天煌实验台配套指导书

前言 实验的基本要求

《电力电子技术》是电气工程及其自动化、自动化等专业的三大电子技术基础课程之一，而《电力拖动自动控制系统》又是其这些专业的重要专业课程之一，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等多个方面，而实验环节是这些课程的重要组成部分。通过实验，可以加深对理论的理解，培养和提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力。

一 实验的特点和要求

电力电子技术和电力拖动控制系统实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。该实验是理论教学的重要的补充和继续，而理论教学则是实验教学的基础。学生在实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力；同时通过实验来验证理论，促使理论和实践相结合，使认识不断提高、深化。具体地说，学生在完成指定的实验后，应具备以下能力:

（1）掌握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。

（2）熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能及使用方法。

（3）掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法。 （4）能设计交、直流电机控制系统的具体实验线路，列出实验步骤。

（5）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题。 （6）能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。

二 实验前的准备

实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习，从而提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验要求，甚至有可能损坏实验装置。因此，实验前应做到：

（1）复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。

（2）阅读本教材中的实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验系统 的工作原理和方法；明确实验过程中应注意的问题。

（3）写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等。

三 实验实施

在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点：

(1) 实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。

(2) 指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能与使用方法。

(3) 按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠，各人的任务应在实验进行中实行轮换，以便实验参加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。

(4) 按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况下，接线次序为先主电路，后控制电路；先串联，后并联。在进行调速系统实验时，也可由2人同时进行主电路和控制电路的接线。

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(5) 完成实验系统接线后，必须进行自查。串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确;并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用2根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。

(6) 实验时，应按实验教材所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。除作阶跃启动试验外,系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位；测试记录点的分布应均匀；改接线路时，必须断开主电源方可进行。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论相一致。

(7) 完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。

四 实验总结

实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象、撰写实验报告。每位实验参与者都要完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而是用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。

实验报告的一般格式如下:

(1)实验名称、专业、班级、实验学生姓名、同组者姓名和实验时间。 (2)实验目的、实验线路、实验内容。

(3)实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。

(4)实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。 (5)画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。

(6)用理论知识对实验结果进行分析总结，得出明确的结论。

(7)对实验中出现的某些现象、遇到的问题进行分析、讨论，写出心得体会，并对实验提出自己的建议和改进措施。

(8)实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。

(9)每次实验每人完成一份报告，按时送交指导教师批阅。

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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．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。 4．了解续流二极管的作用。

二．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波形的观察。 3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。

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。

三、实验所需挂件及附件

序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK03 晶闸管触发电路 DJK06 给定及实验器件 D42 三相可调电阻 双踪示波器 万用表 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。 该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。 该挂件包含“二极管”以及“开关”等几个模块。 四、实验线路及原理

将DJK03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），图中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω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。

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图3-3 单相半波可控整流电路

五、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波形的观察。 3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。

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。

六、实验方法

(1)单结晶体管触发电路的调试

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DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03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30°～170°范围内移动?

(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，调节电位器RP1，观察α =30°、60°、90°、120°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。

α U2 30° 60° 90° 120° Ud（记录值） Ud/U2 Ud（计算值） Ud=0.45U2(1+cosα)/2

(3)单相半波可控整流电路接电阻电感性负载

串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变Rd数值）情况下，观察并记录=30O、60O、90O、120O 时的Ud、Uvt的波形。注意调节Rd时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。

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（4）接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。

七、实验报告

1．画出触发电路在α=90°时1，3，5，6各点以及GK两端的波形。 2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t）波形。

3．分别画出电阻、电感性负载下，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t）的波形（α=90°），并对两者波形进行分析比较。

4．画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）曲线，并与Ud0.45U25．分析续流二极管的作用。

1cos2进行比较。

八、注意事项

1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。

2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：

（1）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。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。 （3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。

（4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。

（5）在实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板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。

3． 使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。

九．思考

1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？ 2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？

3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？

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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、实验所需挂件及附件 序号 1 2 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。 3 4 DJK02-1三相晶闸管触发电路 DJK06 给定及实验器件DJK02-1三相晶闸管触发电路 D42 三相可调电阻 双踪示波器 万用表 该挂件包含“二极管”以及“开关” 等几个模块。 5 6 7 三、实验线路及原理

实验线路如图1-1所示。主电路由三相全控整流电路组成，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。集成触发电路的原理和三相桥式整流电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。

图中的R利用D42三相可调电阻器，将两个900Ω电阻并联；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。

四、实验内容

(1) 三相桥式全控整流电路。

(2) 在全控整流状态下，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。

图 1-1 三相桥式全控整流电路实验原理图

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五、预习要求

(1)阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。 (2)学习有关集成触发电路的内容，掌握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可任意设定吗?

(2)在本实验的整流时，对α角有什么要求？为什么?

