1、實驗三三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一、實驗目的(1)加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理。(2) 了解KC(列集成觸發器的調整方法和各點的波形。二、實驗所需掛件及附件序 號型號備注1DK01、DK02電源控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發電路包含“觸發電路”，“正反橋功放”等幾 個模塊。4DJK06給定及實驗器件包含“給定”等幾個模塊5DK23 DK24變壓器實驗包含“逆變變壓器”以及“三相不控整流”6D42三相可調電阻7雙蹤示波器自備8萬用表自備三、預習要求(1)閱讀電力電子技術教材中有關三相橋式全控整流電路的有關內容

2、。(2)閱讀電力電子技術教材中有關有源逆變電路的有關內容，掌握實現有源逆 變的基本條件。(3)學習本實驗中有關集成觸發電路的內容，掌握該觸發電路的工作原理。四、實驗線路及原理1 .主電路1.1 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路實驗線路如圖3-1所示。主電路由三相全控整流電路組成，VT1、VT3、VT5為共陰極組，VT4、VT6、VT2為共陽極組。當DK02 "調速電源 選擇開關”置于“直流調速”側時，三相電源輸出可提供三相交流 200V/3A電源(線電壓為200V)。同時在三相電源輸出回路中還裝有電流互感器，電流互感器，可測定主電源輸出電流的大小，供電流反饋和過流保護使用，面

3、板上的TA1、TA2、TA3三處觀測點用于觀測三路電流互感器輸出電壓信號。1:相電源輸N',Rp111圖3-1三相橋式全控整流電路實驗原理圖圖中的6只晶閘管按 VT、VT2、VT3、VT4、VT5、VT 6的順序觸發，相位依 次相差60 口。為了保證電路能正常啟動和電流斷續后能再觸發導通，必須給共陰極組和共陽極組對應的兩個管子同時加上觸發脈沖（即在觸發某個晶閘管的同時，給前一個晶閘管補發一個脈沖）。因此對每個管子觸發，都是相隔60叩勺雙脈沖（或寬度大于60%勺寬脈沖，常用雙脈沖）。1.2 三相橋式有源逆變電路三相橋式有源逆變電路實驗線路如圖3-2所示。主電路由三相全控整流電路及作為逆變

4、直流電源的三相不控整流電路組成，電感Ld在DJK02®板上，選用700mH相心式變味器it-相小捽整流圖3-2三相橋式有源逆變電路實驗原理圖為實現三相橋式有源逆變，需一反向的直流電源， 即三相不控整流的極性為上負下正。同時逆變和整流的區別僅僅是控制角ct的不同。0<a <E2時，電路工作在整流狀態，n/2< a < n時，電路工作在有源逆變狀態，因而三相橋式有源逆變電路 的觸發可沿用整流的辦法。2 .集成觸發電路及功放電路工作原理2.1 集成觸發電路工作原理DJKO2-1中的集成觸發電路原理如圖3-3所示。電路由 KCO4 KC4l、KC42等集成芯片組成，可

5、輸出經高頻調制后的雙窄脈沖鏈。CM圖3-3 KC04集成觸發電路原理三相同步電壓信號從三路 KC0制“8”腳輸入，在其“ 4”腳相應形成線性增加 的鋸齒波，移相控制電壓 UCt和偏移電壓Ub經疊加后，從“ 9”腳輸入。當觸發脈沖 選擇的鈕子開關撥到窄脈沖側時，通過控制4066 （電子開關），使得每個KC0< “ 1、15”腳輸出相位相差180°的單窄脈沖（VT1VT6為單脈沖觀測孔）,窄脈沖經KC41 （六路雙脈沖形成器） 后，得到六路雙窄脈沖（VT1 'VT6'為雙脈沖觀測孔）o KC42 為調制信號發生器，對窄脈沖進行高頻調制。1） KC04T作原理國產集成

6、觸發器KC0提K繇列觸發器中的一個典型代表，其兩路相位間隔 180 o的移相脈沖，可方便的構成半控、全控橋式觸發線路。該集成電路具有輸出負載 能力大、移相性能好、正負半周脈沖相位值均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要 求不嚴、有脈沖列調制輸入及脈沖封鎖控制等優點，在實際線路中有著十分廣泛的應用。KC04t路內部原理如圖3-4所示，T1T3對同步電壓進行檢測，在同步電壓過 零點時T1、T2、T3均截止，從而使T。通，T4l1通則使“ 4”端外接的積分電容 C1 放電。當過零結束后，T4恢復截止狀態。C1接在T5的集基極，組成密勒積分器，形 成線性增大的鋸齒波，鋸齒波的斜率由“3”端外接的電阻和積分

