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1、项目三 开关电源的电路分析与检测实验报告11 级电气 3 班田旭同组人：李程、姜鹏、邢海波 一、一、实训目的实训目的 1、 加深理解斩波器电路的工作原理 2、 掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法 3、 熟悉斩波器各点的波形 二、二、实训内容实训内容 1、 触发电路调试 2、 斩波器接电阻性负载 斩波器接电阻电感性负载 三、 实训电路与原理实训电路与原理 1. 降压（Buck）型变换电路 Buck 型变换器是最简单和最基本的高频变换器结构，其电路如图 3- 1（a）所示。图 中，U 为固定电压的直流电源，V 为晶体管开关（可以是大功率晶体管，也可以是功率场 效应晶体管） 。电感 L 和
2、电容 C 为输出端滤波电路，将脉冲波变成纹波较小的直流波；为 在 V 关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管 VD。 晶体管 V 由重复频率为 f=1/T 的控制脉冲 uB驱动。在脉冲周期的 ton期间，uB为高电 平，V 导通，输入能量通过电感 L 向负载输送功率并对电容 C 充电，电感 L 中的电流线性 增加，在 L 中储存能量。此时，忽略 V 的饱和管压降，uA=E，二极管 VD 承受反向电压而 截止。在脉冲周期的 toff期间，uB为低电平，V 截止，电感 L 的两端产生右正左负的感应 电势，使二极管 VD 承受正压而导通，电感 L 在 ton期间储存的能量经续流二极管
3、VD 传送 给负载。此时，uA0，电感 L 中的电流线性下降。其工作波形如图 3- 1（b）所示。图 3- 1 降压型变换电路图 3- 2 降压型变换电路 （a）电路图 （b）工作波形图 1 降压（Buck）型变换电路通常电路工作频率较高，若电感和电容量足够大，使 fo（） f，在电LCfo2/1路进入稳态后，输出电压近似为恒定值 Uo。则电感 L 两端的电压为：（1） TttUttUEuonoono L0图 3- 1（b）所示电感 L 的电流 iL，在稳态运行时，一个周期内的增量和减量相等， 即：（2）0 0TtLtLonondtLudtLu由式（1）和式（2）得输出直流电压为：（3）EdE
4、TtUon o其中 d=ton/T 称为占空比。显然，改变 d 即可调节输出电压 Uo，且由于 0d1，则 UoE，属降压输出。 输出电流平均值为：（4）Lo oRUI 2. 升压（Boost）型变换电路 Boost 型变换电路如图（a）所示，它由晶体管 V，储能电感 L，升压二极管 VD 和滤 波电容 C 组成。图 2 升压型变换电路 （a）电路图 （b）工作波形 在脉冲周期的 ton期间，电力晶体管 V 导通，忽略 V 的饱和管压降，uA=0。输入电压 E 直接加在电感 L 两端，iL线性增长，L 中储存能量。二极管 VD 截止，由储能滤波电容 C 向负载 RL提供能量，并保持输出电压 U
5、o基本不变。在 toff期间，V 截止，L 两端感应电 势左负右正，使二极管 VD 导通，并与输入电压 E 一起经二极管向负载供电，电感 L 释放 能量，电感电流 iL线性下降。设电容 C 足够大，则 Uo基本不变，在此期间 uA=Uo。其工 作波形如图（b）所示。 电感两端电压为：（5） TttUEttEuonoon L0同式（2）一样，在一个周期内 iL的增量和减量相等。将式（5）代人式（2）中得输 出电压为：（6）EdEtTTUono11显然，由于 0d1，则 UoE，是一种升压输出。改变 d 即可调节输出电压大小。 输出电流仍为 Io=Uo/RL。三、降压升压（BuckBoost）型变
6、换电路BuckBoost 型变换器也称反极性变换器，它的 Uo与 E 极性相反，输出电压既可低于、 也可以高于输入电压。其基本电路如图（a）所示。图 3 降压升压型变换电路 （a）电路图 （b）工作波形在 uB为高电平，即脉冲周期的 ton期间，V 导通，忽略其饱和管压降，则 uA=uL=E。 此时，E 向电感 L 充电，L 中储存能量，iL线性增长。二极管 VD 因反偏而截止，由输出 滤波电容 C 向负载 RL提供电流。在 uB为低电平，即 toff期间，V 截止，电感 L 产生上负下 正的感应电势，使二极管 VD 导通，电感释放能量，向负载 RL供电，并向电容 C 充电， 电感电流 iL线
7、性下降。同样，在电容 C 足够大，Uo基本稳定不变情况下，uA=uL= -Uo。其 工作波形如图（b）所示。 电感两端电压为：（7） TttUttEuonoon L0根据一个周期内电感电流 iL的增量和减量相等，将式（7）代入式（2）中得输出电压 为：（8）EddEtTtUonon o1调节占空比 d，即可调节输出电压大小，并且 d0.5 时，UoE，为降压输出；d=0.5 时， UoE，为等压输出；d0.5 时，UoE，为升压输出。负载上得到的输出电流仍为 Io=Uo/RL。项目四 晶闸管串级调速装置的分析与检测实验报告11 级电气 3 班田旭同组人：李程、姜鹏、邢海波实验十一实验十一 三相
8、桥式全控整流及有源逆变电路实验三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的一、实验目的 (1)加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。 (2)了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。 二二、实验所需挂件及附件实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路3DJK02-1 三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。4DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5DJK10 变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 。6D42 三相可调电阻7双踪示波
9、器自备8万用表自备三、实验线路及原理三、实验线路及原理 实验线路如图3-13及图3-14所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的 三相不控整流电路组成，触发电路为DJKO2-1中的集成触发电路，由KCO4、KC4l、KC42等集 成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的原理可参考1-3节中的有 关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。图3-13 三相桥式全控整流电路实验原理图 在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压 器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的
