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1、电力电子变流技术实验自动化科学与工程学院赖玉斌 华南理工大学教材供应中心2013年10月前 言本书是根据自动化专业电力电子变流技术课程的教学计划进行编写的。这次又作了修改，使内容更符合实际。内容包括晶闸管三相可控整流、交流调压及全控型电力电子器件的应用等实验。晶闸管变流电路是电力电子变流技术的基础，也是运动控制系统的重要环节。因此，本实验以整流电路为重点，增加晶闸管应用方面的内容。此外，要求学生在完成书中所列实验的基础上，通过自己设计整流电路，提高对器件与电路结构及工作原理的认识与了解。鉴于本实验是一门实践性很强的课程，要求学生从实验电路设计、线路连接到波形与参数测试的全过程都必须认真参与。由
2、于本实验所使用的设备为全新的MCL系列电机电力电子及电气传动教学实验台，波形测试也采用计算机实时监测，使用中更应谨慎对待。通过本实验使学生巩固所学的专业知识，掌握实验的基本方法和操作技能，培养理论联系实际的良好学风。本实验课计划时数为八学时，重点是三相可控整流电路实验。本实验的内容涉及到电路、电子、电机与拖动等基础课的知识。目 录实验须知1第一章整流电路实验21-1 三相半波可控整流电路实验21-2 三相桥式整流电路实验5第二章交流调压电路实验92-1 单相交流调压电路实验92-2 三相交流调压电路实验11第三章全控型电力电子器件电路实验133-1 采用MOSFET的单相调压实验133-2 单
3、相正弦波（SPWM）逆变电源实验16实验须知本实验课的目的在于培养学生掌握电力电子变流技术方面的实验方法与操作技能，指导学生学会根据实验目的拟定实验线路，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要的结论，从而写出实验报告；同时可以培养观察问题、分析和解决问题的能力。由于本实验既有小电流、低电压的控制线路，又有高电压、大电流的整流回路，不仅要观察波形，还要测量参数，改接连线，更换负荷，致使实验过程较为繁杂。因此，在整个实验中，必须严肃认真，集中精力，亲自动手，细心观察，认真记录，及时完成实验。为此，要求学生做到：一、实验前认真阅读本实验指导书，了解实验目的、内容、方法与步骤及仪器设备与要
4、求，明确实验过程中应注意的问题。同时应复习电力电子变流技术讲义中的有关章节。二、实验中1. 建立实验小组，每组24人，推选组长，由组长负责实验的组织工作，诸如数据记录、波形测取、调节负载等工作，务求在实验过程中操作协调，数据准确。2. 了解所用仪器仪表的性能及使用方法。3. 抄录所用负载的有关参数，如电动机的铭牌，电阻负载的阻值等。4. 按图接线，连线准确，线路力求简单明了，走线合理。5. 接线完毕，应有专人重新检查，确认无误后方可通电实验。6. 按实验方法及步骤分段进行试验，并认真、及时测取和记录数据。7. 实验完毕，应将所测数据交指导教师审阅，认可后，才可拆线并整理实验现场，所用仪表及工具
5、和导线应物归原处。三、实验报告内容要简明扼要，字迹清楚，图表整洁，结论明确。报告内容包括：1. 实验名称、专业班级、组别、姓名、日期。2. 列出使用仪器设备的名称、型号、规格。3. 扼要写出实验目的。4. 绘出实验线路图及实验项目。5. 数据计算及波形整理。6. 根据实验结果，进行分析，得出结论。7. 报告应写在统一规格的报告纸上，每次实验每人独立写出一份报告按时送交指导教师批阅，不得互相抄袭。预习不符合要求者不准参加实验。实验中不按操作规程和实验步骤进行实验而导致仪器、设备损坏者应停止其实验，并须按情节轻重予以处理。第一章 整流电路实验在电力电子技术中，整流电路的作用是将交流电源变换成直流电
