三相全桥整流及有源逆变实验报告_川大

三相全桥整流及有源逆变实验

【实验基本内容】

一，实验已知条件及预备知识

基于电力电子技术课程中学习的整流电路的知识，根据实验指导要求，进行本次试验。

本次实验是电力电子技术实验第二次实验。因为已经有了一次的实验经验，我们这次的实验做得很快，也比较成功。实验操作前，老师还是介绍了整个实验的原理和方法。这次实验的仪器和上次一样。

◇MCL—III型 电力电子及电气传动教学实验台

MCL-Ⅲ型电力电子及电气传动教学实验台采用积木式结构，主要由以下几部分组成：

1.电源

（1）交流电源由三相电源从电网输入经三相保险丝、总钥匙开关、接触器、三相隔离变压器在面板上输出。

（2）直流励磁电源提供220V/0.5A直流电源, 作为直流电动机、发电机的励磁电源。

（3）低压直流电源输出，+15V/1A,-15V/0.5A.带有短路保护。

2.安全保护系统

（1）隔离变压器将电网电压和学生实验用电进行隔离。保证学生的人身安全。

（2）该系统有过流保护功能，有电流互感器对实验电流进行检测，一旦过流即断开总电源,保护功率器件不被损坏。

（3）设有电压型漏电保护装置,对实验过程中的漏电，能够告警断开总电源。

3.检测仪表

（1）交流电流表（1只）：测量范围为0～1A。

（2）直流安培表（1只）：测量范围为0～±2A。

4.调速系统

包括速度变换器、转速调节器和电流调节器。实验装置提供二组PID调节器，分别对速度、电流反馈量进行调节。

5.输入给定

通过多圈电位器，提供0 ～±13V的连续可调电压，并带有仪表监视。

MCL-Ⅲ型电力电子及电气传动教学实验台可以进行“电力电子技术”和“交、直流调速”的相关实验，能够满足“电力电子技术”和“电气传动自动控制系统”课程的实验要求。还能进一步开发出新的实验项目用于程设计或为研究生开设相应的实验项目。

二，实验内容

1、  观测整流状态下阻性负载、阻-感性负载时Ud，Uvt波形：

2、  观测逆变状态下（阻-感性-反电动势负载）Ud，Uvt波形及逆变功率测量：

【实验条件】

一，实验设备和实验仪器

设备名称

设备型号

技术指标

电力及电气传动教学试验台

MCL—Ⅲ型

容量：1.5kVA

体积：1.6×0.75×1.6m2

Tektronix双踪示波器

TDS1012

带宽：100MHz

最高采样率：1GS/s

GW—Instek数字万用表

GDM—8145

二，实验组成员分工

姓名

学号

完成实验工作

1，读电路原理图分析实验台接线

2，读取数据

（主要操作人）

1，实验电路接线操作

2，读取数据

（辅助操作人）

1，检查接线（辅助操作人）

2，读取数据

1，数据记录

2,撰写实验报告（实验基本内容，实验条件，实验过程，实验数据处理，数据曲线拟合实验过程和思考题，特别要求）

1，  示波器测量操作（主要操作人）

2, 检查实验电路接线

3，拍摄记录示波器波形

我们组在实验后进行了三次讨论。组员都参与了实验数据的分析和思考题的解答。在讨论过程中，小组成员结合实验，互相帮助深化课程教学知识，总结实验经验，受益匪浅。

三，实验原理（三相全桥整流及有源逆变基本原理）

三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。 6 个晶闸管导通的顺序是按 VT6 – VT1 → VT1 – VT2 → VT2 – VT3 → VT3 – VT4 → VT4 – VT5 → VT5 – VT6 依此循环，每隔 60 °有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为 60 °。三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。

三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a ＞ 90 °，使 U d 为负值。

三相桥式全控整流电路 原理图

【实验过程】

连接三相整流桥及逆变回路

（1）     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）作为三相变流桥的交流输入；

（2）     由三相隔离变压器（MCL-32）二次绕组接至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）；

