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电力电子实验指导书完全版

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2020年4月19日
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电力电子技术实验指导书

目 录

实验一 单相半波可控整流电路实验 1
实验二 三相桥式全控整流电路实验 4
实验三 单相交流调压电路实验 7
实验四 三相交流调压电路实验 9
实验装置及控制组件介绍 11

实验一 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各元件的作用；
2. 对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的工作做全面分析；
3. 了解续流二极管的作用；
二、实验线路及原理
熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及线路图,了解各点波形形状。将单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”端接至晶闸管的门极和阴极，即构成如图1-1所示的实验线路。

图1-1 单结晶体管触发的单相半波可控整流电路

三、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察；
3. 单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2=f（α）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；
四、实验设备
1. 电力电子实验台
2. RTDL09实验箱
3. RTDL08实验箱
4. RTDL11实验箱
5. RTDJ37实验箱
6. 示波器；
7. 万用表；
五、预习要求
1. 了解单结晶体管触发电路的工作原理，熟悉RTDL09实验箱；
2. 复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握在接纯阻性负载和阻感性负载时，电路各部分的电压和电流波形；
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. 单相桥式半波可控整流电路接阻感性负载时会出现什么现象？如何解决？
七、实验方法
1．单相半波可控整流电路接纯阻性负载
调试触发电路正常后，合上电源，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压波形UVT，调节电位器RP1，观察α=30o、60o、90o、120o、150o、180o时的Ud、UVT波形，并测定直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表1-1中。

表1-1
α
30o
60o
90o
120o
150o
180o
U2

Ud（记录值）

Ud/ U2

Ud（计算值）

2．单结晶体管触发电路的调试
RTDL09的电源由电源电压提供（下同），打开实验箱电源开关，按图1-1电路图接线，负载为RTDJ37实验箱，选择最大的电阻值，调节移相可变电位器RP1，用示波器观察单结晶体管触发电路的输出电压波形（即用于单相半波可控整流的触发脉冲）。

4．单相半波可控整流电路接电阻电感性负载
将负载改接成阻感性负载（由滑动变阻器Rd与平波电抗器串联而成，RTDL08实验箱提供电感）。不接续流二极管VD，在不同阻抗角（改变Rd的电阻值）情况下，观察并记录α=30o、60o、90 o、120o时的Ud及UVT的波形。

接入续流二极管VD，重复上述实验，观察续流二极管的作用记录于下表1-2中。计算公式：Ud=[0.45*U2*（1+cosα）]/2

表1-2
α
30o
60o
90o
120o
150o
180o
U2

Ud（记录值）

Ud/ U2

Ud（计算值）

八、实验报告
1. 画出α=90o时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形；
2. 分析实验中出现的现象，写出体会。
九、注意事项
1. 在本实验中，触发脉冲是从外部接入RTDL08面板上晶闸管的门极和阴极，此时，应将所用晶闸管对应的触发脉冲开关拨向“断开”位置；
2. 实验报告及时上交；
3. 波形图注意横纵坐标（时间，电压）单位；
4. 实验完毕整理好导线及挂箱；
5. 先关闭电源再记录波形；
6. 实验台小蓝本实验情况记录；
7. 注意万用表的使用贯穿整个实验！！！测量电流和电压测量方法不同，防止短路。

实验二 三相桥式全控整流电路实验
一、实验目的
1. 加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理；
2. 了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。
二、实验线路及原理
实验线路如下图所示。主电路由三相全控变流电路；触发电路为RTDL08中的集成触发电路，由KC04、KC41、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流电路的工作原理以及集成触发电路的原理可参考电力电子技术教材的有关内容。