6、源，在晶闸管用于整流电路后，使直流电源的幅值可调。因此，采用晶闸管的整流称为可控整流。整流电路按输入交流电源的相数来分有单相和三相；按电路的结构形式分，有半波、全波、桥式；按负载的性质分，有电阻性、电感性和反电势性；按控制方式分，有半控和全控。因此，电路的结构不同，负载的性质不同，控制方式不同，则电路的换流过程不同，对应的数量关系和波形分解也不同。通过本章的实验应搞清楚这些问题。对于功率较大、要求直流电压脉动较小的负载，应采用三相整流电路。三相可控整流电路有半波和桥式两种结构，桥式电路又有半控和全控之分。但三相半波电路是最基本的组成形式，桥式电路即是半波电路的串接形式。同样，换流过程和数量关系
7、却有规律可循，通过本实验应有更加明确的了解。1-1 三相半波可控整流电路实验一、 目的1. 熟悉三相半波可控整流电路的结构组成；2. 掌握电路的工作原理；3. 了解三相交流电源相序的测量方法；4. 验证波形及数量关系。二、 实验线路实验电路如图1-1所示。本实验设备为MCL-型多功能教学实验设备，采用组件式结构，可根据不同的实验内容进行组合。由图1-1可知，本实验电路共需四个挂箱。即MCL-18B的交流输入电源及脉冲移相用的直流控制电源，MCL-02的整流用变压器挂箱，MCL-03的负载电阻挂箱。三相交流电源由主控屏输出端取得。三、 仪器设备1. MCL教学实验台主控制屏；2. MCL-18B
8、挂箱；3. MCL-33挂箱；4. MEL-03挂箱；5. 虚拟示波器；6. 导线；7. 万用表。四、 内容1. 连线构成实验电路；2. 观察三相电源相序；3. 电阻性负载实验；4. 电阻电感性负载实验。五、 注意事项1. 整流电路与三相电源连接时，须注意相序。2. 负载电阻值不宜过小，Id不得超过0.8A，但须大于0.1A，避免晶闸管时断时续。3. 测量波形时，须避免测试通道的两条地线接在非等电位端点上而造成短路事故。4. 为防止负载电流过大，在合主电源之前，应先将控制电压Uct降为零（即MCL-18B上部给定电源G的电位器RP1反时针调到底）。六、 方法与步骤1. 接线按图1-1所示的三相
9、半波可控整流电路结构图连线。1) 主控屏三相输出电源端U、V、W与MCL-18B的L1、L2、L3相连；2) MCL-18B的U、V、W三端用三联导线与MCL-33的晶闸管桥相连；3) 负载的“”端与主控屏的零点N端相连。4) MCL-18B的15V电源与MCL-33的15V端子相连，将两边的0线（即黑端子）联接好；5) MCL-18B的上部Ug端与MCL-33的Uct端相连作为移相控制电压。6) MCL-33中的Ub1f与零点（黑端子）相连，使正组触发器功放级有电。7) 在MEL-03挂箱上取二个900电阻并联作为电阻性负载，再与MCL-33中整流桥的直流侧相连。8) 直流电压表和直流电流表
10、采用主控屏左侧的直流表，分别与整流桥相串、并联。9) 将主控屏下部三相电源输出端U、V、W中任两端与左侧上部的交流电压表V1相连，以监视整流电路输入交流电压值。2. 查线1) 按图1-1线路图核查接线。2) 尤其要注意直流电压表、直流电流表、交流电压表的连线正确有否，表的量程应选最大。3) 将MCL-33中的触发器按键2、4、6按下，则此时电路为VT1、VT3、VT5工作。核查无误后可通电实验。3. 三相电源相序观察1) 通电(1) 将电柜左侧的三相四线开关合上，红色指示灯亮。(2) 启动计算机，用鼠标双击“RIGOL”文件，显示器出现示波器界面。2) 将MCL-18B挂箱上部的移相控制电位器