7、電容 C1的數值所決定。T6是比較放大級，鋸齒波、外部的移相電壓及偏移電壓在 T6的基極進行綜合 比較放大，當輸入T6基極的電流大于零時，T6導通，外接的野口C各T6集電極的脈沖 進行微分，輸入T7基極，在T7集電極得到一定寬度的移相脈沖。在T7集電極上得到的脈沖是正負半周都有的相隔 180度的脈沖。經過T8和T12分別截去負半周和正半周 的脈沖，得到正相和負相的觸發脈沖。T9T15是功放極，分別對正、負半周的脈沖作功率放大，使兩個輸出端都弓1腳號123,456,107功能輸出鋸齒波形成-VEE地弓1腳號8911,1213,141516功能同步輸入綜合比較微分阻容封鎖調制輸出+VCC有100m

8、 A的輸出能力。13、14端提供脈沖列調制和脈沖封鎖的控制端。KC0格管腳說明及各管腳電壓波形圖 3-5所示。2）三相同步電壓三相同步信號是從電源控制屏內獲得，屏內裝有/Y接法的三相同步變壓器，和主電源輸出保持同相，其輸出相電壓幅度為15V左右。只要將DJK0對“三相同步信號輸出”端和DJK02-1 "三相同步信號輸入”端相連，即可引入三相同步電壓。（當KC0相于三相橋式變流電路時，要求選用滯后主電路電壓30°的同步信號電壓。由于三相同步信號經滯后移相 300的阻容濾波電路送至各相 KC048端，使得同步信 號電壓與主電路電壓同步）。3）觸發角調節偏移電壓和移相控制電壓疊加

9、確定觸發脈沖的位置。當偏移電壓（目的是為了確定移相控制電壓為零時，觸發脈沖的初始相位）為定值時，增加移相控制電壓， 觸發角前移（減小）；減小移相控制電壓，觸發角后移（增大）。4） KC41和KC42工作原理KC41六路雙脈沖形成器是脈沖邏輯電路，內部電路原理圖如圖3-6所示，具有雙脈沖形成和電子開關控制封鎖雙脈沖形成二種功能。當把移相觸發器輸出的觸發脈沖輸入到 KC41電路的“ 1”“6”端時，由輸入二極管完成了補脈沖，再由 T1T6進行電流放大分六路車觥H。補脈沖按2 1, 3-2, 4-3, 5-4, 6-5, 1一6順序排列組合。T7是電子開關，當控制“ 7”端接邏輯“ 0”電平時T7截

10、止， 各路有輸出觸發脈沖。當控制“7”端接邏輯“ 1”電平（+15V）時，T7導通，各路無輸出。圖3-6 KC41電路內部原理圖圖3-7 KC42電路內部原理圖KC42為脈沖列調制形成器，具有脈沖占空比可調性好，頻率調節范圍寬，觸發脈沖上升沿可與調制信號同步等優點。KC42電路內部原理圖如圖 3-7所示。以三相全控橋式電路為例，來自三塊觸發器（KC04）的“13”端的觸發脈沖信號分別送入KC42電路的“ 2”，“4”，“12”端，由T1、T2、T3進行節點邏輯或組合。T5、T6、T8組成一個環形振蕩器，由T4的集電極輸出來控制環形振蕩器的起振和停振，當沒有輸入脈沖時，T4導通振蕩器停振。反之

11、T4截止振蕩器起振。T6集電極輸出 是一系列與來自三相六個觸發脈沖的前沿同步間隙600的脈沖。經T7倒相放大分別輸入三塊觸發器（KC04）的“14”端。此時從KC04電路的“ 1”和“ 15”端輸出 是調制后的脈沖列觸發脈沖。4066為電子開關。當觸發脈沖選擇的鈕子開關撥到窄脈沖側時，通過控制 4066,使得每個KC04輸出窄脈沖。將鈕子開關撥到寬脈沖側時，通過控制4066,使得KC04輸出寬脈沖，同時將KC41的控制端“7”腳接高電平，使KC41停止工作， 寬脈沖則通過4066的“3、9”兩腳直接輸出。4069為反相器，它將部分控制信號 反相，用以控制 4066。圖2-8功放電路原理圖2.2

