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
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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
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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。
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