電力電子實驗指導書(東華大學)

東華大學信息學院電力電子技術試驗指導書4月17名目試驗四附錄二

晶閘管觸發(fā)電路爭論三相橋式整流電路三相有源逆變電路《電力電子試驗》一般留意事項：每次合、分主回路電源前要將各高、低壓調壓器〔如：三相溝通調壓器、GUg〕旋至最小位置，電阻器置最大值。晶閘管掌握極內部已連線至觸發(fā)電路，面板上插孔制止連接導線。使用雙蹤示波器時兩個探頭的接地線要共點，以免因電壓差造成過流。Ud時示波器探頭的正極〔紅線〕置晶閘管共陰極，負極〔黑線〕置晶閘管共陽極；UVT是晶閘管陽極對陰極的電壓，測量時探頭紅線置陽極，黑線置陰極。交直流表要分清，選擇量程要符合要求。“主電源送電”的含義是：按下溝通電源“閉合“的綠色按鈕。數(shù)字表計的讀數(shù)顯示滯后于調整進程，因此相應的操作宜緩。固緯GRS-6032A 示波器的使用1.smpl”屏幕下方顯示信息：“DC2V〔或5V〕 2mS〔或5mS〕LINEfAC”2.測量前掃描線居中校準：對“CH1”/“CH2”通道選擇“GND”方式后，調整“POSITION”使掃描線居中。4.測試過程LEVELPOSITIONTIME/DIVX1/MAG作，以免引起波形在水平、垂直方向的移動，影響測量結果。試驗一鋸齒波同步移相觸發(fā)電路試驗一．試驗目的鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理。把握鋸齒波同步觸發(fā)電路的調試方法。測試鋸齒波同步觸發(fā)電路各點波形及移相特性。二．試驗內容鋸齒波同步觸發(fā)電路的調試。鋸齒波同步觸發(fā)電路各點波形觀看，分析。三．試驗線路及原理鋸齒波同步移相觸發(fā)電路主要由同步電源、同步信號、鋸齒波形成、脈沖移相、脈沖形成、脈沖1#~6#及G1/K1有關教材。調速系統(tǒng)掌握單元調速系統(tǒng)掌握單元低壓單元G給定 Ug觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路Uct圖1－1 鋸齒波觸發(fā)電路原理和接線圖注：G給定的Ug孔連接到觸發(fā)電路的Ug孔(Ug為觸發(fā)電路的掌握電壓)。四．試驗設備及儀器1．教學試驗臺主掌握屏 2．G給定NMCL-31A3．鋸齒波觸發(fā)電路NMCL-36C 4．三相觸發(fā)電路和晶閘管主回路NMCL-33F5.二蹤示波器五．試驗方法〔一〕鋸齒波移相觸發(fā)電路調試及各點波形的觀看將NMCL-36C鋸齒波觸發(fā)電路面板上左上角的同步電壓u、v對應接到溝通電源輸出的UV端,GUg孔連接到觸發(fā)電路的Ug孔，各調壓器〔溝通電源、G給定〕歸零。合上MEL-002T操作電源綠色開關。用示波器觀看觸發(fā)電路各觀看孔對7#孔的電壓波形。1#孔為正弦波同步電壓次級，2#為時間延長的同步電壓負半周，3#為鋸齒波同步信號，4#為脈沖移相波形，5#為脈沖形成波形，6#為脈沖放大波形，G1K1~G4K4為脈沖輸出波形。分析、比較各波形相互的對應關系。調整脈沖移相范圍b低壓單元的“G輸出電壓調至0馬上掌握電壓Ug調至零調整偏移電壓〔即調R，使觸發(fā)脈沖向右移動，直到不再移動時為止。此點為觸發(fā)角α值最大處。讀取α 角位置并保持“Ub”不變；再自零起增大Ug，脈沖波形將向左移動，不斷增大Ug直至脈沖馬上消逝時停頓，此點為α 值最小處。兩個α 值〔最大和最小〕間隔的角度即為脈沖的移相范圍。