电力电子关键技术试验参考指导书.doc

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~第一学期电力电子技术实验指引参照书
实验1 三相桥式全控整流电路性能研究
实验目
1、熟悉三相全控桥式整流电路构造特点，以及整流变压器、同步变压器连接；
2、掌握KC785集成触发电路应用；
3、掌握三相晶闸管集成触发电路工作原理与调试（涉及各点电压波形测试与分析）。
4、研究三相全控桥式整流供电电路（电阻负载时），在不同导通角下电压与电流波形。
二、实验电路与工作原理
（一）三相全控桥式整流电路如图7-1所示。

图7-1三相晶闸管全控桥式整流电路（单元7）
1、图中6个晶闸管导通顺序如图7-2所示。它特点是：
①它们导通起始点（即自然换流点）；对共阴极 VT1、VT3、VT5，为 uΑ、uB、uC三个正半波交点；而对共阳极VT4、VT6、VT2，则为三相电压负半波交点。
②在共阳极和共阴极管子中，只有各有一种导通，才干构成通路，如6-1、1-2、2-3、
3-4、4-5、5-6、6-1等，参见图 7-2。这样触发脉冲和管子导通顺序为1→2→3→4→5→6，间隔为60°。

③为了保证电路能启动和电流断续后能再触发导通，必要给相应两个管子同步加上触发
脉冲，例如在 6-1时，先前已给 VT1发了触发脉冲，但到 1-2时，还得给 VT1再补发一种
脉冲（在下面简介触发电路中，集成电路 KC41C作用，就是产生补脉冲），因此对
每个管子触发，都是相隔 60°双脉冲，见图 7－2b（固然用脉宽不不大于 60°宽脉冲也
可以，但功耗大）。
2、在图7-1中，TA为电流互感器（三相共3个），（HG1型，5Α╱2.5mΑ，负载电阻＜100Ω），
由于电流互感器二次侧不可开路（开路会产生很高电压），因此二次侧均并有一种负载电
阻。
（二）整流变压器与同步变压器接线如图7-3所示。
1、采用整流变压器重要是为了使整流输出电压与电动机工作电压相恰当。由于本系统中电
动机电压为 110V，由三相全控桥电压公式有 Ud=2.34U2中（Ud为直流输出电压，U2为
变压器二次侧相电压），现以 Ud＝110V代入上式，有 U2中≈47V。
2、整流变压器接成 Dy型（Δ－Y型），可有效抑制整流时产生三次谐波对电网不良影
响。此处接成Dy11（Δ╱Y－11）[联接图如b图所示]。
3、此外整流变压器还起隔离作用，有助于人身安全。
4、触发电路采用同步电压为锯齿波集成触发电路 KC785，由于同步电压要通过阻容滤波
电路，会导致相位上滞后（60°~70°），这需要补偿。由于电压过零点已较自然换流
点超前了 30°，因而同步电压较主电路电压再超前 30°，就可以了，因此采用

（注）三相变压器联接钟点数，是以一次侧相电压为钟长针，以二次侧相电压为短针来标定

由图 7-3(C）可见，整流变压器二次侧 UA,相应一次侧 UAB1，而 UAB1较 UA1，超前
30°，因而 UA（短针）与 UA1（长针）构成11点钟，参见图7-4。
同样由图7-3(C)可见，USA与-UB1相应，这样由图7-4可见，USA较 UA超前30°。如
今阻容移相使相位滞后70°左右，这样移相后电压将较 UA滞后40°（ 70°—30°）左右。
它较自然换相点仅滞后10°（40°—30°）左右。这意味着，控制角α移相范畴为10°～
120°。这里不使控制角从 0°开始，是为了防止输出电压过高，也可使移相范畴处在锯齿
波线性段。
UA1为 220V，UA为 47V，USA为 16.5V。

（三）三相晶闸管集成触发电路如图7-5所示
1、三相晶闸管触发电路核心某些是由三块集成触发电路N1、N2、N3构成电路，它们是
TCΑ785（国产为KJ785或KC785）集成电路。

图7-5三相晶闸管集成触发电路（单元9）

TCΑ785是西门子（Siemens）公司开发第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它输出输入与CMOS及TTL电平兼容，具备较宽电压范畴和较大负载驱动能力，每路可直接输出 250mΑ驱动电流。其电路构造决定了自身锯齿波电压范畴较宽，对环境温度适应性较强。该集成电路工作电源电压范畴-0.5V-18V.TCΑ785引脚和内部构造原理示意图见图7-6。

