實驗九三相半波可控整流電路實驗

實驗九三相半波可控整流電路實驗第1頁/共59頁第2頁/共59頁一、 實驗目的了解三相半波可控整流電路的工作原理，研究可控整流電路在電阻負載和電阻電感性負載時的工作情況。第3頁/共59頁二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1TKDD-1電源控制屏UANUBNUCN2DK03晶閘管主電路VT1VT3VT53DK04三相晶閘管觸發(fā)電路UGK4DK08給定及實驗器件0~15v可調UCT5DQ27三相可調電阻450Ω6雙蹤示波器YB43287萬用表DT9205第4頁/共59頁三、實驗線路及原理900Ω并900Ω+-第5頁/共59頁三、實驗線路及原理900Ω并900ΩM+-+-直流并勵電動機第6頁/共59頁三、實驗線路及原理三相半波可控整流電路用了三只晶閘管，與單相電路比較，其輸出電壓脈動小，輸出功率大。不足之處是晶閘管電流即變壓器的副邊電流在一個周期內只有1/3時間有電流流過，變壓器利用率較低。第7頁/共59頁三、實驗線路及原理圖3-10中晶閘管用DK03正橋組的三個，電阻R用DQ27三相可調電阻，將兩個900Ω接成并聯形式，Ld電感用DK03面板上的700mH，其三相觸發(fā)信號由DK04內部提供，只需在其外加一個給定電壓接到Uct端即可。直流電壓、電流表由DK03獲得。第8頁/共59頁四、實驗內容(1)研究三相半波可控整流電路帶電阻性負載。(2)研究三相半波可控整流電路帶電阻電感性負載。第9頁/共59頁閱讀電力電子技術教材中有關三相半波整流電路的內容。五、預習要求第10頁/共59頁六、思考題(1)如何確定三相觸發(fā)脈沖的相序，主電路輸出的三相相序能任意改變嗎？(2)根據所用晶閘管的定額，如何確定整流電路的最大輸出電流？第11頁/共59頁七、實驗方法(1)DK03和DK04上的“觸發(fā)電路”調試

①打開TKDD-1總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網電壓是否平衡。②將TKDD-1“電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。③用10芯的扁平電纜，將DK03的“三相同步信號輸出”端和DK04“三相同步信號輸入”端相連,打開DK04電源開關，撥動“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發(fā)光管亮。第12頁/共59頁七、實驗方法(1)DK03和DK04上的“觸發(fā)電路”調試

④觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。⑤將DK08上的“給定”輸出Ug直接與DK04上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到接地位置（即Uct=0），調節(jié)DK04上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔”

VT1的輸出波形，使α=170°。第13頁/共59頁七、實驗方法(1)DK03和DK04上的“觸發(fā)電路”調試

⑥適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DK04上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。⑦將DK04面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DK04的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DK03“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DK03“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關撥至“通”，觀察正橋VT1～VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。第14頁/共59頁七、實驗方法(2)三相半波可控整流電路帶電阻性負載按圖3-10接線，將電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，DK08上的“給定”從零開始，慢慢增加移相電壓，使α能從30°到170°范圍內調節(jié)，用示波器觀察并紀錄α=30°、60°、90°、120°、150°時整流輸出電壓Ud和晶閘管兩端電壓UVT的波形，并紀錄相應的電源電壓U2及Ud的數值于下表中第15頁/共59頁七、實驗方法α30°60°90°120°150°U2122122122122122Ud（記錄值）1248241110Ud/U21.01250.6750.33750.090450Ud（計算值）1248241110第16頁/共59頁α30°60°90°120°150°U2119119119119119Ud（記錄值）Ud/U21.020.670.340.090Ud（計算值）1218040110第17頁/共59頁第18頁/共59頁七、實驗方法(3)三相半波整流帶電阻電感性負載將DK03上700mH的電抗器與負載電阻R串聯后接入主電路，觀察不同移相角α時Ud、Id的輸出波形，并記錄相應的電源電壓U2及Ud、Id值，畫出α＝90o時的Ud及Id波形圖。第19頁/共59頁八、實驗報告繪出當α＝90o時，整流電路供電給電阻性負載、電阻電感性負載時的Ud及Id的波形，并進行分析討論。第20頁/共59頁九、注意事項(1)雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發(fā)生意外。第21頁/共59頁九、注意事項(2)由于脈沖“G”、“K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值），否則，無法觀察到正確的脈沖波形。第22頁/共59頁(3)為避免晶閘管意外損壞，實驗時要注意以下幾點：①在主電路未接通時，首先要調試觸發(fā)電路，只有觸發(fā)電路工作正常后，才可以接通主電路。②在接通主電路前，必須先將控制電壓Uct調到零，且將負載電阻調到最大阻值處；接通主電路后，才可逐漸加大控制電壓Uct，避免過流。③要選擇合適的負載電阻和電感，避免過流。在無法確定的情況下，應盡可能選用大的電阻值。九、注意事項第23頁/共59頁(4)