图2-1 三相桥式全控整流电路及三相有源逆变电路

三、实验内容
1. 三相桥式全控整流电路带大电感负载；
2. 观察整流状态下，模拟电路故障现象时的各电压波形。
四、实验设备
1. 电力电子实验台
2. RTDL08实验箱
3. RTDL11实验箱
4. RTDJ37实验箱
5. 示波器；
6. 万用表。
五、预习要求
1. 阅读电力电子技术教材中三相桥式全控整流电路的有关内容，掌握三相桥式全控整流电路带大电感负载时的工作原理；
2. 学习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
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能任意确定吗？
七、实验方法
1. RTDL08的调试
（1） 观察电源控制屏上三相交流电源的电压表指示值，三相是否平衡。
（2） 将示波器探头接到“脉冲观察孔”和“锯齿波观察孔”，观察6个触发脉冲；
（3） 将RTDL08面板上的UIf（当三相桥式全控变流电路使用正桥VT1-VT6时）接地，将正组桥触发脉冲的6个开关拨到“接通”，用示波器观察晶闸管的门极与阴极的触发脉冲是否正常。
2. 三相桥式全控整流电路
（1） 纯电阻性负载
按图接线，接电源三相，相电压小于55V；同时，将负载电阻Rd调整到最大值，。用示波器观察并记录α=30o，60o，90o时整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的Ud、UVT数值于下表2-1中。
表2-1
α
0o
30o
60o
90o
120o
UVT

Ud（记录值）

Ud（计算值）

计算公式：Ud=2.34*U2*cosα （α≤60o）
Ud=2.34*U2*[1+cos（π/3 + α）] （α>60o）
（2） 阻感性负载
将负载变为阻感性负载（电感由RTDL08实验箱提供），用示波器观察并记录α=30o，60o，90o时整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形，并记录相应的Ud、UVT数值于下表2-2中。
表2-2
α
0o
30o
60o
90o
UVT

Ud（记录值）

Ud（计算值）

计算公式：Ud=2.34*U2*cosα

（3） 模拟故障现象
当α=60o时，将示波器所观察的晶闸管的触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，或将“UIf”端的接地线断开，模拟晶闸管失去触发的故障，观察并记录这时的Ud、UVT的变化情况。
八、实验报告
1. 画出电路的移相特性Ud=f（α）；
2. 画出α=30o，60o，90o，120o时的整流电压Ud和晶闸管两端电压UVT的波形；
九、注意事项
1. 结束实验时，应先将电压表与电路分离，将电流表用线短接掉，以防止仪表的损坏；
2. 电源控制屏的电压指针不精确，需要使用万用表；
3. 实验报告及时上交；
4. 波形图注意横纵坐标（时间，电压）单位；
5. 实验完毕整理好导线及挂箱；
6. 先关闭电源再记录波形；
7. 实验台小蓝本实验情况记录。

实验三 单相交流调压电路实验
一、实验目的
1. 加深理解单相交流调压电路的工作原理；
2. 加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；
3. 了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。
二、实验线路及原理
本实验采用了KC05晶闸管移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。
单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，图3-1为其原理图。