10、中 压端Am、Bm、Cm,返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。 图中的R均使用D42三相可调电阻，将两个900接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上， 选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。图3-14 三相桥式有源逆变电路实验原理图 四、实验内容四、实验内容 (1)三相桥式全控整流电路。 (2)三相桥式有源逆变电路。 (3)在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障(人为模拟)时观测主电路的各电压 波形。 五、预习要求五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。 (2)阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握
11、实现有源逆变的基本 条件。 (3)学习本教材1-3节中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。 六、思考题六、思考题 (1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?在本实验中主电路三相电源的相序可任意 设定吗?(2)在本实验的整流及逆变时，对 角有什么要求?为什么?七、实验方法七、实验方法 (1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试 打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察 输入的三相电网电压是否平衡。 将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-
12、1“三相同步信号 输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光 管亮。 观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测 孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。 将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关 S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同 步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使=150( (注意此处的注意此处的表示三相晶闸表示三相晶闸 管电路中的移相角，它的管电路中的移相角，它的00是从自然换流点开始
13、计算，前面实验中的单相晶闸管电路的是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的 00移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30)30)。 适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测 到单窄脉冲和双窄脉冲。 用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连， 使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。 将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输 出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”
14、端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨 至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。 (2)三相桥式全控整流电路 按图3-13接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最 大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使角在30150范 围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流Id保持在0.6A左右(注意Id不 得超过0.65A)。用示波器观察并记录=30、60及90时的整流电压Ud和晶闸管两端电 压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。306090U2 Ud(记录值)Ud/U2 Ud(计算值
15、)计算公式:Ud=2.34U2cos (060O)Ud=2.34U21+cos(a+) (60o120o)3(3)三相桥式有源逆变电路 按图3-14接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，将电阻器放在最 大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使角在3090范 围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超 过0.65A)。用示波器观察并记录=30、60、90时的电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波 形，并记录相应的Ud数值于下表中。306090U2 Ud(记录值)Ud/U2 Ud(计算值)计算公式:Ud=2.34U2cos(180O-) (4)故障现象的模拟 当=60时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时的 故障，观察并记录这时的Ud、UVT波形的变化情况。 八、实验报告八、实验报告 (1)画出电路的移相特性Ud =f()。 (2)画出触发电路的传输特性 =f(Uct)。(3)画出=30、60、90、120、150时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的 波形。(4)简单分析模拟的故障现象。九、注意事项九、注意事项 (1)为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。 (2)三相不控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变
