djdk-1型电力电子技术实验指导书

djdk-1型电力电子技术实验指导书内容摘要：

反馈环节及二极管限幅环节组成。 其原理如图 120 所示。 在图 120中“ 3”端为信号输入端，二极管 VD1和 VD2起运放输入限幅，保护运放的作用。 二极管 VD VD4和电位器 RP RP2组成正负限幅可调的限幅电路。 由 C R3组成微分反馈校正环节，有助于抑制振荡，减少超调。 R C5组成速度环串联校正环节 ，其电阻、电容均从 DJK08挂件上获得。 改变 R7的阻值改变了系统的放大倍数，改变 C5的电容值改变了系统的响应时间。 RP3为调零电位器。 电位器 RP RP RP3 均安装面板上。 电阻 R电容 C1 和电容 C5 两端在面板上装有接线柱，可根据需要外接电阻及电容，一般在自动控制系统实验中作为速度调节器使用。 17 图 120 调节器 I 原理图 反号器 (AR) 反号器由运算放大器及相关电阻组成，用于调速系统中信号需要倒相的场合，如图 121。 图 121 反号器原理图 反号 器的输入信号 U1由运算放大器的反相输入端输入，故输出电压 U2为： U2 = （ RP1+R3） /R1 U1 调节电位器 RP1的滑动触点，改变 RP1的阻值，使 RP1+R3=R1，则 U2 = U1 输入与输出成倒相关系。 电位器 RP1 装在面板上，调零电位器 RP2 装在内部线路板上（在出厂前我们已经将运放调零，用户不需调零）。 调节器 II 调节器 II 由运算放大器、限幅电路、互补输出、输入阻抗网络及反馈阻抗网络等环节组成，工作原理基本上与调节器 I 相同，其原理图如图 122 所示。 调节器 II 也可当作 调节器 I 使用。 元 件 RP RP RP3 均装在面板上，电容 C电容 C7 和电阻 R13 的数值可根据需要，由外接电 18 阻、电容来改变，一般在自动控制系统实验中作为电流调节器使用。 调节器 II 与 调节器 I 相比，增加了几个输入端，其中“ 3”端接推β信号，当主电路输出过流时，电流反馈与过流保护的“ 3”端输出一个推 β 信号（高电平）信号，击穿稳压管，正电压信号输入运放的反向输入端，使调节器的输出电压下降，使α角向 180 度方向移动，使晶闸管从整流区移至逆变区，降低输出电压，保护主电路。 “ 7”端接逻辑控制器的相应输出端，当有高电平输入时，击 穿稳压管，三极管 V V5 导通，将相应的输入信号对地短接。 在逻辑无环流实验中“ 6”端同为输入端，其输入的值正好相反，如果两路输入都有效的话，两个值正好抵消为零，这时就需要通过“ 7”端的电压输入来控制。 在同一时刻，只有一路信号输入起作用，另一路信号接地不起作用。 图 122 调节器 II 原理图 电压隔离器（ TVD） 电压隔离器的目的是为电压环提供电压反馈信号，在本实验装置中采用 WB121 电压传感器，它利用线性光耦隔离，对输入的直流电压进行实时测量，并转变为适当的电压值输出 ，通过调节电位器 RP1，可得到所需的电压反馈系数。 WB121 的主要技术指标如下： 输入电压范围： 0 300V 输出电压范围： 0 10V 测量精度： 级 输出负载能力： 5mA(DC) 图 123 电压隔离器 七、 DJK07挂件（新器件特性实验） 该挂件装有 SCR(单向晶闸管 )、 MOSFET(功率场效应晶体管 )、 IGBT(绝缘双极性晶体管 )、GTO(门极可关断晶闸管 )、 GTR(大功率晶体管 ) 五种功率器件。 与 DJK06等挂件配合使用，可完成 19 SCR、 MOSFET、 IGBT、 GTO、 GTR的特性实验，测定新器件的特性曲线；与 DJK12等挂件配合使用，可完成 MOSFET、 IGBT、 GTO、 GTR的驱动及保护实验。 面板图如 134所示： 图 134 DJK07面板图 第二章 电力电子及电机控制实验的基本要求 和安全操作说明 《半导体变流技术》、《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，《电力拖动自动控制系统》、《电机控制》是这些专业重要的专业课。 上述课程涉及面广，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等，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，培养和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。 11 实验的特点和要求 电力电子技术与电机控制实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂，系统性较强。 电力电子技术与电机控制实验是上述课程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)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。 (3)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。 (4)熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能及使用方法。 (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。 20 本书介绍了 50 余个电力电 子技术、电机控制及控制理论方面的实验。 电力电子技术方面的实验可以完成三相全控整流及有源逆变电路、单相整流电路及各类触发电路、交流调压电路、自关断电力电子器件的驱动与保护电路等实验，直流调速系统实验可选择双闭环晶闸管不可逆直流调速系统、逻辑无环流可逆直流凋速系统、三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统、双闭环直流 PWM(H 桥 )调速系统等实验，交流调速系统则可进行双闭环异步电机调压调速系统实验、双闭环异步电机串级调速系统实验 、三相异步电机正弦波脉宽调制（ SPWM）变频调速、三相异步电机空间电压矢量（ SVPWM） 变频调速实验和三次谐波注入的马鞍波变频调速等实验。 12 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。 (4)进行实验分组，一般情况下，电力电子技术实验分组为每组 1～ 2 人，交、直流调速系统实验的实验小组为每组 2～ 3 人。 13 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。 (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。 21 14 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独立完成一份实验报告，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)每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。 实验安全操作规程 为了顺利完成 电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程： (1)在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。 (2)为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。 (3)为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。 (4)如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验。 (5)在实验中应注意 所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。 (6)电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实验选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果。 (7)在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。 (8)除作阶跃起动试验外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。 (9)在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。 在完成实验 时，要先关电枢电压，再关励磁电源。 22 第三章 电力电子技术实验 本章节介绍电力电子技术基础的实验内容，其中包括单相、三相整流及有源逆变电路，直流斩波电路原理，单相、三相交流调压电路，单相并联逆变电路，晶闸管 (SCR)、门极可关断晶闸管 (GTO)、功率三极管 (GTR)、功率场效应晶体管 (MOSFET)、 绝缘栅双极性晶体管 (IGBT)等新器件的特性及驱动与保护电路实验。 实验一 单结晶体管触发电路实验 一、实验目的 (1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件 的作用。 (2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 二、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 DJK031 晶闸管触发电路 该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。 3 双踪示波器 自备 三、实验线路及原理 单结晶体管触发电路的工作原理已在 13节中作过介绍。 四、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。 23 五、预习要求 阅读本教材 13 节及电力电子技术 教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。 六、思考题 (1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中 C1 的数值有什么关系 ? (2)单结晶体管触发电路的移相范围能否达到 180176。 ? 七、实验方法 (1)单结晶体管触发电路的观测 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 DJK031的正常工作电源电压为 220V 1。