由于晶閘管持續(xù)工作時，需要有一定的維持電流，故要使晶閘管主電路可靠工作，其通過的電流不能太小，否則可能會造成晶閘管時斷時續(xù)，工作不可靠。在本實驗裝置中，要保證晶閘管正常工作，負載電流必須大于500mA以上。(5)整流電路與三相電源連接時，一定要注意相序，必須一一對應。九、注意事項第24頁/共59頁(6)在實驗中要注意同步電壓與觸發(fā)相位的關系，例如在單結晶體管觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖產生的位置是在同步電壓的上半周，而在鋸齒波觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖產生的位置是在同步電壓的下半周，所以在主電路接線時應充分考慮到這個問題，否則實驗就無法順利完成。(7)

使用電抗器時要注意其通過的電流不要超過1A，保證線性。九、注意事項第25頁/共59頁控制角為0度時的波形控制角為30度時各點的波形控制角為60度時各點的波形第26頁/共59頁第27頁/共59頁第28頁/共59頁第29頁/共59頁結束,謝謝!!!第30頁/共59頁1.6

電力電子器件器件的驅動1.6.1電力電子器件驅動電路概述1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路1.6.3典型全控型器件的驅動電路第31頁/共59頁1.6.1電力電子器件驅動電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，減小開關損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現。驅動電路的基本任務：按控制目標的要求施加開通或關斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。驅動電路——主電路與控制電路之間的接口第32頁/共59頁1.6.1電力電子器件驅動電路概述

驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型第33頁/共59頁1.6.1電力電子器件驅動電路概述按照驅動信號的性質分，可分為電流驅動型和電壓驅動型。驅動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合集成電路。為達到參數最佳配合，首選所用器件生產廠家專門開發(fā)的集成驅動電路。分類第34頁/共59頁1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路作用：產生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時間（<1s）t1~t3強脈寬度IM強脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路第35頁/共59頁1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路V1、V2構成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構成脈沖輸出環(huán)節(jié)。

V1、V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。圖1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路第36頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似。GTO關斷控制需施加負門極電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1)

電流驅動型器件的驅動電路正的門極電流5V的負偏壓GTO驅動電路通常包括開通驅動電路、關斷驅動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。第37頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29典型的直接耦合式GTO驅動電路第38頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路開通驅動電流應使GTR處于準飽和導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅動電流波形(2)GTR第39頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路GTR的一種驅動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖1-31

GTR的一種驅動電路驅動GTR的集成驅動電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。第40頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件。為快速建立驅動電壓，要求驅動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅動電壓一般15~20V。關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2)電壓驅動型器件的驅動電路第41頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路(1)電力MOSFET的一種驅動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅動電路專為驅動電力MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅動電壓+15V和-10V。

第42頁/共59頁1.6.3

典型全控型器件的驅動電路(2)IGBT的驅動圖1-33

M57962L型IGBT驅動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

多采用專用的混合集成驅動器。第43頁/共59頁1.7電力電子器件器件的保護1.7.1過電壓的產生及過電壓保護1.7.2過電流保護1.7.3緩沖電路第44頁/共59頁1.7.1過電壓的產生及過電壓保護外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯的二極管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內因過電壓第45頁/共59頁1.7.1過電壓的產生及過電壓保護過電壓保護措施圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。第46頁/共59頁1.7.2過電流保護過電流——過載和短路兩種情況保護措施負載觸發(fā)電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖1-37過電流保護措施及配置位置第47頁/共59頁1.7.2過電流保護全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)，響應最快。快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種第48頁/共59頁1.7.3

緩沖電路關斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復合緩沖電路——關斷緩沖電路和開通緩沖電路的結合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路(SnubberCircuit)

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又稱吸收電路，抑制器件的內因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。第49頁/共59頁b)tuCEiCOdidt抑制電路無時didt抑制電路有時有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC1.7.3

緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關斷時的負載線第50頁/共59頁1.7.3

緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路第51頁/共59頁1.8電力電子器件器件的串聯和并聯使用1.8.1晶閘管的串聯1.8.2晶閘管的并聯1.8.3電力MOSFET和IGBT并聯運行的特點第52頁/共59頁1.8.1晶閘管的串聯問題：理想串聯希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。靜態(tài)不均壓：串聯的器件流過的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等。動態(tài)不均壓：由于器件動態(tài)參數和特性的差異造成的不均壓。目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯。第53頁/共59頁1.8.1晶閘管的串聯靜態(tài)均壓措施：選用參數和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp的阻值應比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖1-41晶閘管的串聯a)伏安特性差異b)串聯均壓措施動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數和特性