12、 正、反橋功放電路及脈沖輸出正、反橋功放電路的原理以正橋的一路為例， 如圖3-8所示。由晶閘管觸發電路輸出的脈沖信號經 功放電路中的V2、V3三極管放大后由脈沖變壓器 T1 輸出。正橋共有六路功放電路，其余的五路電路完 全與這一路一致。Uf即為DJKO新板上的Uf ,該點接 地才可使V3工作，觸發電路產生的脈沖經功放電路 最終輸出；當端子懸空表示功放不工作；Uf端子控制正橋功放，Ur端子控制反橋功放。經功放電路放 大的觸發脈沖，通過專用的20芯扁平線將DJK02"正 反橋脈沖輸入端”與DJK02-1上的“正反橋脈沖輸出端”連接，為其晶閘管提供相應的觸發脈沖。五、實驗內容與實驗步驟1

13、. DJK0游DDJKOZ-I上的“觸發電路”調試1）打開DK01總電源開關，觀察輸入的三相電網電壓是否平衡（即是否有缺相、過壓指示，相序是否為正相序）。2）將DK02"電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。3）用10芯的扁平電纜將DJK02的“三相同步信號輸出”端和 DJK02-1 "三相同 步信號輸入”端相連，打開 DJK02-1電源開關，撥動“觸發脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發光管亮。4）適當調節A相鋸齒波斜率電位器，用雙蹤示波器觀察A相鋸齒波斜率和 VT1的輸出波形，使VT1的脈沖出現在 曲目鋸齒波斜率150°位置。以A相的鋸齒波為基準，

14、 調節B、）目鋸齒波斜率調節電位器，使B、）目鋸齒波斜率與A相相同。注意：示波器基準線接移相控制電壓的接地端。5）打開DJK06的電源開關，將 DJK06勺接地與DJK02-1共地（即將 DJK06勺給定 地與DJK02-1的移相控制電壓接地相連）。將口心6±的"給定"輸出Ug直接與DJK02-1 上的移相控制電壓 UCt相接，將給定開關 S撥到正給定，開關 及撥到接地位置（即 ”=0）,調節DJK02-1上的偏移電壓電位器 Rp,用雙蹤示波器觀察 雄目同步電壓信號 和VT1的輸出波形，使a =150°。6）保持偏移電壓電位器R環變，將給定Ug的正電壓調

15、至最小（逆時針旋轉到底）， 給定開關S2撥到給定狀態。7）適當增加給定 U的正電壓輸出，測量 VT1'VT6' 6個雙窄脈沖是否互差 60°。8）用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發脈沖輸出”和“觸發脈沖輸入”相連，使得觸發脈沖加到正反橋功放的輸入端。9）將DJK02-1面板上正橋功放的 U端接地。用20芯的扁平電纜，將 DJK02-1的 “正橋觸發脈沖輸出”端和 DJK02 “正橋觸發脈沖輸入”端相連，并將 DJK02 “正橋 觸發脈沖”的六個開關撥至“通”。2 .三相橋式全控整流電路1）電阻性負載 關閉主電路電源，按圖 3-1接線。R選用D4*相可調電阻

16、，將兩個 900接 成并聯形式（盡量用帶保險絲的A1A3目、）目電阻構成），直流電壓、電流表由DJK0以得。將DJK06上的“給定”輸出調到零（正給定Rp1逆時針旋到底），且將負載電 阻調至最大阻值處（電阻接入電路之前用萬用表測量后確認）。 按下“啟動”按鈕，調節給定電位器，使示波器顯示整流電壓六個波頭。 若波形不整齊，則調節 DJK02-1上的三相鋸齒波斜率調節電位器使波形整齊。 調節給定電位器，用示波器觀察并記錄a =0。、30。、60。及90。時整流電壓Ud和晶閘管兩端電壓 Ut的波形，并記錄相應的 U數值于表3-1中。表3-1 不同觸發角時電壓的波形與數值負載 性質aUd （記錄）Ud

17、 （計算）須測量U2相電壓Ud波形UVT波形整 流 電 路電 阻 性 負 載0°30°60°90°120°阻 感 性 負 載0°30°60°90° ( 3 =90 )有源 逆變 電路120° （ 3 =60 。）150° （ 3 =30 。）2）電阻電感性負載關閉主電路電源，將“給定”輸出調到零（正給定Rp1逆時針旋到底）。 將電感串入負載電路中，電感 Ld在DJK02面板上，選用700mH按“啟動”按鈕，調節給定電位器，記錄”=0。、30°、60°及90。時整流電