α 角讀取方法如下圖。bG1K1 G2K2調整Ug，使=60°，觀看并記錄U1~U6〔對應1#~6#孔的電壓〕及輸出脈沖電壓U ，UG1K1 G2K21 2 U 的波形，記錄在圖—1 2 U G3K3 G4K4U U G1K1 G2K2〔二〕雙脈沖觸發(fā)電路使用面板：G給定NMCL-31A、觸發(fā)電路和晶閘管主回路NMCL-33F雙脈沖觸發(fā)電路作為兩組晶閘管變流橋的內置式觸發(fā)電路，晶閘管掌握局部連線已內部完成，無須外部再連。G給定的“Ug”接到NMCL-33F的“Uct”，NMCL-33F的脈沖封鎖掌握端“Ublf”接參考點“0V”〔本線假設不接不影響雙脈沖測試〕，見以下圖，即可開頭觸發(fā)電路的調試。均以“0V”為參考點，利用示波器分別觀看同步電壓的波形和觸發(fā)脈沖波形三一樣步電壓與三相溝通電源的頻率一樣，且字母〔u/v/w)對應的相其相位一樣，只是前者幅值較小。觀看同步電壓三相波形是否依次滯后120°。檢查觸發(fā)雙脈沖的波形與相序：雙脈沖波形周期與同步電壓一樣，一對雙脈沖由兩個幅值、60°的單脈沖組成。6個脈沖觀看孔從左到右依次記為1#~6#觸發(fā)脈沖〔1~6#晶閘管〕，1#6#60°。α移動范圍任選一脈沖觀測孔〔1#〕。當Ug＝0時，轉變NMCL-33F的偏移電壓“Ub1#脈沖波形向右移動，及至不能再移之時停頓轉變Ubαα角位置并保持“Ub”不變；再自零起增大Ug，雙脈沖波形將向左移動，不斷增大Ug直至脈沖不再移動時停頓，此處為α值最小的位置。兩個α值〔最大和最小〕之間的角度即為脈沖的移相范圍。以同步電壓正弦波為參考，記錄α=60UG1～UG61－4中。1－3：圖1－3 三相整流觸發(fā)角讀取方法Uu：溝通輸出電源U相電壓Usu：U一樣步電壓UG1：1#輸出脈沖Uu與Usu波形頻率、相位完全全都。以上電壓均以“0V”為參考點30°處(自然換相點處)定義為三相整流觸發(fā)電路的α=0°圖1—4 雙脈沖觸發(fā)電路波形思考題鋸齒波觸發(fā)電路為什么要設置偏移電壓？總結鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調試方法，及影響移相范圍的電路參數(shù)。3．以上兩種觸發(fā)電路的移相范圍各是多少？同步電壓與同步信號的概念：同步電壓是同步變壓器二次側繞組輸出的電壓，總是正弦波。同步信號是由同步電壓經變換后加到移相環(huán)節(jié)的與同步電壓同頻率的電壓3”點的鋸齒波是同步信號。單脈沖和雙脈沖的概念：控橋式整流〔逆變〕等六波頭的電路中〔60°的寬脈沖〕。它的優(yōu)點是減小了觸發(fā)電路裝置的輸出功率，和脈沖變壓器的體積。α=0°的概念：α=030°處。初始相位角：即相應于某特定電路允許的最大觸發(fā)角。其本質為Ud=0時對應的α值。從波形上看電阻性負載為Ud=0的一條直線，電感性負載以Ud波形正負等高為準。各電路類型不同，該角度也不同。該值可據(jù)不同電路的Ud公式〔令其為零〕計算得出。相位法：以同步電源為參照，觀看或設定觸發(fā)角α值的方法。負載法：從Ud波形中觀測或轉變觸發(fā)角α值的方法。試驗二單相橋式半控整流電路試驗一．試驗目的爭論單相橋式半控整流電路在電阻負載，電阻—電感性負載及反電勢負載時的工作。把握鋸齒波觸發(fā)電路的原理和應用方法。進一步把握雙蹤示波器在電力電子線路試驗中的使用特點與方法。二．