四川大學(xué)三相全橋整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、_四川大學(xué)電氣信息學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告書課程名稱：電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：三相全橋整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)專業(yè)班組：電氣工程及其自動(dòng)化105 班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013年12月16日成績(jī)?cè)u(píng)定：評(píng)閱教師：報(bào)告撰寫：學(xué)號(hào)：精品資料_同組人員：學(xué)號(hào)：同組人員：學(xué)號(hào)：同組人員：學(xué)號(hào)：電氣信息學(xué)院專業(yè)中心實(shí)驗(yàn)室目錄一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱··31.2 實(shí)驗(yàn)完成目標(biāo)··31.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及已知條件··3二實(shí)驗(yàn)環(huán)境2.1 主要設(shè)備儀器··42.2 小組人員分工··5三電路分析與仿真3.1 基本電路·53.2 電路仿

2、真·6精品資料_四實(shí)驗(yàn)過(guò)程4.1 連接三相整流橋及逆變回路··114.2 整流工作· 114.3 逆變工作· 14五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理··155.2 誤差分析·16六思考討論與感悟6.1 實(shí)驗(yàn)思考題·166.2 實(shí)驗(yàn)討論題·176.3 實(shí)驗(yàn)方案、結(jié)果可信度分析··196.4 實(shí)驗(yàn)感悟·19附件一 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.1 實(shí)驗(yàn)名稱三相全橋整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)精品資料_1.2 實(shí)驗(yàn)完成目標(biāo) 觀測(cè)分析整流狀態(tài)下（阻性負(fù)載、阻-感性負(fù)載） ud ，uVT 波形；

3、 觀測(cè)分析逆變狀態(tài)下 （阻 -感性 -反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載） ud，uVT 波形及逆變功率測(cè)量；1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及已知條件 連接三相整流橋及逆變回路由三相隔離變壓器（MCL-32 ）二次繞組接至三相降壓變壓器（MCL-35 ） ,輸出三相電源（線電壓約110130v ）作為三相變流橋的交流輸入；由三相隔離變壓器（MCL-32 ）二次繞組接至由二極管組成的三相不可控全波整流橋，作為逆變時(shí)負(fù)載回路的電動(dòng)勢(shì)源（大小恒定的電壓源）；由雙刀雙置開關(guān)構(gòu)成整流和逆變選擇回路 （嚴(yán)禁主回路帶電時(shí)切換此開關(guān) ）；約定整流、逆變臨界控制點(diǎn)為 Uct = 0，當(dāng) Uct 0 時(shí)，處于整流移相控制； Uct 0 時(shí)處于逆變移

4、相控制： 整流工作阻性負(fù)載測(cè)試：雙置開關(guān)選擇整流回路，負(fù)載電阻設(shè)定為最大（約450），加正給定電壓。1) 觀測(cè)并記錄整流狀態(tài)下0O，60 O，90 O 時(shí) ud 、uVT 波形（注意限制 Id0.8A ）；2) 0O 時(shí)封鎖任 1 只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄 ud 的波形及大小值；3) 0O 時(shí)封鎖任 2 只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄 ud 的波形及大小值；（一次：共陰極組 2 只；一次：陰極陽(yáng)極組各 1 只）阻-感（ 300 + 700mH ) 負(fù)載測(cè)試：雙置開關(guān)選擇整流回路，觀測(cè)并記錄 =30 O， 90O 時(shí) ud、 uVT 波形（注意限制 Id0.8A ）； = 0O 時(shí)任意封鎖 1 只和