图3-1 单相交流调压主电路

三、实验内容
1. KC05集成移相触发电路的调试；
2. 单相交流调压电路带纯阻性负载；
3. 单相交流调压电路带阻感性负载。
四、实验设备
1. 电力电子实验台
2. RTDL08实验箱
3. RTDL09实验箱
4. RTDJ37实验箱
5. 示波器
6. 万用表
五、预习要求
1. 阅读电力电子技术教材中有关交流调压器的内容，掌握交流调压器的工作原理；
2. 学习有关单相交流调压器及其触发电路的内容，了解KC05晶闸管触发芯片的工作原理及在单相交流调压电路中的应用。
六、思考题
1. 交流调压器在带电感性负载时可能会出现什么现象？为什么？如何解决？
2. 交流调压器有哪些控制方式？应用场合有哪些？
七、实验方法
1. KC05集成晶闸管移相触发器调试
连接单相交流调压电路后，打开RTDL09电源开关，即将同步变压器的同步电压接入电路；用示波器观察Ug1、Ug2的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率能否变化；调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到180o。
2. 单相交流调压器带纯阻性负载
将RTDL08面板上的两个晶闸管反并联而构成交流调压器，将RTDL09上单相交流调压触发器的输出脉冲端“G1”、“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极，接上电阻性负载；用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压UVT的波形。调节电位器RP2，观察不同α角时各点波形的变化；并记录α=60o,90o,120o时的波形。
3．单向交流调压器接阻感性负载
断开电源，改接阻感性负载。合上电源，用示波器同时观察负载电压u；调节Rd的数值，使阻抗角Ψ为一定值；观察在不同α角时波形的变化情况，记录α>Ψ、α=Ψ、α<Ψ三种情况下负载两端电压u的波形。
八、实验报告
1. 整理、画出实验中记录下的各类波形；
2. 分析电阻电感负载时，α角与Ψ角相应关系的变化时调压器工作的影响；
3. 分析实验中出现的各种问题。
九、注意事项
1. 实验报告及时上交；
2. 波形图注意横纵坐标（时间，电压）单位；
3. 实验完毕整理好导线及挂箱；
4. 先关闭电源再记录波形；
5. 实验台小蓝本实验情况记录。
实验四 三相交流调压电路实验
一、实验目的
1. 加深理解三相交流调压电路的工作原理；
2. 了解三相交流调压电路带不同负载时的工作原理；
3. 了解三相交流调压电路触发电路的工作原理。
二、实验线路及原理
本实验采用的三相交流调压器为三相三线制，由于没有中线，每相电流必须从另一相流出以构成回路。交流调压器应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。实验装置中使用后沿固定、前沿可变的宽脉冲链。实验线路如图4-1所示。
4-1三相交流调压主电路原理图

三、实验内容
1. 三相交流调压器触发电路的调试
2. 三相交流调压电路带纯阻性负载
四、实验设备
1. 电力电子实验台
2. RTDL08实验箱
3. RTZN08(交流电流表)
4. RTDJ
5. 示波器
6. 万用表
五、预习要求
1. 阅读教材中有关交流调压器的内容，掌握交流调压器的工作原理；
2. 了解如何使三相可控整流电路的触发电路适用于三相交流调压电路。
六、实验方法
1. 主控制屏调试及开关设置
（1） 开关设置： RTDL08的触发脉冲指示：“宽”；Ⅱ桥工作状态指示：“其它”。
（2） 在“双脉冲”观察孔中观察后沿固定、前沿可调的宽脉冲链（同三相桥式全控整流电路的实验）。
2. 三相交流调压器带电阻性负载
使用正桥晶闸管VT1~VT6，按图3-10连成三相交流调压器主电路，其触发脉冲已经过内部连线接好，只要将正桥触发脉冲的6个开关拨至“接通”，“UIf”端接地即可。接上三相电阻负载，接通电源，用示波器观察并记录α=0°、30°、60°、90°、120°、150°时的输出电压波形，并记录相应的输出电压有效值添入下表4-1中。
表4-1
α
0°
30°
60°
90°
120°
150°
U

