開關(guān)電源的電路分析與檢測.doc

項目三 開關(guān)電源的電路分析與檢測實驗報告11級電氣3班田旭 同組人：李程、姜鵬、邢海波 一、 實訓目的1、 加深理解斬波器電路的工作原理2、 掌握斬波器的主電路，觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法3、 熟悉斬波器各點的波形二、 實訓內(nèi)容1、 觸發(fā)電路調(diào)試2、 斬波器接電阻性負載斬波器接電阻電感性負載三、 實訓電路與原理1. 降壓（Buck）型變換電路Buck型變換器是最簡單和最基本的高頻變換器結(jié)構(gòu)，其電路如圖3- 1（a）所示。圖中，U為固定電壓的直流電源，V為晶體管開關(guān)（可以是大功率晶體管，也可以是功率場效應(yīng)晶體管）。電感L和電容C為輸出端濾波電路，將脈沖波變成紋波較小的直流波；為在V關(guān)斷時給負載中的電感電流提供通道，還設(shè)置了續(xù)流二極管VD。晶體管V由重復(fù)頻率為f=1/T的控制脈沖uB驅(qū)動。在脈沖周期的ton期間，uB為高電平，V導通，輸入能量通過電感L向負載輸送功率并對電容C充電，電感L中的電流線性增加，在L中儲存能量。此時，忽略V的飽和管壓降，uA=E，二極管VD承受反向電壓而截止。在脈沖周期的toff期間，uB為低電平，V截止，電感L的兩端產(chǎn)生右正左負的感應(yīng)電勢，使二極管VD承受正壓而導通，電感L在ton期間儲存的能量經(jīng)續(xù)流二極管VD傳送給負載。此時，uA0，電感L中的電流線性下降。其工作波形如圖3- 1（b）所示。 圖3- 1 降壓型變換電路 圖3- 2 降壓型變換電路（a）電路圖 （b）工作波形圖1降壓（Buck）型變換電路通常電路工作頻率較高，若電感和電容量足夠大，使fo（）f，在電路進入穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓近似為恒定值Uo。則電感L兩端的電壓為： （1）圖3- 1（b）所示電感L的電流iL，在穩(wěn)態(tài)運行時，一個周期內(nèi)的增量和減量相等，即： （2）由式（1）和式（2）得輸出直流電壓為： （3）其中d=ton/T稱為占空比。顯然，改變d即可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo，且由于0d1，則UoE，屬降壓輸出。輸出電流平均值為： （4）2. 升壓（Boost）型變換電路Boost型變換電路如圖（a）所示，它由晶體管V，儲能電感L，升壓二極管VD和濾波電容C組成。圖2 升壓型變換電路（a）電路圖 （b）工作波形在脈沖周期的ton期間，電力晶體管V導通，忽略V的飽和管壓降，uA=0。輸入電壓E直接加在電感L兩端，iL線性增長，L中儲存能量。二極管VD截止，由儲能濾波電容C向負載RL提供能量，并保持輸出電壓Uo基本不變。在toff期間，V截止，L兩端感應(yīng)電勢左負右正，使二極管VD導通，并與輸入電壓E一起經(jīng)二極管向負載供電，電感L釋放能量，電感電流iL線性下降。設(shè)電容C足夠大，則Uo基本不變，在此期間uA=Uo。其工作波形如圖（b）所示。電感兩端電壓為： （5） 同式（2）一樣，在一個周期內(nèi)iL的增量和減量相等。將式（5）代人式（2）中得輸出電壓為： （6） 顯然，由于0d1，則UoE，是一種升壓輸出。改變 d即可調(diào)節(jié)輸出電壓大小。輸出電流仍為Io=Uo/RL。 三、降壓升壓（BuckBoost）型變換電路BuckBoost型變換器也稱反極性變換器，它的Uo與E極性相反，輸出電壓既可低于、也可以高于輸入電壓。其基本電路如圖（a）所示。圖3降壓升壓型變換電路（a）電路圖 （b）工作波形在uB為高電平，即脈沖周期的ton期間，V導通，忽略其飽和管壓降，則uA=uL=E。此時，E向電感L充電，L中儲存能量，iL線性增長。二極管VD因反偏而截止，由輸出濾波電容C向負載RL提供電流。在uB為低電平，即toff期間，V截止，電感L產(chǎn)生上負下正的感應(yīng)電勢，使二極管VD導通，電感釋放能量，向負載RL供電，并向電容C充電，電感電流iL線性下降。同樣，在電容C足夠大，Uo基本穩(wěn)定不變情況下，uA=uL= -Uo。其工作波形如圖（b）所示。電感兩端電壓為： （7）根據(jù)一個周期內(nèi)電感電流iL的增量和減量相等，將式（7）代入式（2）中得輸出電壓為： （8）調(diào)節(jié)占空比d，即可調(diào)節(jié)輸出電壓大小，并且d0.5時，UoE，為降壓輸出；d=0.5時，UoE，為等壓輸出；d0.5時，UoE，為升壓輸出。負載上得到的輸出電流仍為Io=Uo/RL。項目四 晶閘管串級調(diào)速裝置的分析與檢測實驗報告11級電氣3班田旭 同組人：李程、姜鵬、邢海波 實驗十一 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一、實驗?zāi)康?1)加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理。(2)了解KC系列集成觸發(fā)器的調(diào)整方法和各點的波形。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”,“正反橋功放”等幾個模塊。4DJK06 給定及實驗器件該掛件包含“二極管”等幾個模塊。5DJK10 變壓器實驗該掛件包含“逆變變壓器”以及“三相不控整流”。6D42三相可調(diào)電阻7雙蹤示波器自備8萬用表自備三、實驗線路及原理實驗線路如圖3-13及圖3-14所示。主電路由三相全控整流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流電路組成，觸發(fā)電路為DJKO2-1中的集成觸發(fā)電路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片組成，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。