《项目三  开关电源的电路分析与检测》实验报告

11级电气3班

田旭

 同组人：李程、姜鹏、邢海波

一、             实训目的

1、  加深理解斩波器电路的工作原理

2、  掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法

3、  熟悉斩波器各点的波形

二、             实训内容

1、  触发电路调试

2、  斩波器接电阻性负载

斩波器接电阻—电感性负载

三、   实训电路与原理

1. 降压（Buck）型变换电路

Buck型变换器是最简单和最基本的高频变换器结构，其电路如图1（a）所示。图中，U为固定电压的直流电源，V为晶体管开关（可以是大功率晶体管，也可以是功率场效应晶体管）。电感L和电容C为输出端滤波电路，将脉冲波变成纹波较小的直流波；为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管VD。

晶体管V由重复频率为f=1/T的控制脉冲u_B驱动。在脉冲周期的t_on期间，u_B为高电平，V导通，输入能量通过电感L向负载输送功率并对电容C充电，电感L中的电流线性增加，在L中储存能量。此时，忽略V的饱和管压降，u_A=E，二极管VD承受反向电压而截止。在脉冲周期的t_off期间，u_B为低电平，V截止，电感L的两端产生右正左负的感应电势，使二极管VD承受正压而导通，电感L在t_on期间储存的能量经续流二极管VD传送给负载。此时，u_A＝0，电感L中的电流线性下降。其工作波形如图1（b）所示。

 

                       

图3- 24  降压型变换电路

  图3- 24  降压型变换电路

（a）电路图         （b）工作波形

图1降压（Buck）型变换电路

通常电路工作频率较高，若电感和电容量足够大，使f_o（）》f，在电路进入稳态后，输出电压近似为恒定值U_o。则电感L两端的电压为：

                       （1）

图1（b）所示电感L的电流i_L，在稳态运行时，一个周期内的增量和减量相等，即：

                            （2）

由式（1）和式（2）得输出直流电压为：

                                （3）

其中d=t_on/T称为占空比。显然，改变d即可调节输出电压U_o，且由于0＜d＜1，则U_o＜E，属降压输出。

输出电流平均值为：

                                    （4）

2. 升压（Boost）型变换电路

Boost型变换电路如图2（a）所示，它由晶体管V，储能电感L，升压二极管VD和滤波电容C组成。

图2  升压型变换电路

（a）电路图         （b）工作波形

在脉冲周期的t_on期间，电力晶体管V导通，忽略V的饱和管压降，u_A=0。输入电压E直接加在电感L两端，i_L线性增长，L中储存能量。二极管VD截止，由储能滤波电容C向负载R_L提供能量，并保持输出电压U_o基本不变。在t_off期间，V截止，L两端感应电势左负右正，使二极管VD导通，并与输入电压E一起经二极管向负载供电，电感L释放能量，电感电流i_L线性下降。设电容C足够大，则U_o基本不变，在此期间u_A=U_o。其工作波形如图2（b）所示。

电感两端电压为：

                （5）

同式（2）一样，在一个周期内i_L的增量和减量相等。将式（5）代人式（2）中得输出电压为：

                  （6）

    显然，由于0＜d＜1，则U_o＞E，是一种升压输出。改变 d即可调节输出电压大小。输出电流仍为I_o=U_o/R_L。

    三、降压／升压（Buck－Boost）型变换电路

Buck－Boost型变换器也称反极性变换器，它的U_o与E极性相反，输出电压既可低于、也可以高于输入电压。其基本电路如图3（a）所示。

图3降压／升压型变换电路

（a）电路图         （b）工作波形

在u_B为高电平，即脉冲周期的t_on期间，V导通，忽略其饱和管压降，则u_A=u_L=E。此时，E向电感L充电，L中储存能量，i_L线性增长。二极管VD因反偏而截止，由输出滤波电容C向负载R_L提供电流。在u_B为低电平，即t_off期间，V截止，电感L产生上负下正的感应电势，使二极管VD导通，电感释放能量，向负载R_L供电，并向电容C充电，电感电流i_L线性下降。同样，在电容C足够大，U_o基本稳定不变情况下，u_A=u_L= -U_o。其工作波形如图3（b）所示。

电感两端电压为：

          （7）

根据一个周期内电感电流i_L的增量和减量相等，将式（7）代入式（2）中得输出电压为：

                   （8）

调节占空比d，即可调节输出电压大小，并且d＜0.5时，U_o＜E，为降压输出；d=0.5时，U_o＝E，为等压输出；d＞0.5时，U_o＞E，为升压输出。负载上得到的输出电流仍为I_o=U_o/R_L。

《项目四  晶闸管串级调速装置的分析与检测》实验报告

11级电气3班

田旭

 同组人：李程、姜鹏、邢海波

       实验十一   三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、实验目的

(1)加深理解三相桥式全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

三、实验线路及原理

实验线路如图3-13及图3-14所示。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。集成触发电路的原理可参考1-3节中的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。

   

图3-13 三相桥式全控整流电路实验原理图

在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端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。

图中的R均使用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式；电感L_d在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。

 

图3-14 三相桥式有源逆变电路实验原理图

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、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)阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。

(3)学习本教材1-3节中有关集成触发电路的内容，掌握该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)在本实验的整流及逆变时，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U_g直接与DJK02-1上的移相控制电压U_ct相接，将给定开关S₂拨到接地位置（即U_ct=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=150°(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。

⑥适当增加给定U_g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用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。

⑧将DJK02-1面板上的U_lf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3-13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°～150°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I_d保持在0.6A左右(注意I_d不得超过0.65A)。用示波器观察并记录α=30°、60°及90°时的整流电压U_d和晶闸管两端电压U_vt的波形，并记录相应的U_d数值于下表中。

计算公式:U_d=2.34U₂cosα          (0～60^O)

        U_d=2.34U₂[1+cos(a+)]   (60^o～120^o)

(3)三相桥式有源逆变电路

按图3-14接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，将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I_d保持在0.6A左右(注意I_d不得超过0.65A)。用示波器观察并记录β=30°、60°、90°时的电压U_d和晶闸管两端电压U_VT的波形，并记录相应的U_d数值于下表中。

计算公式:U_d=2.34U₂cos(180^O-β)

(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U_d、U_VT波形的变化情况。

八、实验报告

(1)画出电路的移相特性U_d =f(α)。

(2)画出触发电路的传输特性α =f(U_ct)。

(3)画出α=30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压U_d和晶闸管两端电压U_VT的波形。

(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)三相不控整流桥的输入端可加接三相自耦调压器，以降低逆变用直流电源的电压值。

    (3)有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为A、C两相的相位接反了，这对整流状态无影响，但在逆变时，由于调节范围只能到120°，使实验效果不明显，用户可自行将四芯插头内的A、C相两相的导线对调，就能保证有足够的移相范围。

 

第二篇：开关电源电路故障分析与检测技巧