試驗線路單相橋式半控整流電路每一個導電回路只包含一個晶閘管，另外一個整流器件為二極管。見圖2－1。2－1單相橋半控整流電路接線圖三．試驗內容單相橋式半控整流電路供電給電阻性負載。單相橋式半控整流電路供電給電阻—電感性負載。四．試驗設備及儀器1．教學試驗臺主掌握屏 2.觸發(fā)電路和晶閘管主回路NMCL-36C3．G給定NMCL-31A 4．平波電抗器NMCL-33105.續(xù)流二極管NMCL-33F 6.可調電阻NMEL-03/4/5直流電流表NMCL-001/1 8二蹤示波器五．留意事項〔本裝置單相晶閘管為1.7A，使用時要求主回路電流小于1A〕，并依據(jù)額定值與整流電路形式計算出負載電阻的最小允許值。為保護整流元件不受損壞，晶閘管整流電路的正確操作步驟在主電路不接通電源時，調試觸發(fā)電路，使之正常工作。晶閘管門極不須連線。在掌握電壓Uct=0時，接通主電源。然后漸漸增大Uct，使整流電路投入工作。斷開整流電路時，應先把Uct降到零，使整流電路無輸出，然后切斷總電源。否則可能燒毀熔絲。以后在三相整流及逆變電路負載試驗中均按此原則操作，不再重申。六．試驗方法觸發(fā)電路掌握回路調試：將主電源掌握屏的電源輸出U、V端接入鋸齒波觸發(fā)電路同步電壓的u、vG給定的Ug孔連接到觸發(fā)電路的Ug孔，各調壓器〔溝通電源、G給定〕歸零。主回路線不接。a)．主電源送電〔按下溝通電源綠色閉合按鈕〕，用示波器檢查各觀看孔對7#孔的電壓波形。b)2－2所示α讀取方法來設定單相整流電路初始相位角。G1K1用示波器觀看UG1K1相對于同步電壓的位置，當“G”輸出電壓Ug=0時，調整偏移電壓Ub，在U 脈沖波形剛好不再右移的瞬間，馬上停頓調整。此時角應接近初始觸發(fā)角180°，對應G1K1Ud=0。此后Ub(即RP)保持不變。留意：在調整偏移電壓Ub時，要留意捕獲脈沖波形剛剛不再右移的瞬間，此時應馬上停頓調整，以免調過頭后形成掌握死區(qū)，影響Ug給定電壓對角的線性掌握。Ug U Ug U G1K1 min移相范圍為=30°~180°Ug重歸零。2－2單相整流電路觸發(fā)角讀取方法示意圖Uu：溝通輸出電源U相電壓 Usu：U一樣步電壓〔對“⊥”〕 UG1K1：輸出脈沖Uu與Usu波形頻率、相位全都。留意：同步電壓正半周的起點(自然換相點處)定義為單相觸發(fā)電路α =0°單相橋式半控整流電路電阻性負載測試按圖2－1接線，并短接電感Ld，續(xù)流二極管VD不接?？扇芜x一組可調電阻器作為負載電阻dR，如A1-A2。電阻性負載的單相橋式半控整流電路初始相位角為=180°。此值前已調好。d〔a〕將G給定電位器RP1逆時針調到底，使Ug=0。電阻負載Rd調整至最大。初始相位角。增大，依次使UdUVT2-3中，同時記錄溝通輸入電壓U、2整流輸出電壓Ud2-1中。驗證公式注：回路電流不能超過所選電阻器的額定值。2-1單相橋式整流電路電阻負載時輸入輸出電壓值a=150 a=120 a=90 a=60 a=30Ud〔V〕U2〔V〕圖2－3 單相半控橋整流電路電阻負載ud、uVT的波形單相橋式半控整流電路電阻—電感性負載測試保持前面接線不變，只撤除電感上的短接線，使回路保持R、L串聯(lián)形式的阻感性負載。電感性負載的單相橋式半控整流電路初始相位角為=180°。前已滿足，不必重設。本試驗直流主回路接線分兩種狀況：a.無續(xù)流二極管b.有續(xù)流二極管。