三相全桥整流及有源逆变实验doc

三相全桥整流及有源逆变实验

一、实验项目名称

三相全桥整流及有源逆变实验

二、 基本内容

1、已知条件

1） 三相桥式全控整流电路的电路原理图如图所示：

其中，阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。共阴极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1，VT3，VT5，共阳极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6

2)三相桥式全控整流电路的特点

a.每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各1个，且不能为同一相的晶闸管。

b.6个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60° 。

c.共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120° 。

d. 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180° 。

e.在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。

3）带电阻负载时的工作情况

a.a≤60°时ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形的形状是一样的，也连续。

b.a=60°时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继续降低。a=60°时ud出现了为零的点。

c.a>60°时,因为id与ud一致，一旦ud降为至零，id也降至零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，ud波形不能出现负值。

4)阻感负载时的工作情况

a.a≤60°时,ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。

b.a>60°时 ,由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。

5）三相桥式电路工作于有源逆变状态，电路图如图所示：

产生逆变的条件：

a)要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。

b)晶闸管的控制角a>p/2，使Ud为负值。   

两者必须同时具备才能实现有源逆变

2、   实验要求

1)  观测分析整流状态下阻性负载、阻-感性负载Ud,UVT波形

2)  观测分析逆变状态下阻-感性-反电动势负载Ud,UVT波形及逆变功率测量。

实验条件描述

1、实验主要设备仪器

MCL-V型电力电子教学试验台

Tektronix TDS 1012示波器1台

GDM-8145数字万用表1台

2、实验小组人员分工

实验分工

报告分工

主要操作人

数据记录人

主要撰写人

辅助撰写人

肖美龄1043031590

王培1043031507

王培 1043031507

肖美龄1043031590

李小凤1043031513

张敏华1043031477

张敏华1043031477

李小凤1043031513

四、实验过程描述

 1、实验原理图如下图所示

2、连接三相整流桥及逆变回路

a)由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至三相降压变压器（MCL-35），输出三相电源（线电压约110–130V）作为交流桥的交流输入；

b)由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至由二极管组成的三相不可控全波整流桥，作为逆变时负载回路的电动势源（大小恒定的电压源）；

c)由双刀双置开关构成整流和逆变选择回路；

d）约定整流、逆变临界控制点为UCT=0，当UCT>0时，处于整流移相控制；UCT<0时处于逆变移相控制。

3、   整流过程

1）  阻性(450W)负载测试

双置开关选择整流回路，负载电阻设定为最大（约450W），加正给定电压，连接电路。

a)、观测并记录整流状态下&alpha;≈0O，60O，90O时ud、UVT波形，结果如下：

α≈0O时，ud的波形：

α≈0O时，UVT的波形：

α≈60O时，ud的波形：

α≈60O时，UVT的波形：

α≈90O时，ud的波形：

α≈90O时，UVT的波形：

b)、α≈0O时封锁一只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值，结果如下：

通过实验测得Ud=120V，波形如下图所示：

c)、α≈0O时封锁2只共阴极组晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值，结果如下：

实验测得Ud=67V，波形如图所示

d)、α≈0O时封锁1只共阳极组晶闸管1只共阴极组晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值，结果如下：

实验测得Ud=93V，波形如下图所示

2）  阻-感（300W+ 700mH )负载测试

a)、双置开关选择整流回路，观测并记录α=30O，90O时ud、uVT波形，记录结果如下所示

α≈30O时，ud的波形：

α≈30O时，UVT的波形：

α≈90O时，ud的波形：

α≈90O时，UVT的波形：

b)、α=60O封锁1只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值，结果如下所示：

实验测得Ud=116V,波形如下图所示

c)、α=60O封锁2只晶闸管的脉冲信号，记录ud的波形及大小值，结果如下所示：

实验测得Ud=80V，波形如下图所示

4、逆变过程

断掉主回路电源，将负载回路切换到逆变条件，注意逆变电动势源的直流极性。

a)、选负给定信号，保持负载为（450Ω+700mH），再合上电源，观测逆变状态下β=60O, 90O时ud，uVT波形,实验结果如下：

α≈60O时，ud的波形：

α≈60O时，UVT的波形：

α≈90O时，ud的波形：

α≈90O时，UVT的波形：

b)、在恒定负载情况下（电阻450Ω，电感700mH，直流反电动势E基本恒定），在最大逆变移相范围内，测定电网实际吸收直流功率Pk = f (Ud)的函数曲线（不低于8组数据点）。已知，三相全控桥输出等效电阻Rn=12 W。实验记录结果如下：

Ud(V)

Id(A)

-165

0.32

-124

0.40

-101

0.45

-78

0.50

-58

0.55

-37

0.59

-33

0.60

-9

0.65

五、实验数据处理

1、在逆变过程中的恒定负载情况下，根据公式Pk=|Id*Ud|-Id2*Rn,把测量结果带入公式则可求得电网实际吸收直流功率Pk,结果如下表：

Ud(V)

Id(A)

Pk(W)

-165

0.32

51.57

-124

0.40

47.68

-101

0.45

43.02

-78

0.50

36

-58

0.55

28.27

-37

0.59

17.65

-33

0.60

15.48

-9

0.65

0.78

2.根据测量及计算结果，电网实际吸收直流功率Pk = f (Ud)的函数曲线如图所示：

其中，横轴代表Ud，纵轴代表Pk

误差分析：在实验操作过程中，有对于电流表以及电压表的观测操作带来的观测误差为主要偶然误差；而实验中，示波器上所得到的波形图存在很多毛刺，与理想情况下的波形图存在差异，主要原因是加入了较大的电感所引起的。虽然实验中我们用电容加电阻串联来减少毛刺，但波形图差异依然比较明显。

实验之后进行如下讨论：

1.分析比较整流工作时，阻性负载和阻感负载再缺相（丢失一路触发信号）故障下，Ud瞬时波形的差异性？

答：在缺相故障时，阻感负载由于存在较大的电感，因此Ud的波形还是可以过零点。这是因为流过电感元件的电流不能突变，大电感会产生一个阻碍电流的电动势；而对于阻性负载，其波形就会受到缺相的影响，不会过零点。

2.整流状态下阻-感负载时，α=90°时，Ud的瞬时波形就一定会有正负半波吗，为什么？

答：

3.说明逆变状态下，逆变电源的负载波形是电路上哪两端的波形？为什么逆变输出电压Ud越高，负载电流Id越小？

答: 逆变电源的负载波形是电路上晶闸管共阴极与共阳极两端的电压波形；已知Id=（|Em|-|Ud|）/RΣ，所以逆变输出电压Ud越高，负载电流Id越小。

对曲线结果做趋势分析：

1.如图，随着Ud的减小，Pk也逐渐减小，最后曲线过零点。

2.如图，随着Ud的增大，曲线趋于平缓，当Ud大到一定程度时，Pk基本不变。

3.如图，当0<Ud<20V时，曲线大致呈线性变化，Pk随Ud变化而变化。