实验一 锯齿波同步移相触发电路 一、实验目的 1、加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 2、掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。 二、实验所需挂件及附件 实验装置电源控制屏操作说明 DJDK-1型实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能完成《电力电子技术》课程所开设的主要实验。 电源控制屏如图1.2所示，它主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用；在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W日光灯。 1、三相电网电压指示 三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相、欠压情况，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。 2、电源控制部分 它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出。 3、三相主电路输出 三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调速电源选择开关”控制，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相附近装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器可测定主电源输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。 4、励磁电源 在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”侧，则励磁电源输出为220V的直流电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护，由于励磁电源的容量有限，仅作为直流电机提供励磁电流。 5、面板仪表 面板下部设置有±300V数字式直流电压表和±5A数字式直流电流表，精度为0.5级；面板上部设置有500V真有效值交流电压表和5A真有效值交流电流表，精度为0.5级。 表2.1锯齿波同步移相触发电路实验所需挂件及附件 序号 型　　号 备　注  1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。  2 DJK03-1 晶闸管触发电路 该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块。  3 双踪示波器   三、实验线路及原理 锯齿波同步移相触发电路的功能是在晶闸管承受正向电压时向其提供触发脉冲，且触发脉冲的出现时刻可调。 锯齿波同步移相触发电路由同步电压检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成。通过同步电压检测环节，触发电路可感知当前晶闸管所承受电压的极性，即了解当前是否可发触发脉冲；同步电压环节的输出信号影响控制电容充放电的三极管，使其在同步电压负半波时截止，恒流源向电容充电，电容电压线性上升，形成锯齿波，在同步电压为正半波后导通，电容迅速放电，如此锯齿波的幅值就代表了正弦波的电角度；在移相控制段锯齿波和直流电压叠加，如结果大于0.7v，则三极管导通，控制此直流电压的大小即可导通时间；在脉冲形成段，把三极管集电极的信号送微分电路，从中取出负跳变并整形，从而得到触发脉冲；以上脉冲经功率放大再通过脉冲变压器输出到晶闸管。 电位器RP1影响锯齿波斜率，RP2调节移相角，RP3确定RP2输出电压为“零”时的相位角，起类似运算放大器之调零电位器的作用。 四、实验内容 1、锯齿波同步移相触发电路的调试。 2、锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。 五、实验方法和步骤 1、 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（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V(10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏）。用两根导线将200V交流线电压接到DJK03-1的“外接220V”端为挂件提供电源，并为触发电路引入同步信号。按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作。 1、用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。 (1)同时观察同步电压引入端和测试点①的电压波形，了解其形成的原因。 (2)观察测试点①和②的电压波形，了解锯齿波宽度和①点电压波形的关系。 (3)调节电位器RP1，观测②点锯齿波斜率的变化。 (4)观察③～⑥点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较③点和⑤点波形间的对应关系。 2、调节触发脉冲的移相范围 将控制电压Uct调至零(电位器RP2顺时针旋到底)，观察同步电压信号及⑥点的波形，调节偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α=180°，其波形如图2.1所示。 3、调节Uct（即电位器RP2）使α=60°，观察并记录①～⑥点及输出“G、K”之间脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在表2.2中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。 六、演示内容 1、电源的连接。 2、用示波器观察并讲解触发电路各测试点的波形。 3、演示影响脉冲移相范围的因素。 4、移相角度测量方法介绍。 七、实验报告要求 1、整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。 2、总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=0的条件下，使α=90°，如何调整？ 3、讨论、分析实验中出现的各种现象。 4、分析影响锯齿波宽度、脉冲宽度之电阻和电容的特性和作用。 2.2 实验二 三相半波可控整流电路 一、实验目的 1、了解三相半波可控整流电路的工作原理， 2、研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作情况。 二、实验所需挂件及附件 DJK02挂件有两套“三相晶闸管全控桥”，无特殊要求一般就选用“正组桥”，其所需的触发脉冲来自其上方的40芯插座。 DJK02-1可为正、反两组桥的晶闸管提供12路触发脉冲。A、B、C三相同步电压来自DJK02挂件，分别送至3个KC04 IC，每个KC04 IC送出相差180°的两路脉冲；这些脉冲再由环行脉冲分配器添加补脉冲，最后经放大后送出。 D42的可调电阻额定电流仅0.4A，故为完成实验，至少需两电阻并联。通电前，电阻调至最大。 示波器虽有两个探头，但两探头在仪器内部是“共地”的，故测量控制回路信号时一般接“电源地”，测量主回路波形时注意示波器地线的连接。 表2.3 三相半波可控整流电路实验 序号 型　　　号 备　　注  1 DJK01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。  2 DJK02晶闸管主电路 该控制屏包含两个“三相晶闸管全控桥”。  3 DJK02-1三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路”，“正桥触发脉冲功放”，“反桥触发脉冲功放” 等几个模块。  4 DJK06给定及实验器件 该挂件包含“给定”以及“开关”等模块。  5 D42三相可调电阻   6 双踪示波器   7 万用表   三、实验线路及原理 三相半波可控整流电路用了三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输出功率大。不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流各相在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率较低。 四、实验内容 1、研究三相半波可控整流电路带电阻性负载。 2、研究三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。 五、实验方法 1、触发电路调试 (1)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。 (2)将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 (3)用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“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。 (4)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。 (5)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，并用导线将两挂件的“地”连在一起。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“单脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=150°。 (6)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。 (7)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”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。 