無續(xù)流二極管將G給定電位器RP1逆時針調到底，使Ug=0。電阻負載Rd調整至最大。主電源送電，此時α=180°〔初始相位角〕Ug，觀看α=30°、60°、90°、120°、150°ud、uVT波形并記錄uVT2－4a)，可通過減小Rd來保持Id波形連續(xù)。在某一α值時突然關斷觸發(fā)電路電源〔自身的電源開關〕，觀看是否消滅ud失控波形。如不發(fā)生失控現(xiàn)象，重使電路工作，然后通過減小掌握角α或電阻R使電流增大后再試。記錄發(fā)生失控時的U2值，并記錄失控時的ud、uVT1、uVT32－5a)。有續(xù)流二極管ud〔不必斷電ud、uVTuVT3波形于圖－5bU，觀看α=306090120150°ud、uVT波形，并記錄uVT2－4b)。在調整電阻Rd時，留意觀看波形如何變化，調時要防止回路過流！無續(xù)流管 b)有續(xù)流管圖2－4 單相半控橋電感負載續(xù)流管對uVT波形的影響無續(xù)流管有續(xù)流管單相半控橋電感負載失控時的ud及uVT波形思考題什么是半控橋電路的失控？如何防止？VT掌握角一樣時，換作單相全控橋掌握形式，電路中的4個晶閘管的u 波形是怎樣的？VT試述單相全控橋電路與單相半控橋電路工作特性的異同。試驗三三相橋式全控整流電路試驗一．試驗目的生疏觸發(fā)電路及晶閘管主回路組件。生疏三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。二．試驗內容爭論三相全控橋式整流電路供電給電阻性、電阻—電感性、反電動勢負載時的工作特性。三．試驗線路及原理主電路由三相全控變流電路及負載組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經高頻調制后的雙窄脈沖鏈。三相橋式整流電路的工作原理可參見“電力電子技術”的有關教材。試驗線路如圖3-1/2IVT1~VTVT′~VT′〕橋晶閘管，對應的掌握回路接地線分別是Ublf或Ublr點〔位于Uct下方〕與“0”短接。圖3－1三相全控橋整流電路電阻和電感性負載 圖3－2三相全控橋整流電路電動機負載的原理及接線圖 的原理及接線圖四．試驗設備及儀器1．教學試驗臺主掌握屏 2．觸發(fā)電路及晶閘主回路組件NMCL-33F3．電阻負載組件NMEL-03/4 4．平波電抗器NMCL-33105.直流電流表NMCL-001/1 6．G給定NMCL-31A7．轉矩測量、加載系統(tǒng)NMEL-13 8．直流電動機M039．直流電動機勵磁電源NMEL-18/2 10．二蹤示波器五．試驗方法一、帶電阻性負載按圖3－1接線，電感先用導線短接。未通主電源之前，先對初始相位角進展設定：電阻性負載的三相橋式全控整流電路初始相位角為=120°。用示波器觀看1#脈沖相對于同步電壓的角度位置，在Uct=0時，調整偏移電壓Ub，使=120°。此后Ub保持不變。觸發(fā)角1－3。Rd先置最大，檢查確保Ug=0后，主電源送電。調試步驟如下：a.轉變Ug，觀看α=15°，30°，60°，90°，120°ud、uVT33－15。α>60°時uVT3波形不畫。b.記錄每一個α角所對應的Ud、U23－4，繪制電阻性負載時Ud/U2=f〔α〕曲線于3－13。c. 求取三相全控橋整流電路的負載特性Ud=fId。記錄α=30°Ud、Id值〔Rd值轉變Id值〕3－5，繪制負載特性曲Ud=f(Id)3－14。二、帶電感性負載按圖3－1接線，電感短接線撤除。