TCΑ785内部构造涉及零点鉴别器（ZD）、同步寄存器（SR）、恒流源（SC）、控制比较
器（CC）、放电晶体管（VD）、放电监控器（DM）、电平转换及稳压电路（PC）、锯齿波发生器
（RG）及输出逻辑网络等九个单元。TCA785是双列直插式16脚大规模集成电路，其各引
脚功能：（16）（VS）电源端；①（QS）接地端；④（Q1）和②（Q2）输出脉冲1与2非端；
14（Q1）和15（Q2）输出脉冲1和2端；13（L）为输出脉冲Q1、Q2宽度控制端；12（C12）
输出 Q1、Q2脉宽控制端；11（V11）输出脉冲 Q1、Q2或 Q1、Q2移相控制直流电压输入端；⑩
（C10）外接锯齿波电容连接端；⑨（R9）锯齿波电阻连接端；⑧（VREF）TCΑ785自身输出
高稳定基准电压端；⑦（QZ）和③（QV）为TCΑ785输出个两逻辑脉冲信号端；⑥（I）脉
冲信号禁止端；⑤（VSYNC）同步电压输入端。
其工作过程为来自同步电压源同步电压，经高阻值电阻后，送给电源零点鉴别器
ZD，经 ZD检测出其过零点后，送同步寄存器寄存。同步寄存器中零点寄存信号控制锯齿
波产生，对锯齿波发生器电容C10，由电阻R9决定恒流源SC对其充电电压上升斜率，
当电容C10两端锯齿波电压不不大于移相控制电压V11时，便产生一种脉冲信号送到输出逻辑单
元。参见图 7-7，由此可见，触发脉冲移相是受移相控制电压 V11大小控制，因而触发
脉冲可在0~180°范畴内移相。对每一种半周，在输出端Q1和Q2浮现大概30μs宽度窄脉
冲。该脉冲宽度可由 12脚电容 C12决定。如果 12脚接地，则输出脉冲 Q1、Q2宽度为
180°宽脉冲。

KC785重要技术数据
1）电源电压：直流+15V（容许工作范畴12V~18V）
2)电源电流：≤10mΑ
3)同步输入端容许最大同步电流：200μΑ
4）移相电压范畴：-0.5V~（VS-2）V（13V）
5）移相范畴：≥170°
6）锯齿波幅度：（VS-2）V（13V）
7）输出脉冲：
①幅度：高电平≥（VS-2.5）V；低电平：≤2V
②宽度：无C12:#30μS左右
有C12：（400~ 600）μS╱nF
③最大输出能力：55mΑ（流出脉冲电流）
8）2＃3＃4＃7＃脉冲电压输出端输出能力：≤2mΑ（灌入脉冲电流）
9）封装：采用16脚塑料双列直插封装
10）容许使用温度：-10°C ~ 70°C。
2、图 7-5中 RP1、RP2、RP3为 N1、N2、N3⑨脚引脚可变电阻，它们是用来调节三相锯齿
波斜率。
3、图中SA、SB、SC为三相似步电压，它由同步变压器USΑ、USB、USC三端引入，经阻容滤波
电路将使相位滞后40°左右后，送往N1、N2、N3⑤脚。
由于阻容值有误差，移相角度会有差别，会使三相触发波形不对称。因而在各相似步
电压输入处，再增设一可变电阻（22KΩ），以调节移相相位，使三相输出电压相位对称互差
120°。
4、控制电压UC同步经限流电阻送往N1、N2、N3（11）脚（去与锯齿波进行比较）。
5、图中集成电路N0为CD4011，它是四个2输入与非门，由它构成电路，由图7－8所示，
是一种她激式（“0”有效）环形振荡器。