18、壓Ud、晶閘管兩端電壓 Ut的波形，并記錄相應的 U數值于表2-1中。3 .三相橋式有源逆變電路關閉主電路電源，按圖 3-2接線，圖中電阻、電感與整流電路一致，三相不 控整流及三相心式變壓器在 DJK1堆件上，其中心式變壓器接成 Y/Y接法，三相電源 輸出接心式變壓器的高壓端 A、B、C,心式變壓器的中壓端 Am Bm Cn三相橋式 有源逆變電路的主電路。將DJK061q “給定”輸出調到零（正給定Rp1逆時針旋到底），將電阻器放 在最大阻值處。 按下“啟動”按鈕，調節給定電位器，使3角在30°90° （即&在1500 90° ）范圍內調節。用示波器觀察并

19、記錄 3 =30°、60°、90°時整流電壓Ud和晶 閘管兩端電壓UVt的波形，并記錄相應的 Ud數值于表2-1中。六、實驗報告（1）畫出電路的移相特性 Ud =f（ a）。（2）畫出 a =0°、30°、60°、90°、120°、150°時，整流電壓U、晶閘管兩端電壓LVTB勺波形。（3）分析如何解決主電路和觸發電路的同步問題？在本實驗中，主電路三相電源的相序可任意設定嗎？（4）在本實驗的整流及逆變時，對a角有什么要求？為什么？七、注意事項1 .本實驗主電路輸出直流電壓可以達到300V左右，要注意用電安

20、全。2 .示波器兩個探頭的基準線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的基準線不能同時接在同一電路的不同點位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發生電氣短路。當需要同時觀察兩個信號時， 必須在被測電路中找到這兩個信號的公共點， 將一個探頭的基準線接于此處（另一個探頭的基準線不接），兩探頭分別接至被測信號，這樣才能在示波器同時觀測兩個信號時，不發生意外。3 .在接通主電路前，必須先將控制電壓Ut調到最小（正給定 Rp1逆時針旋轉到底），且將負載電阻調至最大阻值處（電阻接入電路之前用萬用表測量后確認）； 接通主電路后，逐漸增加控制電壓，避免過流（注意 Id不得超過0.65A ）。4 .U2相電壓的測

21、量由DK0快流電壓表獲得。實驗五直流斬波電路的性能研究(六種典型線路)實驗性質綜合性試驗二、實驗目的1 .熟悉直流斬波電路的工作原理。2 .熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點。3 . 了解PW命制與驅動電路的原理及其常用的集成芯片。4 .掌握脈沖調制電路的測試及負載電壓波形的分析。三、實驗設備1 .天煌DJDK-2型電力電子技術及電機控制實驗裝置2 .萬用表3 .雙蹤示波器四、實驗電路及原理1、主電路降壓斬波電路(Buck Chopper)降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖5-1所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續流二極管。由圖5-1b中V的柵極電壓波形 Uge可知，當V處于通態

22、 時，電源Ui向負載供電，Ud=J。當V處于斷態時，負載電流經二極管D續流，電壓Ud近似為零，至一個周期 T結束，再驅動V導通，重復上一周期的過程。負 載電壓的平均值為：ton Ui =血5 =aui ton -toffT式中ton為V處于通態的時間，toff為V處于斷態的時間，T為開關周期，”為 導通占空比，簡稱占空比或導通比(妹ton")。由此可知，輸出到負載的電壓平均值 Uo最大為5,若減小占空比 a,則Uo隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故 稱該電路為降壓斬波電路。VUiC1R(a)電路圖(b)波形圖圖5-1降壓斬波電路的原理圖及波形升壓斬波電路(Boost Choppe

23、r)升壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖5-2所示。電路也使用一個全控型器件V。由圖5-2b中V的柵極電壓波形 Uge可知，當V處于通態時，電源 Ui向電感 Li充電，充電電流基本恒定為Ii,同時電容Ci上的電壓向負載供電，因Ci值很大,基本保持輸出電壓 Uo為恒值。設V處于通態的時間為ton,此階段電感 Li上積蓄 的能量為Uiliton。當V處于斷態時Ui和Li共同向電容Ci充電，并向負載提供能量。 設V處于斷態的時間為toff,則在此期間電感Li釋放的能量為(Uo-Ui) liton。當電路 工作于穩態時，一個周期T內電感Li積蓄的能量與釋放的能量相等，即：Uil iton = (U O-

24、U i) I itoffUo =915t offtoffUge 1UD IUo I(a)電路圖上式中的T/toff > i,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。(b)波形圖圖5-2升壓斬波電路的原理圖及波形2、控制與驅動電路控制電路以 SG3525為核心構成，SG3525為美國Silicon General公司生產的專 用PWM控制集成電路，其內部電路Z構及各引腳功能如圖5-7所示，它采用恒頻脈寬調制控制方案，內部包含有精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、 分頻器和保護電路等。調節Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相差、占空比可調的矩形波(即