七、实验方法

(1)DJK02和DJK02-1上的“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，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“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=90°。

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（六路脉冲互差60°，双脉冲之间距离相等）。

(2)三相桥式全控整流电路

按图1-1接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使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°～90°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和晶闸管两端电压Uvt的波形。

(3)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。

八、实验报告

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(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) 画出三相桥式全控整流电路时，角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形；。 (4)简单分析模拟的故障现象。

九、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）双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

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实验三 直流斩波电路实验

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 序号 1 2 3 4 5 6 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK09 单相调压与可调负载 DJK20 直流斩波电路 D42 三相可调电阻 示波器 万用表 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 三、实验线路及原理

1、主电路

①、降压斩波电路(Buck Chopper)

降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图3-1所示。

+UiCE+L1UD-C1+RUo-VGD-

(a)电路图

toffUGE tont TUD

Uit UOt

(b)波形图

图3-1 降压斩波电路的原理图及波形

图中V为全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。由图3-1(b)中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

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UotontUionUiaUitontoffT式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，

简称占空比或导通比(α=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。

②、升压斩波电路(Boost Chopper)

升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图3-2所示。

+UiI1L1GC-UDVDC1++RUo-

-E(a) 电路图

UGEUDtUOtt

(b)波形图

图3-2 升压斩波电路的原理图及波形

电路也使用一个全控型器件V。由图3-2(b)中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向电感L1充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C1上的电压向负载供电，因C1值很大，基本保持输出电压UO为恒值。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L1上积蓄的能量为UiI1ton。当V处于断态时Ui和L1共同向电容C1充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为(UO-Ui) I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：

UiI1ton=(UO-Ui) I1toff

tontoffTUoUi Uitofftoff

上式中的T/toff≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

③、升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper) 升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图3-3所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源Ui经V向电感L1供电使其贮存能量，同时C1维持输出电压UO基本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为： tontonaUoUiUiUi

toffTton1a- 10 -

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若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压。

+Ui-CEG-L1VUD+DC1-RUo+

(a) 电路图

UGEUDtUOtt

(b) 波形图

图3-3 升降压斩波电路的原理图及波形

④、Cuk斩波电路

Cuk斩波电路的原理图如图3-4所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，Ui—L1—V回路和负载R—L2—C2—V回路分别流过电流。当V处于断态时，Ui—L1—C2—D回路和负载R—L2—D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：

ttaUoonUionUiUi

toffTton1a

若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压。

+Ui-L1GEC-C2VDL2C1RUo+

图3-4 Cuk斩波电路原理图

⑤、Sepic斩波电路

Sepic斩波电路的原理图如图3-5所示。电路的基本工作原理是：可控开关V处于通态时，Ui—L1—V回路和C2—V—L2回路同时导电，L1和L2贮能。当V处于断态时，Ui—L1—C2—D—R回路及L2—D—R回路同时导电，此阶段Ui和L1既向R供电，同时也向C2充电，C2贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为：

ttaUoonUionUi UitoffTton- 11 -

1a电力电子技术/拖动控制系统实验指导书

若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压。

+Ui-L1GEC+C2VL2DC1RUo-

图3-5 Sepic斩波电路原理图

⑥、Zeta斩波电路

Zeta斩波电路的原理图如图3-6所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于 通态时，电源Ui经开关V向电感L1贮能。当V处于断态后，L1经D与C2构成振荡回路，其贮存的能量转至C2，至振荡回路电流过零，L1上的能量全部转移至C2上之后，D关断，C2经L2向负载R供电。输出电压为：

UoaUi 1a+Ui-CEG+C2L2DC1RUo-

VL1图3-6 Zeta斩波电路原理图

若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压。

2、控制与驱动电路

控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图3-7所示，

图3-7 SG3525芯片的内部结构与所需的外部组件

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它采用恒频脉宽调制控制方案，内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大 器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、 频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。

四、实验内容

（1）控制与驱动电路的测试 （2）六种直流斩波器的测试

五、思考题

(1)直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？

(2)为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？

六、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，并填入下表。 Ur(V) 11(A)占空比(%) 14(B)占空比(%) PWM（VG-VE）占空比(%) (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，并填入下表。 观测点 波形类型 幅值A (V) 频率f (Hz) A(11脚) B(14脚) PWM 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5 (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六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，负载电流最大值在200mA以内。将控制与驱动电路的输出

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“V-G”、“V-E”分别接至V的G和E端。

(2)检查接线正确后，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、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(α)时，记录Ui、UO和α的数值于下表中，从而画出UO=f(α)的关系曲线。

Ur(V) 占空比α(%) Ui(V) Uo(V) 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5 七、实验报告

(1)分析图3-7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Ui/UO-α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)在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成短路。

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实验四 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、实验所需挂件及附件 序号 1 2 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块。 该挂件包含“单相调压触发电路”等模块。 3 4 5 6 DJK03-1 晶闸管触发电路 D42 三相可调电阻 双踪示波器 万用表 三、实验线路及原理

本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向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。

图 4-1 单相交流调压主电路原理图

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，如图4-1所示。

图中电阻R利用D42三相可调电阻器，将其两个900Ω电阻并联，晶闸管则利用DJK02上的反桥元件，交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到，电抗器Ld采用DJK02上的700mH。

四、实验内容

(1)KC05集成移相触发电路的调试。

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(2)单相交流调压电路带电阻性负载。 (3)单相交流调压电路带电阻电感性负载。

五、预习要求

(1)阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握交流调压的工作原理。

(2)学习有关单相交流调压触发电路的内容，了解KCO5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)交流调压有哪些控制方式? 有哪些应用场合?