5、2 只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄 ud 的波形及大小值。 逆變工作斷掉主回路電源，將負(fù)載回路切換到逆變條件，注意逆變電動(dòng)勢(shì)源的直流極性。選負(fù)給定信號(hào)，保持負(fù)載為（450 +700mH ），再合上電源，觀測(cè)逆變狀態(tài)下=60 O， 90O 時(shí) ud，u VT 波形；精品資料_在恒定負(fù)載情況下（電阻450 ，電感 700mH ，直流反電動(dòng)勢(shì) E 基本恒定），在最大逆變移相范圍內(nèi)，測(cè)定電網(wǎng)實(shí)際吸收直流功率Pk = f (Ud) 的函數(shù)曲線（不低于 8 組數(shù)據(jù)點(diǎn)）。已知，三相全控橋電源回路輸出端等效內(nèi)阻Rn=26。思考：如何近似估算電網(wǎng)吸收的電功率？二實(shí)驗(yàn)環(huán)境2.1 主要設(shè)備儀器實(shí)驗(yàn)臺(tái)：華緯 MCL- 型電

6、力電子及電氣傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)（浙江大學(xué)求是公司）圖 2-1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)示波器： Tektronix TDS1012示波器（帶寬： 100MHZ最高采樣頻率： 1GS/s ）圖 2-2示波器數(shù)字萬(wàn)用表：精品資料_圖 2-3 數(shù)字萬(wàn)用表2.2 小組人員分工1.實(shí)驗(yàn)階段線路連接及檢查：移相可調(diào)電位器及電阻的調(diào)節(jié)：數(shù)字萬(wàn)用表的操作及測(cè)量：示波器操作的及測(cè)量：數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算：2.報(bào)告撰寫報(bào)告主體撰寫：實(shí)驗(yàn)仿真：數(shù)據(jù)處理分析：特性曲線與擬合：思考題的整理：討論內(nèi)容整理：精品資料_圖片整理與使用：討論與拓展思考：三實(shí)驗(yàn)仿真3.1 基本電路圖 3-1三相全橋整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)3.2 電路仿真如果按照所做電力電子實(shí)驗(yàn)

7、的實(shí)際電路圖進(jìn)行仿真，則需要考慮電路中隔離變壓器和三相降壓變壓器的作用，以及保證實(shí)驗(yàn)安全的吸收功率電阻的作用。所繪出的電路圖進(jìn)行仿真時(shí)總會(huì)出現(xiàn)各種仿真錯(cuò)誤或者出現(xiàn)波形不一致。故我精品資料_們組從原理上給予Multisim的電路圖，以及我們查閱資料獲得的相關(guān)Matlab仿真的實(shí)驗(yàn)圖。圖 3-2仿真電路整流工作連接圖圖 3-3仿真電路逆變工作連接圖我們先對(duì)阻性負(fù)載測(cè)試進(jìn)行仿真，參照?qǐng)D3-2 仿真連接圖。記錄整流狀態(tài)下0°，60 °，90 °時(shí)Ud ，Uvt 波形（注意限制Id0.8A ）；精品資料_圖 3-4 0°時(shí)Id ，Ud ， Uvt 波形圖 3-5

8、60 °時(shí)Id， Ud ， Uvt 波形精品資料_圖 3-6 90 °時(shí)Id， Ud ， Uvt 波形模擬0°時(shí)封鎖任1 只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄Id，Ud ，Uvt 波形，如圖3-7 所示； 模擬0°時(shí)封鎖任2 只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄Ud 的波形（一次：共陰極組 2 只，如圖 3-8 所示；一次：陰極陽(yáng)極組各1 只，如圖 3-9 所示）。圖 3-7 0°時(shí)封鎖任 1 只晶閘管 Id ，Ud ， Uvt 波形圖 3-80°時(shí)封鎖任2 只陰陽(yáng)晶閘管Id， Ud ，Uvt 波形精品資料_圖 3-9 0°時(shí)封鎖任一陰一陽(yáng)晶閘管I