此电路从N1~N3⑦脚接受到KC785输出脉冲信号，经电路形成振荡后，
通过⑥脚（6脚为 N1~N3脉冲信号禁止端）使 KC785输出脉冲变成脉冲列（脉冲列
前沿陡，幅值高，功耗小）。脉冲列频率为（5~10）KHz。
6、图中N4为KC41C，它内部构造原理示意图和应用实例，见图7-9。它作用是对N1~N3
经14、15脚输出基本脉冲，通过输入二极管再产生一种补脉冲。例如2*脚输入脉冲时，
它通过二极管D1同步给V1基极送出一种脉冲信号，使VT2、VT1能同步导通。参见图7-9α）。
图中V7为电子开关，当7*脚为“0”时，V7截止，各路将有脉冲输出；当7*脚为“1”（悬
空）时，由 16*脚输入+15V电压，将使 V7导通，将输出通路封锁（置零）。因而将 7*
脚引出，作封锁信号 CR（输入“1”信号）。元件中稳压管提供阀值电压，以防止误触
发。元件16*脚接+15V电源，8*脚接地。
7、由KC41C输出触发脉冲，经功率放大，再经脉冲变压器，送往VT1~VT6六个晶闸管G、
K极。
8、在图7-5中，在脉冲变压器一次侧续流（二极管）回路中，串接一种18V稳压管，是
为了使脉冲电流迅速减小（以增长脉冲后沿陡度），而过电压又不致过大（<18V）。
此电路供电电源有+12V、+15V和+24V三组，不要搞错。

三、实验设备

亚龙YL-209型实验装置单元（8）、（9）
2、双踪示波器
3、万用表
4、变阻器

四、实验内容与环节

1、将整流变压器联成 Dy11接法，将同步变压器联成 Yy10接法，不接负载。将它们一
次侧接上 220V╱380V电源，用示波器测量 UΑ1，UΑ和 USΑ幅值与波形，观测后者与否较
前者超前 30°。同步测量±12V电源电压与否正常。
2、切断电源，将整流变压器输出 UΑ、UB、UC分别接入主电路 L1、L2和 L3输入端。
3、在主电路输出端 U1和 U2间接上一电阻负载（变阻器）。
4、触发电路接上+12V,+15V及+24V电源，输入同步电压（16.5V），控制电压 UC端接在
稳压电源上，Uc在 0~8V间进行调节，先使 UC为 4V左右，用万用表及示波器，观测 N1⑩脚（锯齿波）及 14、15脚输出（双脉冲列）幅值与波形。
由图 7-7可见，当控制电压 UC（即图中 V11）为最小时，a为最小，此时输出电压为最大。反之，当 UC≈8V时，触发脉冲消失，Ud=0。调节 RP1，使 N1锯齿波幅值为 7.8~7.9V，当 UC1增大到最大（8V左右）时，再恰当调节RP1，使N1脉冲刚好消失。
5、再以 N1锯齿波为基准，调节 RP2和 RP3，使 N2和 N3锯齿波斜率与 N1相似（用示波器观测）。
6、调节控制电压 Uc，使 Uc由 0→8V，观测脉冲移相范畴。并测量 6个触发脉冲，与否互差60°，并记录下触发脉冲波形。
7、测量N410#~15#脚输出脉冲幅值与相位。若各触发脉冲对的无误（如图7-2
所示）。则在切断电源后，将脉冲变压器输出接到相应六个晶闸管G、K极。
8、合上电源，观测电阻负载上电压数值与波形，调节 UC大小，使控制角α分
别为30°、60°、90°及120°，记录电压平均值与波形。
9、调节变阻器及 UC使电流 Id=1.5Α,测量电流互感器输出电压数值。（I1与 I2间或 I2与 I3间）。
10、测量α＝60°时，VT1元件K、A间电压波形。
11、若6只晶闸管中，有一只（设VT2损坏—除去它触发脉冲）重新测量Ud幅值与波形，并从晶闸管波形去判断该元件与否正常。
五、实验注意事项
1、由于这为一大型实验，涉及许多理论知识，因而实验前要复习电力电子课程有关
基本知识，并仔细阅读实验指引书，列出实验环节。
2、由于实验联线较多，因而，应联好一单元，检查一单元，并测试与否正常。只有在
保证各单元工作正常无误状况下，才可将各单元联接起来。
3、实验中有多处要用示波器进行比较测量，要注意找出两个探头公共端接线处，否
则很易导致短路。
六、实验报告
1、记下，电源 UΑ1、整流变压器 UΑ、同步变压器输出电压 USΑ平均值与波形，以及它们间相位差。
2、VT1~VT6管触发脉冲幅值、波形及相位。
3、电阻负载在 α＝30°，α＝60°和 α＝90°时电压数值及波形，以及它们平均值与计算值与否一致。
4、在 α＝60°时，VT1元件 K、Α两端电压波形。
5、若 VT2损坏，Α、K两端电压波形是如何？对波形进行分析，指出正常与不
正常地方，并分析形成因素。