未通主電源之前，先對初始相位角進展設定：電感性負載的三相橋式全控整流電路初始相位角為=90°。方法同“一”。用示波器觀看“1”脈沖相對于同步電壓的角度位置，在Uct=0時，調整偏移電壓Ub，使=90°Ub保持不變。Rd先置最大，檢查確保Ug=0后，主電源送電。調試步驟如下：調整Ugα=15°、30°、60°、90°ud、uVT33－16。注：嚴密監(jiān)視電流并準時轉變電阻Rd。當α=90°時，Ud波形應為上下等高的對稱波形，否則可減小Rd。三、帶反電勢負載〔必需先接通勵磁〕按圖3－2接線，電動機的勵磁由“直流勵磁電源”供電。保持初相角=90°不變。檢查確保Ug=0后，主電源送電。調試步驟如下：a．確保勵磁電源電流表A1≥100mA后，增大Ug，使電動機轉速漸漸上升，直到約1400rpm。b．保持Ug不變，通過旋轉“轉矩調整”轉變Id值，測定電動機運行時的n、Id值，數(shù)據(jù)記錄3－63－6繪制電動機在整流電源供電時的機械特性n=f(Id)3－17。提示：轉變電動機負載承受轉矩測量、加載系統(tǒng)組件上的“轉矩調整”。兩端的電uL3－18。注：負載不變。d VT3 圖3－15 電阻性負載時三相全控橋整流電路的u、u d VT3 3－4：三相全控橋電阻性負載〔U=0必需畫出〕dα 150 300 600 900 1200UdU2圖3-13 電阻性負載時三相全控橋整流電路的Ud/U2=f〔α〕曲線3－5：三相全控橋電阻性負載〔留意：α保持不變〕UUdId0．4A0．6A0．8A1．0A1．2A圖3－14 電阻性負載時三相全控橋整流電路的負載特性曲線U=f(I)(據(jù)表3－5繪制)d dd VT3 圖3－16 電感性負載時三相全控橋整流電路的u、u 波形〔電流斷續(xù)u d VT3 3－6：全控橋電動機負載的機械特性曲線ddn〔r/min〕1．1Imin圖3-－17 n=f(Ia)曲線(據(jù)表3－6繪制)圖3-－18 時的uL波形思考題什么是可控整流裝置的初始相位？如何實現(xiàn)？為什么不同電路的可控整流裝置或不同的負載其初始相位就可能不同？試表達以上電路在三種不同負載下初始相位各是多少？試驗四三相有源逆變電路直流電轉變?yōu)闇贤?，稱之為逆變。把直流電逆變?yōu)闇贤姴⑺偷诫娋W的過程，稱有源逆變。本試驗電路：三相橋式有源逆變電路。試驗目的驗證可控電路在有源逆變時的工作條件并比較與整流工作時的區(qū)分。測量逆變工作狀態(tài)時的波形ud、uVT并比較與整流工作時的區(qū)分。二、試驗內容三相橋式全控電路的有源逆變三、試驗線路及原理本試驗承受不行控整流電源驅動直流電動機M03并帶動直流發(fā)動機M01旋轉發(fā)電，發(fā)電機M01的輸出端接到晶閘管主電路的ud端，當晶閘管電路工作于逆變狀態(tài)，則可將發(fā)動機電能逆變回電網。4-1三相有源逆變電路原理及接線圖四．試驗設備及儀器1．教學試驗臺主掌握屏 2．觸發(fā)電路及晶閘主回路組件NMCL-33F3．電阻負載組件NMEL-03/4 4．平波電抗器NMCL-33105.直流電流表NMCL-001/1 6．G給定NMCL-31A7.轉矩測量、加載系統(tǒng)NMEL-13 8直流電動機M03/直流發(fā)電機M019.直流電動機電樞電源NMEL-18/1 10直流電動機勵磁電源NMEL-18/211二蹤示波器五．試驗方法4－1接線。