9、d ，Ud ， Uvt 波形接著我們進(jìn)行阻 -感（ 300+ 700mH ) 負(fù)載仿真：記錄 =30°，90 °時(shí)Id ，Ud ， Uvt 波形。圖 3-10=30 °時(shí)Id，Ud ， Uvt 波形精品資料_圖 3-11 =90 °時(shí)Id，Ud ， Uvt 波形模擬= 0O 時(shí)任意封鎖 1 只，和 2 只共陰極晶閘管以及一陰一陽(yáng)晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄 Ud 的波形。圖 3-12= 0 O 時(shí)任意封鎖1 只晶閘管 Ud 波形圖 3-13= 0 O 時(shí)封鎖 2 只共陰極晶閘管Ud 波形精品資料_圖 3-14= 0 O 時(shí)封鎖一陰一陽(yáng)晶閘管Ud 波形最后按照?qǐng)D

10、3-3接線逆變工作電路，選負(fù)給定信號(hào)保持負(fù)載為（ 450 +700mH ），模擬記錄逆變狀態(tài)下 =60 °，90°時(shí)Id， Ud， Uvt 波形。圖 3-15逆變狀態(tài)下 =60 °時(shí)Id，Ud ，Uvt 波形精品資料_圖 3-16 逆變狀態(tài)下 =90 °時(shí)Id，Ud ，Uvt 波形四實(shí)驗(yàn)過(guò)程4.1 連接三相整流橋及逆變回路由三相隔離變壓器（ MCL-32 ）二次繞組接至三相降壓變壓器（MCL-35 ）,輸出三相電源（線電壓約110130v ）作為三相變流橋的交流輸入；由三相隔離變壓器（ MCL-32 ）二次繞組接至由二極管組成的三相不可控全波整流橋，作為

11、逆變時(shí)負(fù)載回路的電動(dòng)勢(shì)源（大小恒定的電壓源）；由雙刀雙置開關(guān)構(gòu)成整流和逆變選擇回路（嚴(yán)禁主回路帶電時(shí)切換此開關(guān)）；約定整流、逆變臨界控制點(diǎn)為Uct = 0，當(dāng) Uct 0 時(shí)，處于整流移相控制；Uct 0 時(shí)處于逆變移相控制；本次實(shí)驗(yàn)的線路連接在實(shí)驗(yàn)前已由指導(dǎo)老師完成，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3-1 所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際接線圖如圖2-1 所示。4.2 整流工作阻性負(fù)載測(cè)試：雙置開關(guān)選擇整流回路，負(fù)載電阻設(shè)定為最大（約450），加正給定電壓。精品資料_觀測(cè)并記錄整流狀態(tài)下0 O， 60O，90 O 時(shí) ud 、uVT 波形（注意限制 Id 0.8A ）；通過(guò)調(diào)節(jié)移相可調(diào)電位器， 觀察示波器波形， 我們用

12、相機(jī)分別記錄下0°，60 °，90 °時(shí)ud、 uVT 波形，如下所示：圖 4-10°時(shí)Ud 波形圖 4-260 °時(shí)Ud 波形圖 4-390 °時(shí)Ud 波形圖 4-4 0°時(shí)Uvt 波形圖 4-560 °時(shí)Uvt 波形圖 4-6 90 °時(shí)Uvt 波形0O 時(shí)封鎖任 1 只晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄 ud 的波形及大小值；如圖 4-7 所示。大小值在波形圖上，由示波器直接給出。精品資料_0O 時(shí)封鎖任 2 只晶閘管的脈沖信號(hào)， 記錄 ud 的波形及大小值 （一次：共陰極組 2 只，如圖 4-8 所示；一次：

13、陰極陽(yáng)極組各 1 只，如圖 4-9 所示）。大小值在波形圖上，由示波器直接給出。圖 4-7 0O 時(shí)封鎖任 1 只晶閘管的脈沖信號(hào)圖 4-8 0O 時(shí)封鎖任2 只共陰極晶閘管的脈沖信號(hào)圖 4-90O 時(shí)封鎖一陰一陽(yáng)極晶閘管的脈沖信號(hào)阻-感（ 300+ 700mH ) 負(fù)載測(cè)試：雙置開關(guān)選擇整流回路，觀測(cè)并記錄=30 O（如圖 4-10 所示），90O（如圖 4-11 所示），時(shí) Ud 波形，=30 O（如圖 4-12所示），90O（如圖 4-13 所示），時(shí) Uvt 波形（注意限制 Id0.8A ）；圖 4-10整流回路=30 O 時(shí) Ud 波形圖 4-11 整流回路 =90 O 時(shí) Ud 波