（3）     由双刀双掷开关构成整流和逆变选择回路（严禁主回路带电时切换此开关）；

（4）     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；

整流工作

（1）     阻性负载测试：双掷开关选择整流回路，负载电阻设定为最大（约450Ω），加正给定电压。

1） 观测并记录整流状态下α=0°，60°，90°时的Ud，Uvt波形（注意限制Id≤0.6A）；

α=0°时，Ud波形

α=0°时，Uvt波形

α=60°时，Ud波形

α=60°时，Uvt波形

α=90°时，Ud理想波形

α=90°时，Ud实际波形

α=90°时，Uvt波形

2） α=0°时封锁任1只晶闸管的脉冲信号，记录Ud的波形及大小值；

封锁VT1时，Ud波形

Ud=120V

3） α=0°时封锁任2只晶闸管的脉冲信号，记录Ud的波形及大小值；（一次：共阴极组2只；一次：阴极阳极组各一只）

封锁VT1,VT3时，Ud波形(共阴极组2只)

Ud=65V

封锁VT1,VT2时，Ud波形；(阴极阳极组各一只)

Ud=91V

（2）     阻-感（450Ω+700mh）负载测试：双掷开关选择整流回路，观测并记录α=30°，90°时Ud，Uvt波形（注意限制Id≤0.6A）；α=60°封锁分别1只和2只晶闸管的脉冲信号，记录Ud的波形及大小值。

α=30°时，Ud波形

α=90°时，Uvt波形

α=30°时，Ud波形

α=90°时，Uvt波形

α=60°封锁分别1只和2只晶闸管的脉冲信号时，Ud波形

逆变工作

由电源控制屏（MCL-32）直接向不可控整流桥供电，注意交流电压相序和直流极性。

（1）     断掉主回路电源，双掷开关选择逆变回路，选负给定信号，保持负载电阻最大（450Ω），通电后观测逆变状态下β=60°，90°时Ud，Uvt波形；

β=60°时Ud，波形

β=60°时，Uvt波形

β=90°时，Ud波形

β=90°时，Uvt波形

（2）     在恒定负载情况下（保持电阻450Ω，电感700mh，直流反电动势E恒定），测定逆变时电网吸收的直流功率Pk=f(Ud)的函数曲线，不低于8组数据点，并生成Pk=f(Ud)曲线。已知，三相全控桥输出等效电阻Rn=12Ω。Pk=｜IdUd｜-｜Id²Rn｜

Id（A）

Ud(V)

Pk=f(Ud)

0.25

-31

7

0.23

-49

10.64

0.21

-90

18.37

0.21

-99

20.28

0.19

-122

22.75

0.18

-132

23.37

0.17

-153

25.66

0.16

-159

25.13

【实验综合评价】

在这次实验中，还出现了一个插曲，α=90°时，Ud实际波形与理想波形存在一些差异，图像对比如下：理想    

实际

经老师的帮助，我们了解到这样的结果是因为在电阻最大值时，由于电流太小，没有达到擎住电流，不足以维持晶闸管导通。解决方法是，调节电阻减小。

【 特别要求】

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

阻感负载由于大电感的存在，在缺相状况时，Ud波形还是可以过零点，因为电感元件的电流不能突变，由楞次定理可知，大电感会产生一个阻碍电流变化的电动势。而阻性负载时，Ud波形不会过零点。

2、  整流状态下阻-感负载时，α=90°时Ud的瞬时波形就一定有正负半波对称吗，为什么？

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？

逆变状态下，逆变电源的负载波形是夹在三相全控桥共阴极和共阳极两端的电压波形，负载电流Id=（｜E｜-｜Ud｜）/R∑，由公式可知，Ud越高，Id越小。

4、  对Pk=f（Ud）曲线结果作趋势分析。    

由