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1、电力电子实验指导 长安大学电控学院 实验一 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验一、实验目的(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。(3)掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。(4)了解续流二极管的作用。二、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”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。3DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。4DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二
2、极管”以及“开关”等几个模块。 5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验线路及原理利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图1所示。图1中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。图1 单结晶体管触发电路原理图图2 单结晶体管触发电路各点的电压波形(=900)工作原理简述如下：由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压
3、，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。单结晶体管触发电路的各点波形如
4、图2所示。电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图3中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900接成并联形式。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验中选用700mH。直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。四、实验内容(1)单结晶体管触发电路的调试。(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观
5、察并记录。(3)单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2= f()特性的测定。(4)单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。(2)复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时的工作波形。(3)掌握单相半波可控整流电路接不同负载时Ud、Id的计算方法。六、思考题(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中电容C1的数值有什么关系? (2)单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?如何解决?七、实验方法(1)单结晶体管触发电路的调试将D
6、JK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30170范围内移动?图3 单相半波可控整流电路(2)单相半波可控整流电路接电阻性负载触发电路调试正常后，按图3电路图接线。将电阻器调在最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压UVT的波形，调节电位
7、器RP1，观察 =30、60、90、120、150时Ud、UVT的波形，并测量直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表中。306090120150U2Ud（记录值）Ud/U2Ud（计算值）Ud=0.45U2(1+cos)/2(3)单相半波可控整流电路接电阻电感性负载将负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器Ld串联而成）。暂不接续流二极管VD1，在不同阻抗角阻抗角 =tg-1(L/R)，保持电感量不变，改变R的电阻值,注意电流不要超过1A情况下，观察并记录 =30、60、90、120时的直流输出电压值Ud及UVT的波形。306090120150U2Ud(记录值）Ud/U2Ud（计算
8、值）接入续流二极管VD1，重复上述实验，观察续流二极管的作用,以及UVD1波形的变化。306090120150U2Ud（记录值）Ud/U2Ud（计算值） 计算公式: Ud = 0.45U2(l十cos)/2八、实验报告(1)画出=90时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。(2)画出电阻性负载时Ud/U2=f()的实验曲线，并与计算值Ud的对应曲线相比较。(3)分析实验中出现的现象，写出体会。 九、注意事项(1) 参照实验一的注意事项。(2)在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路，同样也可以用锯齿波同步移相触发电路来完成实验。 (3)在实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板
9、上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，避免误触发。(4)为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接通主电路。在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，才可逐渐加大控制电压Uct，避免过流。要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。 (5) 由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电流不能太小，否则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。在本实
10、验装置中，要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。(6)在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否则实验就无法顺利完成。(7) 使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。实验二 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的(1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。(2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。(3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。(4)掌握产生逆变颠覆的原
11、因及预防方法。二、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”，“励磁电源”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等几个模块。3DJK03-1 晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。4DJK10 变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流” 等模块。5D42三相可调电阻6双踪示波器自备7万用表自备三、实验线路及原理图3为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。触发电路采用D
12、JK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路”和“”。图4为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器返馈回电网。“三相不控整流”是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心式变压器”的中压端Am、Bm，返回电网的电压从其高压端A、B输出，为了避免输出的逆变电压过高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相同。有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。四、实验内容(1)单相桥式全控整流电路带
13、电阻电感负载。(2)单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。(3)有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中有关单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内容，掌握实现有源逆变的基本条件。六、思考题实现有源逆变的条件是什么?在本实验中是如何保证能满足这些条件?七、实验方法(1)触发电路的调试锯齿波同步移相触发电路I、II由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图1所示。图1锯齿波同步移相触发电路I原理图由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻
14、及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电路的各点电压波形如图2所示。本装置有两路锯齿波同步移相触发电路，I和II，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出的触发脉冲相位与I恰好互差180O，供单相整流及逆变实验用。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。图2 锯齿波同步移相触发电路I各点电压波形(=900)将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到D