七、实验报告
1. 整理并画出实验中记录下的波形；
2. 讨论、分析实验中出现的各种问题。

八、注意事项
1. 实验报告及时上交；
2. 波形图注意横纵坐标（时间，电压）单位；
3. 实验完毕整理好导线及挂箱；
4. 可先关闭电源实验台电源再记录波形（利用示波器保存功能）；
5. 实验台小蓝本实验情况记录。
实验装置及控制组件介绍
1．RTDL 03 变压器实验箱
该变压器为芯式变压器，有2套副边绕组，原、副边绕组的额定电压分别为220V／110V／55V(Y／Y／Y)。该装置还包括一个逆变变压器和一个三相全波不控整流桥。
2．RTDL 08三相变流桥路
a．该实验箱装有12只晶闸管，其中SCR1~SCR6为正组桥，SCR1~SCR6为反组桥，所有晶闸管均配有阻容吸收、熔丝保护。
触发电路采用三片KC04、一片KC41和一片KC42，能输出双窄脉冲或宽脉冲序列。触发脉冲经过钮子开关连到晶闸管的门极与阴极，正、反组脉冲功放电路分别由UIf、UIr控制，将UIf接地则正组桥接入触发脉冲，将UIr接地，则反组桥接入触发脉冲。UIf和UIr悬空时，无触发脉冲输出。触发电路可经过钮子开关切换分别输出宽脉冲和双窄脉冲。面板上设有脉冲观察孔，当输出为窄脉冲时，可观察到互差60゜的双窄脉冲。当输出为宽脉冲时，可观察到后沿固定、前沿可变的脉冲链。面板上电位器RP用于调节偏移电压，移相控制端UCT接直流电压用于调节导通角大小。
单向交流调功电路触发电路，原理如下图。
电路左半部分是一个矩形波发生器: 当调节RP时，可得到占空比可变的矩形波。 矩形波信号加到光耦合双向可控硅，当调节矩形波的占空比，就可调节双向可控硅的导通的时间，将两个输出端接到两只反并联的可控硅的门极，就构成强触发的过零触发电路。

3．RTDL09晶阐管触发电路实验箱
该挂件包括了单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路、单相并联逆变触发电路，共五种晶闸管触发电路。
（1） 单结晶体管触发电路
原理图如图2-14所示。单结晶体管T3、整流稳压环节及由T1、T2等组成的等效可变电阻组成。由同步变压器副边输出60V的交流同步电压Ur，经VD1半波整流，再由稳压管DW1、DW2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波经过R4、T2向电容C2充电，由于单结晶体管具有负阻特性，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管T3导通，从而经过脉冲变压器输出脉冲。同时C2经T3放电，由于时间常数很小，UC2很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv， T3重新关断，C2再次充电。每个梯形波周期内， T3可能导通、关断多次，但只有第一个输出脉冲起作用。电容C2的充电时间常数由等效电阻等决定，由RP1来调节。
（2） 正弦波同步移相触发电路
原理图如图2-15所示。正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲形成与放大等环节组成，同步信号由同步变压器提供。晶体管T1左边部分为同步移相环节，在T1的基极综合了同步信号电压UT、偏移电压Ub及控制电压Uct，RP1可调节Uct，RP2调节Ub。调节Uct可改变触发电路的控制角α。脉冲形成环节是一集基耦合单稳态脉冲电路， T2的集电极耦合到T3的基极， T3的集电极经过C4、RP3耦合到T2的基极。当同步移相环节送出负脉冲时，使单稳电路翻转，从而输出脉宽可调的触发脉冲。
（3） 锯齿波同步移相触发电路
原理图如图2-16所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形脉冲放大等环节组成。
由T1、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由T1等元件组成的恒流源电路及T2、T3、C2等组成锯齿波形成环节。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压Ut在T4基极叠加，从而构成移相控制环节。T5、T6构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。
（4） 单相交流调压触发电路
原理图如图2-17所示。单相交流调压触发电路采用了KC05集成晶闸管移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或反并联晶闸管电路的交流相位控制，有失交保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发电路。KC05的内部原理结构请查阅有关资料。
（5） 单相并联逆变器触发电路
原理图如图2-18所示。单相并联逆变器触发电路以LM555集成时基电路为基础振荡电路，经过JK触发器（4095）二分频后得到相位相差180º的触发脉冲，经T2、T3功率放大后交替触发主电路中的两个晶闸管。
振荡电路的振荡频率由电位器RP1调节，频率可在30-160Hz之间变化。LM555的输出“3”端接T1，使信号放大，并将LM555的5V电源过渡到4095芯片的15V电源系统。JK触发器输出为相位相差180º的脉冲。

4．RTDL 11给定负载及吸收电路实验箱
给定：输出0到±15V连续可调的直流电压。
压敏电阻：作为过压保护元件，内部已连成三角形接法。 二极管：有四个二极管配合完成各种实验。