集成觸發(fā)電路的原理可參考1-3節(jié)中的有關(guān)內(nèi)容，三相橋式整流及逆變電路的工作原理可參見電力電子技術(shù)教材的有關(guān)內(nèi)容。 圖3-13 三相橋式全控整流電路實驗原理圖在三相橋式有源逆變電路中，電阻、電感與整流的一致，而三相不控整流及心式變壓器均在DJK10掛件上，其中心式變壓器用作升壓變壓器，逆變輸出的電壓接心式變壓器的中壓端Am、Bm、Cm,返回電網(wǎng)的電壓從高壓端A、B、C輸出，變壓器接成Y/Y接法。圖中的R均使用D42三相可調(diào)電阻，將兩個900接成并聯(lián)形式；電感Ld在DJK02面板上，選用700mH，直流電壓、電流表由DJK02獲得。圖3-14 三相橋式有源逆變電路實驗原理圖四、實驗內(nèi)容(1)三相橋式全控整流電路。(2)三相橋式有源逆變電路。(3)在整流或有源逆變狀態(tài)下，當觸發(fā)電路出現(xiàn)故障(人為模擬)時觀測主電路的各電壓波形。五、預(yù)習要求(1)閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)三相橋式全控整流電路的有關(guān)內(nèi)容。(2)閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)有源逆變電路的有關(guān)內(nèi)容，掌握實現(xiàn)有源逆變的基本條件。(3)學習本教材1-3節(jié)中有關(guān)集成觸發(fā)電路的內(nèi)容，掌握該觸發(fā)電路的工作原理。六、思考題(1)如何解決主電路和觸發(fā)電路的同步問題?在本實驗中主電路三相電源的相序可任意設(shè)定嗎?(2) 在本實驗的整流及逆變時，對角有什么要求?為什么?七、實驗方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1“三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關(guān)，撥動 “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器（在各觀測孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK06上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=0），調(diào)節(jié)DJK02-1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=150(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0是從自然換流點開始計算，前面實驗中的單相晶閘管電路的0移相角表示從同步信號過零點開始計算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30)。適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時應(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發(fā)脈沖輸出”和“觸發(fā)脈沖輸入”相連，使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DJK02“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2)三相橋式全控整流電路 按圖3-13接線，將DJK06上的 “給定”輸出調(diào)到零(逆時針旋到底)，使電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，調(diào)節(jié)給定電位器，增加移相電壓，使角在30150范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時，根據(jù)需要不斷調(diào)整負載電阻R,使得負載電流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超過0.65A)。用示波器觀察并記錄=30、60及90時的整流電壓Ud和晶閘管兩端電壓Uvt的波形，并記錄相應(yīng)的Ud數(shù)值于下表中。306090U2Ud(記錄值)Ud/U2Ud(計算值)計算公式:Ud=2.34U2cos (060O) Ud=2.34U21+cos(a+) (60o120o)(3)三相橋式有源逆變電路按圖3-14接線，將DJK06上的 “給定”輸出調(diào)到零(逆時針旋到底)，將電阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，調(diào)節(jié)給定電位器，增加移相電壓，使角在3090范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時，根據(jù)需要不斷調(diào)整負載電阻R,使得電流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超過0.65A)。用示波器觀察并記錄=30、60、90時的電壓Ud和晶閘管兩端電壓UVT的波形，并記錄相應(yīng)的Ud數(shù)值于下表中。306090U2Ud(記錄值)Ud/U2Ud(計算值)計算公式:Ud=2.34U2cos(180O-)(4)故障現(xiàn)象的模擬當=60時，將觸發(fā)脈沖鈕子開關(guān)撥向“斷開”位置，模擬晶閘管失去觸發(fā)脈沖時的故障，觀察并記錄這時的Ud、UVT波形的變化情況。八、實驗報告(1)畫出電路的移相特性Ud =f()。(2)畫出觸發(fā)電路的傳輸特性 =f(Uct)。(3) 畫出=30、60、90、120、150時的整流電壓Ud和晶閘管兩端