEL—03/4组件
5．NMCL—31A组件
6．双踪示波器（自备）
7．万用表（自备）

五．注意事项
1．实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置为5A），并根据额定值及整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。
2．为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤
（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。
（2）在控制电压Uct=0时，接通主电源。然后逐渐增大Uct，使整流电路投入工作。
（3）断开整流电路时，应先把Uct降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。
3．注意示波器的使用。
4．NMCL—33的内部脉冲需断开。

六．实验方法
1．将NMCL—36B面板上的同步电压输入接MEL—002T的U、V输出端。
三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。观察NMCL—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：
按图1-2接线，并短接平波电抗器L。调节电阻负载RD（可选择NMEL-03/4中R2的两只电阻并联，最大电流为1A）至最大。
（a）NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源，调节主控制屏输出Uuv=220V。
调节NMCL-31A的给定电位器RP1，使α=90°，测取此时整流电路的输出电压Ud=f（t），输出电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形，并测定交流输入电压U2、整流输出电压Ud，验证
。
若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。
（b）采用类似方法，分别测取α=60°，α=30°时的Ud、id、Uvt波形。
3．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载
（a）接上续流二极管，接上平波电抗器。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使Uuv=220V。
（b）调节Uct，使α=90°，测取输出电压Ud=f（t），整流电路输出电流id=f（t）以及续流二极管电流iVD=f（t）波形，并分析三者的关系。调节电阻RD，观察id波形如何变化，注意防止过流。
（c）调节Uct，使α分别等于60°、90°时，测取Ud，iL，id，iVD波形。
（d）断开续流二极管，观察Ud=f（t），id=f（t）。
突然切断触发电路，观察失控现象并记录Ud波形。若不发生失控现象，可调节电阻Rd。

七．实验报告
1．绘出单相桥式半控整流电路供电给电阻负载，电阻—电感性负载情况下，当α=90°时的Ud、id、UVT、iVD等波形图并加以分析。
2．作出实验整流电路的输入—输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（α）及Ud/U2=f（α）曲线。
3．分析续流二极管作用及电感量大小对负载电流的影响。

八．思考
1． 在可控整流电路中，续流二极管VD起什么作用？在什么情况下需要接入？
2． 能否用双踪示波器同时观察触发电路及整流电路的波形？

实验三 单相桥式全控整流电路实验

一．实验目的
1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。
2．研究单相桥式全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。
3．熟悉NMCL—36B组件。

二．实验线路及原理
参见图1-3。

三．实验内容
1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。

四．实验设备及仪器
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMCL—35组件
4．NMEL—03/4组件
5．NMCL—36B组件
6．NMCL—31A组件
7．双踪示波器（自备）
8．万用表（自备）

五．注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-36，故NMCL-33的内部脉冲需断，以免造成误触发。
2．电阻RD的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。
3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。
4．NMCL-36面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。
5．逆变变压器采用NMCL—35变压器，原边为220V，副边为110V。
6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。

六．实验方法
1．将NMCL—36B上的同步电压输入接MEL—002T的U、V输出端。
2．断开NMCL-35和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压Uuv至220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使a=90°。
断开主电源，连接NMCL-35和NMCL-33。
3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。
接上电阻负载（可采用NMEL-03/4中R2的两只电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波电抗器。合上主电路电源，调节Uct，求取在不同a角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）的波形，并记录相应a时的Uct、Ud和交流输入电压U2值。
若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。
4．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。
断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压Uct时的输出电压Ud=f（t），负载电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形并记录相应Uct时的Ud、U2值。
注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负载电流不能超过1A，Uct从零起调。
改变电感值（L=100mH），观察a=90°，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使a前移时，若电流太大，可增加及L相串联的电阻加以限流。

七．实验报告
1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当a=60°，90°时的Ud、UVT波形，并加以分析。
2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当a=90°时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。
3．作出实验整流电路的输入—输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（a）及Ud/U2=f（a）。
4．实验心得体会。

实验四 单相桥式有源逆变电路实验

一．实验目的
1．加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握有源逆变条件。
2．了解产生逆变颠覆现象的原因。

二．实验线路及原理
NMCL—33的整流二极管VD1～VD6组成三相不控整流桥作为逆变桥的直流电源，逆变变压器采用NMCL-35变压器，回路中接入电感L及限流电阻Rd。
具体线路参见图1-4。

