实验一 三相集成触发器和三相桥式全控整流电路实验

一、实验目的

(1)加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理。 (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

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK02-1三相晶闸管触发电路 DJK06 给定及实验器件 DJK10 变压器实验 D42 三相可调电阻 双踪示波器 万用表 该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。 该挂件包含“二极管”等几个模块。 该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。 自备 自备 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 三、实验线路及原理

实验线路如图1所示。主电路由三相全控整流电路组成，图中的R均使用D42三相可调电

阻，将两个900Ω接成并联形式，直流电压、电流表由DJK02获得。三相桥式整流的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。

图1 三相桥式全控整流电路实验原理图

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，面板图如图2所示。

1、移相控制电压Uct输入及偏移电压Ub观测及调节

Uct及Ub用于控制触发电路的移相角；在一般的情况下，我们首先将Uct接地，调节Ub，从而确定触发脉冲的初始位置；当初始触发角固定后，在以后的调节中只调节Uct的电压，这样

o

能确保移相角始终不会大于初始位置，防止实验失败；如在逆变实验中初始移相角α=150

O

定下后，无论调节Uct，都能保证β>30，防止在实验过程中出现逆变的情况。

2、触发脉冲指示

在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，当开关拨到左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；当开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄脉冲。

图2 DJK02-1面板图

3．三相同步信号输入端

通过专用的十芯扁平线将DJK02上的“三相同步信号输出端”与DJK02-1“三相同步信号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同步信号；同步信号也可以从其他地方提供，但要注意同步信号的幅度和相序问题。

4、锯齿波斜率调节与观测孔

由外接的三相同步信号经KC04集成触发电路，产生三路锯齿波信号，调节相应的斜率调节电位器，可改变相应的锯齿波斜率，三路锯齿波斜率在调节后应保证基本相同，使六路脉冲间隔基本保持一致，才能使主电路输出的整流波形整齐划一。

5、控制电路

其触发线路原理如图3 所示。在由原KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60°的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。

在面板上设有三相同步信号观测孔、两路触发脉冲观测孔。VT1～VT6为单脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)；VT1’～VT6’为双脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)。三相同步电压信号从三路KC04的“8”脚输入，在其“4”脚相应形成线性增加的锯齿波，移相控制电压Uct和偏移电压Ub经叠加后，从“9”脚输入。当触发脉冲选择的钮子开

图3 触发电路原理图

关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066（电子开关），使得每个KC04从“1、15”脚输出相位相差180°的单窄脉冲(可在上面的VT1～VT6脉冲观测孔观测到)，窄脉冲经KC41（六路双脉冲形成器）后，得到六路双窄脉冲(可在下面的VT1’～VT6’脉冲观测孔观测到)。将钮子开关拨到宽脉冲侧时，通过控制4066，使得KC04的“1、15”脚输出宽脉冲，同时将KC41的控制端“7”脚接高电平，使KC41停止工作，宽脉冲则通过4066的“3、9”两脚直接输出。4069为反相器，它将部分控制信号反相，用以控制4066；KC42为调制信号发生器，对窄脉冲和宽脉冲进行高频调制。具体有关KC04、KC41、KC42的内部电路原理图，请查阅教材的相关内容。

6、正、反桥功放电路

正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图4 所示；由晶闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。Ulf即为DJKO2面板上的Ulf ,该点接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将Ulf改为Ulr。

7、正桥控制端Ulf及反桥控制端Ulr 这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路最终输出；当端子悬空表示功放不工作；Ulf端子控制正桥功放，Ulr端子控制反桥功放。

8、正、反桥脉冲输出端

经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端” 与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应的触发脉冲。

图4 功放电路原理图

四、实验方法

先调试关键的触发电路，后接上晶闸管主电路进行联调。 (1)三相集成触发电路调试

①打开DJK01总电源开关，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相的锯齿波波形(示波器黑夹子接地)，并调节B、C相的锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使B、C相的锯齿波和A相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤调节DJK02-1上的偏移电压电位器Rp，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°(此时VT1的脉冲前沿对应于A相同步电压信号的过零变负点)。

⑥将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接（两模块接地端也要相连），适当增加给定的正电压输出，观测VT1脉冲的移相过程（以A相同步电压信号为

参考电压，触发角计算起点在同步电压30°处）。分别记录触发控制角为0°、30°、60°和90°时对应的移相控制电压Uct。（提示：1ms对应18°）

⑦观测六路单窄脉冲之间是否相差60度，以及六路双窄脉冲是否正常，并做记录。

触发角α 控制电压Uct 0° 30° 60° 90° ⑧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。

⑨将DJK02-1面板上的Ulf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的研究

①按图1接线，将DJK04上的给定电压Ug调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最大阻值处。

②按下“启动”按钮，调节给定电位器增加给定Ug，使α角在0°～150°范围内调节(注意Id不得超过0.65A)。用示波器观察并记录0°、30°、60°和90°时的整流输出电压ud波形及大小(Ud)，并记录于下表中。此外，需测量整流变压器二次侧相电压U2，为计算Ud服务。

③调节给定电位器以改变给定Ug，用示波器观察并记录α=60°时的晶闸管VT1两端电压uVT1的波形。 负载 性质 整流电路 电阻性负载 α 0° 30° 60° 90° 阻感性负载 60° 90° Ud（记录） Ud（计算） 须测量U2相电压 ud波形 其他波形 uVT1 id 计算公式:Ud=2.34U2cosα (0～60) Ud=2.34U2[1+cos(a+

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3)] (60～120)

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④按下“停止”按钮，将DJK06上的 “给定”调到零(逆时针旋到底)，将负载接成阻感负载（电感Ld选用700mH，电阻器放在最大阻值处）。

⑤再次按下“启动”按钮，调节给定Ug，用示波器观察并记录α=60°和90°时的整流电压ud波形及大小，以及α=60°时的负载电流id波形。

五、实验报告

(1)画出电路的移相特性Ud =f(α)。 (2)画出触发电路的传输特性α=f(Uct)。

(3)画出α=0°、30°、60°、90°时电阻负载的整流电压ud波形及α=60°时的晶闸管VT1两端电压uVT1的波形。

(4)画出α=60°和90°时的整流电压ud波形，以及α=60°时的负载电流id波形。 六、注意事项

(1)本实验中输出的直流电压可达300V左右，要注意用电安全。不带电拆接线。主电路接完，需经检查无误，方能上主电（按钮开关）做实验。

(2)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

(3)为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置。 (4)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。