11、RP1的电压Ug为零伏（即开关S2拨在OV位）后，按“闭合”按钮，主电路有电。3) 慢慢增大主控屏面板左侧的“交流电源输出调节”手柄，并观察上部的交流电压表V1的显示值，直到显示为220V线电压为止。4) 用虚拟示波器隔离卡通道输入线1、2分别测三相电源中两相波形，输入线的地与电源的N点相接。5) 适当调节虚拟示波器的水平及垂直方向的按键，屏幕上即显示出两相交流电压波形。仔细观察两波形的相位差，以确定哪一相超前。6) 调换一相再观察相序及相位，以确定该实验设备三相电源的相序。7) 将所测波形记录。4. 电阻负载1) 改变移相控制电压Ug，观察在不同控制角时，输出电压ud、晶闸管阳极电压uT及门
12、极电压ug的波形。2) 在某一值下，测取Ud、U2及Id数据。3) 调节Ug，使=90，观察对应的uT、ud波形。5. 电阻电感性负载1) 将电感L与负载电阻相串接。2) 合上主电源，改变移相控制电压Ug，观察不同控制角时ud、uT波形。3) 在负载两端并接续流二极管，观察ud、uT波形的变化。七、 实验报告1. 列出实验目的、仪器、内容及接线图。2. 绘出电阻性负载、大电感负载时的ud、uT波形。3. 将所测的Ud、U2代入公式求出对应的值。4. 该整流电路当为多大时，续流管工作？一周期续流管工作几次？最大导电角为多少度？5. 该电路三个晶闸管门极的触发脉冲相差多少度？若关掉其中的一个VT触
13、发脉冲，则负载电压一周还有几个波头？6. 该电路晶闸管控制角的移相范围是多少？晶闸管最大导电角为多少？7. 设计一个采用共阳接法的三相半波可控整流电路，并在实验台上进行试验，观察ud、uT波形。简述共阴接法和共阳接法两种电路的异同点。8. 实验体会。1-2三相桥式整流电路实验一、 目的1. 熟悉三相桥式整流电路的结构原理；2. 掌握全控与半控电路换流过程及工作特点；3. 观察电压及电流波形；4. 验证数量关系；5. 研究半控电路“失控”情况。二、 实验线路如图1-2所示。本实验电路由四个部分组成。主控屏、MCL-18B挂箱、MCL-33挂箱及MEL-03挂箱。三、 仪器设备1. MCL教学实验
14、台主控制屏；2. MCL-18B挂箱；3. MCL-33挂箱；4. MEL-03挂箱；5. 导线；6. 虚拟示波器。四、 内容1. 半控电路实验1) 连线；2) 电阻电感性负载实验；3) 电路的“失控”过程试验；2. 全控电路实验1) 连线；2) 电阻性负载实验；3) 直流电动机实验。五、 注意事项：1. 负载电流Id不得超过0.8A；2. 接线过程中，三相交流电源的相序不得接错；3. 直流电动机负载实验前，须加上电动机的励磁电源（位于主控屏中间部位）；4. 每次起动直流电动机之前，应先将控制电压Ug调为0，使整流电压d为，待合上主电源后，再逐渐加大控制电压g。六、 方法1. 半控电路实验。1
15、) 按图-接线。 在-电路的基础上，将三个整流管分别用导线连接到晶闸管桥上，注意+、-极性。负载电阻与电感相串接并接于整流桥。 负载电阻与电感相串接并连于整流桥。2) 电阻电感性负载实验。 三相调压器逆时针调到底，使交流电压1调为V。 使控制电压Ug调为V。 合主电源开关，调节三相调压器使输入交流电压1为10伏（线电压）。 慢慢增大控制电压Ug，用示波器观察ud、uT及uD的波形。 改变Ug，再观察各波形的变化。 调节Ug，使=60左右，测取此时的UL、Ud。3) 观察“失控”现象。 用示波器观察负载电压ud。 切除VT1、VT3、VT5的门极触发脉冲。 此时负载端出现一个极性为正的恒定电压，改变控制电压Ug，无法使电压Ud或ud变化，注意直流电压表和电流表的读数。2. 全控电路实验1) 按图1-2接线，注意虚线所连的三个晶闸管的阳极连在一起，并与负载的一端相连。