三．实验内容
1．单相桥式有源逆变电路的波形观察。
2．有源逆变到整流过渡过程的观察。
3．逆变颠覆现象的观察。

四．实验设备及仪表
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMCL—36组件
4．NMEL—03/4组件
5．NMCL—35组件
(由于实验具体要求，实验接线图NMEL-02已经由NMCL-35替换以下实验类拟)
6．NMCL—31A组件
7．双踪示波器（自备）
8．万用表（自备）

五．注意事项
1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-36B，故NMCL-33的内部触发脉冲需断开，以免造成误触发。
2．电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。
3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。
4．NMCL-36B面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。
5．逆变变压器采用NMCL-35三相芯式变压器，原边为220V，副边为110V。
6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。

六．实验方法
1．将NMCL—36B面板上的同步电压输入接MEL—002T的U、V输出端。将NMCL—33的I组桥触发脉冲切断。
2．有源逆变实验
有源逆变实验的主电路如图1-4，控制回路的接线可参考单相桥式全控整流电路实验（图1-3）。
（a）将限流电阻RD（可采用NMEL-03/4中R2的两只电阻并联）调整至最大，先断开NMEL-02和NMCL-33的连接线，参考图1-3，连接控制回路。合上主电源，调节Uuv=220V，用示波器观察锯齿波的“1”孔和“6”孔，调节偏移电位器RP2，使Uct=0时，β=10°，然后调节Uct，使β在30°附近。
（b）按图1-4连接主回路。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使Uuv=220V。用示波器观察逆变电路输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）波形，并记录Ud和交流输入电压U2的数值。
（c）采用同样方法，绘出β在分别等于60°、90°时，Ud、UVT波形。
3．逆变到整流过程的观察
当β大于90°时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可用示波器观察此变化过程。注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流，需要注意监视。
4．逆变颠覆的观察
当β=30°时，继续减小Uct，此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明逆变颠覆。当断开NMCL—36和NMCL-33的连接，使脉冲消失，此时，也将产生逆变颠覆。

七．实验报告
1．画出β=30°、60°、90°时，Ud、UVT的波形。
2．分析逆变颠覆的原因，逆变颠覆后会产生什么后果？
实验五 三相半波可控整流电路的研究

一．实验目的
了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作。

二．实验线路及原理
三相半波可控整流电路用三只晶闸管，及单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。
实验线路见图1-5。

三．实验内容
1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。

四．实验设备及仪表
1．教学实验台主控制屏
2．NMCL—33组件
3．NMEL—03/4组件
4．NMCL—31A组件
5．双踪示波器（自备）
6．万用表（自备）

五．注意事项
1．整流电路及三相电源连接时，一定要注意相序。
2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过1A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。
3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

六．实验方法
1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。
（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作
合上主电源，接上电阻性负载（可采用NMEL-03/4中R2的两只电阻并联），调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwv，从0V调至110V：
（a）改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角α时，可控整流电路的输出电压Ud=f（t）及输出电流波形id=f（t），并记录相应的Ud、Id、Uct值。
（b）记录α=90°时的Ud=f（t）及id =f（t）的波形图。
（c）求取三相半波可控整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。
（d）求取三相半波可控整流电路的负载特性Ud=f（Id）
3．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作
接入NMCL—331的电抗器L=700mH，，可把原负载电阻Rd调小，监视电流，不宜超过1A（若超过1A，可用导线把负载电阻短路），操作方法同上。
（a）观察不同移相角α时的输出Ud=f（t）、id=f（t），并记录相应的Ud、Id值，记录α=90°时的Ud=f（t）、id=f（t），Uvt=f（t）波形图。
（b）求取整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

七．实验报告
1．绘出本整流电路供电给电阻性负载，电阻—电感性负载时的Ud= f（t），id= f（t）及Uvt= f（t）（在α=90°情况下）波形，并进行分析讨论。
2．根据实验数据，绘出整流电路的负载特性Ud=f（Id），输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

八．思考
1．如何确定三相触发脉冲的相序？它们间分别应有多大的相位差？
2．根据所用晶闸管的定额，如何确定整流电路允许的输出电流？

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