七、实验方法

(l)KCO5集成晶闸管移相触发电路调试

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DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用示波器观察“1”～“5”端及脉冲输出端GK的波形（观察脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极）。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，记录上述过程中观察到的“1”～“5”端及脉冲输出端GK电压波形。

(2)单相交流调压带电阻性负载

将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联,按图4-1接线构成交流调压器，将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“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在不同α角时负载和UVT波形的变化情况，并记录α=60°、90°、120°时的波形。

(3)单相交流调压接电阻电感性负载 ①在进行电阻电感性负载实验时，需要调节负载阻抗角的大小，因此应该知道电抗器的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻，如图3-2所示。电抗器的内阻为

RL=UL/I (4-1)

电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图3-3所示。由于电流大时，对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。

UL ZLI (4-2)

电抗器的电感为

(4-3) 22ZLRLL 2f

这样，即可求得负载阻抗角

arctanLRdRL- 16 -

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在实验中，欲改变阻抗角，只需改变滑线变阻器R的电阻值即可。

图4-2 用直流伏安法测电抗器内阻 图4-3 用交流伏安法测定电感量

②切断电源，在图4-1中接入电阻电感负载。按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud的波形。在阻抗角为一定值的条件下,调节RP2，观察在不同α角时波形的变化情况， 并记录α＞φ、α= φ、α＜φ三种情况下负载两端的电压Ud波形。

八、实验报告

(1)整理、画出实验中所记录的各类波形。

(2)分析电阻电感性负载时，α角与φ角相应关系的变化对调压器工作的影响。 (3)分析实验中出现的各种问题。

九、注意事项

(1) 触发脉冲是从外部接入DJKO2面板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，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。

(2)可以用DJK02-1上的触发电路来触发晶闸管。 (3)由于“G”、“K“输出端有电容影响，故观察触发脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极，否则，无法观察到正确的脉冲波形。

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实验五 西门子TCA785集成触发电路实验

一、实验目的

(1)加深理解锯齿波集成同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 (2)掌握西门子的Tca785集成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 序号 型 号 1 2 3

DJK03-1晶闸管触发电路 双踪示波器 该挂件包含“单相集成触发电路” 等模块。 DJK01电源控制屏 备注 、 该控制屏包含“三相电源输出”等 几个模块。 三、实验线路及原理

西门子Tca785集成电路的内部框图如图5-1所示。 Tca785集成块内部主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“锯齿波形成电路”、“移相电压”和“锯齿波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块组成。同步信号从TCA785集成电路的第5脚输入， “过零检测”部分对同步电压信号进行检测，当检测到同步信号过零时，信号送“同步寄存器”。

“同步寄存器”输出控制锯齿波发生电路，锯齿波的斜大小由第9脚外接电阻和10脚外接电容决定：输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定；14、15脚输出对应负半 周和正半周的触发脉冲；移相控制电压从11脚输入。具体电路如图5-2所示。

电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2调节输入的移相控制电压，脉冲从14、15脚输出，输出的脉冲恰好互差180。，可供单相整流及逆变实验用，各点波形请参考图5-3。

图5-1西门子Tca785集成电路内部框图

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图5-2 Tca785集成移相触发电路原理图

图5-3单相集成锯齿波触发电路的各点电压波形(α=90°)

电位器RPl、RP2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。

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四、实验内容

(1)Tca785集成移相触发电路的调试。

(2)Tca785集成移相触发电路各点波形的观察和分析。

五、预习要求

阅读有关Tca785触发电路的内容，弄清触发电路的工作原理。

六、思考题

(1)Tca785触发电路有哪些特点?

(2)Tca785触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关?

七、实验方法

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。

用两根导线将电源控制屏A、B两端200V交流电压接到DJK03-l的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-l电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作。

用双踪示波器一路探头观测15V的同步电压信号，另一路探头观察Tca785触发电路，同步信号“l”点的波形，“2”点锯齿波，调节斜率电位器RPl，观察“2”点锯齿波的斜率变化，“3”、“4”互差180°的触发脉冲。

①同时观察同步电压和“l”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。

②观察“2”点的锯齿波波形，调节电位器RPl，观测“2”点锯齿波斜率的变化。 ③观察“3”、“4”两点输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与宽度。

(2)调节触发脉冲的移相范围 调节RP2电位器。用示波器观察同步电压信号和“3”点的波形，观察和记录触发脉冲的移相范围。

(3)调节电位器RP2使α=60°，观察并记录U1～U3及输出“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中(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)。

幅值(V)

U1 U2 U3 GK 宽度(ms) 八、实验报告

(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)讨论、分析实验中出现的各种现象。

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