14、形精品資料_圖 4-12整流回路 =30 O 時(shí) Uvt 波形圖 4-13整流回路 =90O 時(shí) Uvt 波形= 0O 時(shí)任意封鎖 1 只（如圖 4-14 所示），和 2 只（圖 4-15 所示為封鎖 1，2 號(hào)晶閘管，晶閘管的脈沖信號(hào)，圖 4-16 所示為封鎖 1，3 號(hào)晶閘管，晶閘管的脈沖信號(hào)） 晶閘管的脈沖信號(hào)，記錄 Ud 的波形及大小值。大小值在波形圖上，由示波器直接給出。圖 4-14任意封鎖 1 只晶閘管的脈沖信號(hào)精品資料_圖 4-15 封鎖 1 ，2 號(hào)晶閘管的脈沖信號(hào)圖 4-16 封鎖 1， 3 號(hào)晶閘管的脈沖信號(hào)4.3 逆變工作斷掉主回路電源， 將負(fù)載回路切換到逆變條件， 注意

15、逆變電動(dòng)勢(shì)源的直流極性。選負(fù)給定信號(hào)，保持負(fù)載為（450 +700mH ），再合上電源，觀測(cè)逆變狀態(tài)下=60 °，90 °時(shí)Ud ，Uvt 波形；用相機(jī)記錄如下：圖 4-17逆變=60 °時(shí)Ud 波形圖 4-18逆變=90 °時(shí)Ud 波形精品資料_圖 4-17逆變=60 °時(shí)Uvt 波形圖 4-18 逆變=90 °時(shí)Uvt 波形在恒定負(fù)載情況下（電阻450，電感 700mH ，直流反電動(dòng)勢(shì) E 基本恒定），在最大逆變移相范圍內(nèi)，測(cè)定電網(wǎng)實(shí)際吸收直流功率Pk = f (Ud) 的函數(shù)曲線（不低于8 組數(shù)據(jù)點(diǎn)）。已知，三相全控橋電源回路輸

16、出端等效內(nèi)阻Rn=26 。在逆變移相范圍極限取到Ud 分別為 -4V 和-164V ，我們便控制記錄分別在 Ud=-4V ，-27V ，-50V ，-73V ，-96V ， -119V ，-142V ，-164V 時(shí) I 的值，計(jì)算出 Pk 的值，記錄如圖表4-1 所示。測(cè)定電網(wǎng)實(shí)際吸收直流功率Pk = f (Ud)的函數(shù)曲線實(shí)驗(yàn)后完成，詳見第五章。表 4-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算思考題“如何近似估算電網(wǎng)吸收的電功率？”見第六章。精品資料_五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理逆變工作中，在恒定負(fù)載情況下（電阻450 ，電感 700mH ，直流反電動(dòng)勢(shì)E 基本恒定），在最大逆變移相范圍內(nèi)取到

17、Ud 分別為 -4V 和-164V ，我們便控制記錄分別在Ud=-4V ，-27V ，-50V ，-73V ， -96V ， -119V ，-142V ，-164V 時(shí) I的值，計(jì)算出 Pk 的值，記錄如圖表4-1 所示。接下來(lái)我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系畫出電網(wǎng)實(shí)際吸收直流功率Pk = f (Ud)的函數(shù)曲線，如圖5-1 所示：精品資料_圖 5-1 電網(wǎng)實(shí)際吸收直流功率Pk = f (Ud) 的函數(shù)曲線5.2 誤差分析1、在實(shí)驗(yàn)讀數(shù)過(guò)程中，電壓表示數(shù)存在波動(dòng)情況，造成了一定程度上的誤差。2、指針式電流表在精度上不足（流表的量程是2A ，每格代表 0.1A ），也會(huì)造成不可避免的讀數(shù)誤差。 。3