25、 PWM信號)。它適用于各開關電源、！斬波器的控制。詳細的工作原理與性能指標可參閱相關的資料。3TIA- B uRI-imi43-LF13Da 丁圖5-7 SG3525芯片的內部結構與所需的外部組件四、實驗內容(1)控制與驅動電路的測試(2)六種直流斬波器的測試五、思考題(1)直流斬波電路的工作原理是什么？有哪些結構形式和主要元器件？(2)為什么在主電路工作時不能用示波器的雙蹤探頭同時對兩處波形進行觀 測？六、實驗方法1、控制與驅動電路的測試(1)啟動實驗裝置電源，開啟 DJK20控制電路電源開關。(2)調節PWM脈寬調節電位器改變 Ur,用雙蹤示波器分別觀測SG3525的第11腳與第14腳的

26、波形，觀測輸出 PWM信號的變化情況，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比()(3)用示波器分別觀測 A、B和PWM信號的波形，記錄其波形、頻率和幅值, 并填入下表。觀測點A(11 腳)B(14 腳)PWM波形類型幅值A (V)頻率f (Hz)(4)用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測11腳和14腳的輸出波形，調節PWM脈寬調節電位器，觀測兩路輸出的PWM信號，測出兩路信號的相位差，并測出兩路PWM信號之間最小的“死區”時間。2、直流斬波器的測試(使用一個探頭觀測波形)斬波電路的輸入直流電壓 Ui由三相調壓器輸出的單

27、相交流電經 DJK20掛箱上 的單相橋式整流及電容濾波后得到。 接通交流電源，觀測Ui波形，記錄其平均值(注: 本裝置限定直流輸出最大值為 50V,輸入交流電壓的大小由調壓器調節輸出 )。按下列實驗步驟依次對六種典型的直流斬波電路進行測試。(1)切斷電源，根據 DJK20上的主電路圖，利用面板上的元器件連接好相應的斬波實驗線路，并接上電阻負載，負載電流最大值限制在200mA以內。將控制與驅動電路的輸出“ V-G”、“V-E”分別接至V的G和E端。(2)檢查接線正確，尤其是 電解電容的極性是否接反 后，接通主電路和控制電 路的電源。(3)用示波器觀測PWM信號的波形、Uge的電壓波形、Uce的電

28、壓波形及輸出 電壓Uo和二極管兩端電壓 Ud的波形，注意各波形間的相位關系。(4)調節PWM脈寬調節電位器改變 Ur,觀測在不同占空比(“)時，記錄 5、 Uo和“的數值于下表中，從而畫出U0=f( “ )的關系曲線。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比0(%)Ui(V)Uo(V)七、實驗報告(1)分析圖4-20中產生PWM信號的工作原理。(2)整理各組實驗數據繪制各直流斬波電路的Ui/Uo-a曲線，并作比較與分析。(3)討論、分析實驗中出現的各種現象。八、注意事項(1)在主電路通電后，不能用示波器的兩個探頭同時觀測主電路元器件之間的 波形，否則會造成短路。(2)用示波器

29、兩探頭同時觀測兩處波形時，要注意共地問題，否則會造成短路， 在觀測高壓日應衰減 10倍，在做直流斬波器測試實驗時，最好使用一個探頭。ClocKxJ K QL L QH L HL H Lh " q實驗六單相并聯逆變電路一、實驗性質綜合性試驗二、實驗目的1 .熟悉由GTR組成的單相并聯逆變電路的工作原理。2 . 了解GTR勺驅動和保護。3 .掌握無源逆變電路的調試及負載電壓、電流參數和波形測量。三、實驗設備1 .高自EACH I型電力電子與自控系統實驗裝置2 .萬用表3 .雙蹤示波器四、實驗電路及工作原理實驗電路如圖6.1所示。電路分 為兩部分，分別為脈沖發生電路（控 制電路）和逆變電路（主回路）兩部 分構成。1.脈沖發生電路由555定時器構成的電路是一個 多諧振蕩器。調節電位器RP即可調 節輸出方波信號的頻率。此電路改變 頻率時，占空比也會改變。圖6.1中JK觸發器的工作原理是 在時鐘信號CLK下降沿處翻轉，其輸 出端Q的信號與輸入端 J、K信號的 關系由圖4.2中的真值表給出。試驗 中，由JK觸發器構成整形電路，以保證V3和V4中，只能有一個處于導通狀態，防止 逆變失敗（如果V3和V4同時都導通，那么在變壓器 二次側就沒有交流電壓輸出，即