Ug接至NMCL-33面板的Uct端三相橋式全控變流電路使用I組〔VT1~VT6〕或Ⅱ組〔VT1′~VT6′〕橋晶閘管時，分別對應著Ublf或Ublr孔〔位于Uct下〕與“⊥”短接。主電源先不送電。三相有源逆變電路觸發(fā)脈沖初始工作角在=150°處〔此時Ud為負最大值〕。用示波器觀看1#脈沖相對于同步電壓的角度位置，在Ug=Uct=0時，調整偏移電壓Ub，使=150°。此后Ub保持不變。觸發(fā)角讀取方法參看試驗一的圖1－3。注：依據(jù)α ＋β＝180°，當前β＝180°－150°＝30°＝βmin。電動機空載運行：將發(fā)電機M01端子A1、A2上的兩根導線先取下，使端子懸空。主電源送電。 確認勵磁電流大于200mA〔兩臺電機的勵磁電流〕后，漸漸增大直流調壓輸出到使發(fā)電機M01800～1000rpm。 用直流電壓表測量發(fā)電機M01的發(fā)電極性，應當如下圖A1－A2＋。假設發(fā)電極性不符，則電壓調小斷電后，轉變電動機M03的電樞電壓極性A1與A2線對調，重試。測量完畢后斷電，并將發(fā)電機電樞A1A2連入回路，預備有源逆變電路的調試。逆變工作調試：將R置最大，檢查確保Ug=0后，主電源送電。u波形，當前三相橋式可控電路應當工作在有源逆變βmin＝300狀態(tài)。d略微增大調壓器輸出，當直流電動機運轉起來即減小電阻R1到0，漸漸增大Ug=0，親熱監(jiān)視電流dIuα＝βdmin

max

＝900α＝觀看并記錄β =30°、60°、90°時ud、uVT3、uL〔電流連續(xù)〕到圖4－3。提示〔此處為電動機E∣略大于逆變電壓∣Ud∣。六、留意事項1．本試驗是爭論可控整流電路在整流工作狀態(tài)與逆變工作狀態(tài)時的靜特性，所給出的試驗線路不能直接地從整流狀態(tài)進入逆變工作狀態(tài)，必需分別予以實現(xiàn)，而對逆變工作肯定要慎重操作。時，用直流電壓表監(jiān)視逆變電壓，待逆變電壓接近零時，必需漸漸操作，防止進入整流狀態(tài)。在供電給直流電動機時(整流狀態(tài))，必需先向直流電動機供給激磁。正確使用示波器，制止示波器的兩根線分別接在高、低壓電路中，造成意外事故。為使電流連續(xù)通常串入大電感L。為供給符合要求的直流電源，本試驗承受在逆變主回路中串入直流發(fā)電機。說明：首先，EUd間不匹配，所以逆變回路中串電阻R1限制過流，只要電流連續(xù)，可以不必減小電阻R1。當增大Ug使β增大而Ud>>U↑↑，但電動機為串阻運行，特性曲線很軟〔見圖2，負載的增大使電動機n圖4－2 直流電動機M03串阻運行特性圖4－2 直流電動機M03串阻運行特性18214－3 三相全控橋有源逆變的波形留意：晶閘管自選，在圖中必需標出所記錄波形的晶閘管代號及所對應的掌握角α〔或β〕值。思考題

什么叫有源逆變？有源逆變的條件是什么？本試驗中，是如何解決發(fā)電機輸出電壓與逆變電壓之間的不匹配問題？什么樣的電路不能實現(xiàn)有源逆變？為什么？假設電路從逆變直接進入整流，狀況會如何？附錄一

固緯GRS-6032A示波器使用簡介系統(tǒng)掌握POWER：電源開關INTEN：亮度TRACE ROTATION：光跡偏轉FOUCUS：聚焦二VERTICAL〔垂直掌握〕CH1、CH2具有類似功能POSITION：垂直方向位置VOLTS/DIV：按下園型旋牛，則在“粗調←→微調”之間切換〔燈亮可微調〕AC/DAD＝GND