2、三相半波可控整流电路带电阻性负载 按图2.2接线，将D42电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，DJK06上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使α能从30°到150°范围内调节，用示波器观察并纪录α=30°、60°、90°、120°、150°时整流输出电压Ud和晶闸管VT1两端的电压波形，并记录相应的电源电压U2及Ud的数值。 3、三相半波整流带电阻电感性负载 将DJK02上700mH的电抗器与负载电阻R串联后接入主电路，观察不同移相角α时Ud、Id的输出波形，并记录相应的电源电压U2及Ud、Id值于表2.5中，记录α＝90o时的Ud及Id波形图。 六、演示内容 1、移相角的确定。 2、主回路波形的观察和示波器参考点的选取。 七、实验报告 绘出当α＝90o时，整流电路负载分别为电阻性、电阻电感性时的Ud及Id波形，并进行分析讨论。 2.3 实验三 三相桥式相控整流及有源逆变电路 一、实验目的 1、加深理解三相桥式相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、实验所需挂件及附件 表2.6 三相桥式相控整流及有源逆变电路用仪器、设备 序号 型　　 　号 备　　　注  1 DJK01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。  2 DJK02晶闸管主电路 该控制屏包含两个“三相晶闸管全控桥”。  3 DJK02-1三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。  4 DJK06 给定及实验器件 该挂件包含“二极管”以及“开关” 等几个模块。  5 DJK10 变压器实验 该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。  6 D42　三相可调电阻   7 双踪示波器   8 万用表   三、实验线路及原理 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。 R用D42三相可调电阻，将两个900Ω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DJK01提供。 在三相桥式有源逆变电路中，所需电阻、电感与整流的一致，而三相不可控整流及芯式变压器均在DJK10挂件上，其中芯式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接芯式变压器的中压端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。 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、实验方法 1、触发电路调试 （1）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。 （2）将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 （3）用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“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。 （4）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。 （5）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，并用导线将两挂件的“地”连在一起。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“单脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=120°。 （6）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。 （7）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”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6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2.3接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使D42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α角在30°～120°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α=30°、60°、90°时的整流电压Ud和晶闸管VT1两端电压波形，并记录相应的Ud数值。 3、三相桥式有源逆变电路 按图2.4接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，将D42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β角在30°～90°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β=30°、60°、90°时的电压Ud和晶闸管VT1两端电压波形，并记录相应的Ud数值。 (4)故障现象的模拟 当β=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。 六、演示内容 1、移相角的测试方法。 七、实验报告 1、画出电路的移相特性Ud =f(α)。 2、画出触发电路的传输特性α=f(Uct)。 3、画出α=30°、60°、90°时的整流电压Ud和晶闸管两端电压的波形。 4、简单分析模拟的故障现象。 八、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、连接有源逆变电路时，注意电源的极性。 3、观察主回路元器件波形时，注意示波器地线的连接，参见实验二。 2.4 实验四 直流斩波电路的性能研究 一、实验目的 1、熟悉直流斩波电路的工作原理。 2、熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。 3、了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 二、实验所需挂件及附件 表2.9 直流斩波电路所需仪器、设备 序号 型 号 备 注  1 DJK01 电源控制屏   2 DJK09 单相调压与可调负载 含“自耦调压器”和“单相整流桥”  3 DJK20 直流斩波电路 含“直流斩波电路”和“单相整流桥”  4 D42　三相可调电阻   5 示波器   6 万用表   三、实验线路及原理 1、主电路连接框图 图2.5 升降压斩波电路主电路框图 四、实验内容 1、控制与驱动电路的测试。 2、降压斩波(Buck Chopper)直流斩波器的测试 3、升压斩波(Boost Chopper) 直流斩波器的测试 4、升降压斩波(Boost-Buck Chopper) 直流斩波器的测试 五、实验方法 1、控制与驱动电路的测试 (1)启动实验装置电源，开启DJK20控制电路电源开关。 (2)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，用双踪示波器分别观测SG3525的第11脚与第14脚的波形，观测输出PWM信号的变化情况。 (3)用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值。 (4)用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM信号，测出两路信号的相位差，并测出两路PWM信号之间最小的“死区”时间。 2、直流斩波器的测试(使用一个探头观测波形) 斩波电路的输入直流电压Ui由三相调压器输出的单相交流电经DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源，观测Ui波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输出最大值为50V，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。 按下列实验步骤依次对三种典型的直流斩波电路进行测试。 (1)切断电源，根据DJK20上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，并接上电阻负载，负载电流最大值限制在200mA以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、“V-E”分别接至V的G和E端。 (2)检查接线正确，尤其是晶体管、二极管和电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。 (3)用示波器观测PWM信号的波形、UGE的电压波形、UCE的电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压UD的波形，注意各波形间的相位关系。 (4)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，观测在不同占空比(D)时，记录Ui、UO和D的数值于下表中，从而画出UO=f(D)的关系曲线。 六、演示内容 1、IC占空比和PWM占空比的关系及测试 七、实验报告 1、分析图4-20中产生PWM信号的工作原理。 2、整理各组实验数据绘制各直流斩波电路的UO＝f(D)曲线，并作比较与分析。 3、讨论、分析实验中出现的各种现象。 八、注意事项 1、主回路通电前，自耦调压器回“零”位。通电后，监视斩波输入电压表的读数，调节变压器手柄将电压升到40V。 2、注意斩波器主回路晶体管、二极管和电解电容的极性，且勿接反。 3、示波器使用注意事项参见实验二。