18、、帶阻感負(fù)載時(shí)， R=450 ? ，L=700mH 的參數(shù)要求不能達(dá)到百分百的滿足。4、實(shí)驗(yàn)元件的老化及損耗對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有影響。6、受限于實(shí)驗(yàn)條件，晶閘管的導(dǎo)通角不能達(dá)到準(zhǔn)確的要求。六 思考與討論精品資料_6.1 實(shí)驗(yàn)思考題1. 如何近似估算電網(wǎng)吸收的電功率？答：在負(fù)載恒定的情況下，我們通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)逆變角 ，然后測(cè)量各個(gè)逆變角情況下的負(fù)載電壓和負(fù)載電流就可以算出吸收功率。其近似計(jì)算公式為：=|·（其中由于 Ud 和 Id 是由電壓表和電流表測(cè)得的，所以它們有效值。 Rn 為三相全控橋電源回路輸出端等效內(nèi)阻，約為26? ）6.2 實(shí)驗(yàn)討論題1、分析比較整流工作時(shí)，阻性負(fù)載和阻感負(fù)載在

19、缺相（丟失一路觸發(fā)信號(hào)）故障下，瞬時(shí)波形的差異？答：由于電感有續(xù)流的作用，可以改善不連續(xù)的波形，使之變成連續(xù)的波形。由此可知，當(dāng)阻性負(fù)載和阻感負(fù)載在缺相的時(shí)候，阻性負(fù)載的波形是斷續(xù)的， 且不可以過(guò)零點(diǎn)；而阻感負(fù)載的波形是連續(xù)的，且可以過(guò)零點(diǎn)。2、整流狀態(tài)下阻感負(fù)載時(shí)， =90 °時(shí)的瞬時(shí)波形一定有正負(fù)半波對(duì)稱嗎？為什么？答：不一定。因?yàn)槔碚撉闆r下，我們要求在 =90 °的時(shí)候所帶的電感為無(wú)窮大， 但是在我們的實(shí)際實(shí)驗(yàn)中電感并不是無(wú)窮大的， 所以會(huì)出現(xiàn)電感儲(chǔ)能不夠的情況， 就會(huì)造成正負(fù)半波不對(duì)稱。 在我們實(shí)驗(yàn)精品資料_中，為了盡可能地接近理想情況，在調(diào)節(jié)電路時(shí)，我們要降低電阻

20、，同時(shí)接入最大電感， 這樣的電阻電感組合在理論上更加接近于無(wú)窮大電感的效果，但是需要注意的是， 在降低電阻時(shí)我們需要保證電流在額定范圍之內(nèi)。3、說(shuō)明逆變狀態(tài)下，逆變電源的負(fù)載波形是電路上哪兩端的波形？為什么逆變輸出電壓越高，負(fù)載電流越小？答：在逆變的狀態(tài)下， 逆變電源的負(fù)載波形是夾在三相全控橋的共陰極與共陽(yáng)極兩端的電壓波形，因?yàn)?，所以逆變輸出電壓越大，負(fù)載電流越小。4、做出=f（）特性曲線，并對(duì)變化趨勢(shì)做出定性分析。答：圖形如下：精品資料_定性分析：從圖像中，我們可以看出以下幾點(diǎn):1、隨著的減小，也逐漸減小，最后曲線過(guò)零點(diǎn)。2、隨著的增大，曲線趨于平緩，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，基本不變。3、從擬合出來(lái)的公式來(lái)看，與成二次關(guān)系。4、在 025V 的時(shí)候，和大致成線性關(guān)系。6.3 實(shí)驗(yàn)方案、結(jié)果可信度分析從實(shí)驗(yàn)原理來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)是要通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)連接出三相全橋整流及有源逆變電路，結(jié)合萬(wàn)用表和示波器來(lái)完成， 測(cè)定整流工作及逆變工作