《电力电子学》实验指导书 -...

《电力电子学》

实验指导书

适用专业:电气工程及其自动化

课程代码: 150806099

实验课时: 8 课时

编写单位: 电气与电子信息学院

编写人:电力电子学课程小组

《电力电子学》实验指导书

I

目录

实验一（实验代码 1）„锯齿波同步移相触发电路实验„„„„„„„„„„„„„1

实验二 (实验代码 2)„三相桥式全控整流电路实验„„„„„„„„„„„„„„„4

实验三（实验代码 3）„实验直流斩波电路的性能研究实验„„„„„„„„„„„„„„„7

实验四（实验代码 4）„单相交流调压电路„„„„„„„„„„„„„„„ 1 2

主要参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

附录一电力电子学实验装置使用说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16


1

实验一锯齿波同步移相触发电路实验

一、实验目的和任务

1、加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用；

2、掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。

二、实验内容

1、锯齿波同步移相触发电路的调试；

2、锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。

三、实验仪器、设备及材料

1、DZ01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块）

2、DJK03 晶闸管触发电路实验（该挂件包含“锯齿波同步移相触发电路”等模块）

3、双踪示波器。

四、实验原理

锯齿波同步移相触发电路的原理图如图1.1所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形

成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参考§1.4.4及《电力电子技术》教材

中有关锯齿波同步移相触发电路的内容（第2章P90～93）。

图1.1 锯齿波同步移相触发电路的原理图

五、主要技术重点、难点

1、调节触发脉冲的移相范围；

2、各点波形的测量；

3、电源的连接及设备的安全。

六、实验步骤

1、锯齿波同步移相触发电路的调试；

2、锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。


2

（1）将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打

到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V±10%，而“交流调速”侧输出

的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件

的损坏。），用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打

开DJK03电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电

路各观察孔的电压波形。

①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。

②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。

③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。

④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”

点电压U3 和“6”点电压U6 的对应关系。

(2)调节触发脉冲的移相范围

将控制电压Uct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“6”点U6的波形，

调节偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α =170°，其波形如图1.2所示。

图1.2 锯齿波同步移相触发电路

(3)调节Uct（即电位器RP2）使α =60°，观察并记录U1～U6及输出 “G、K”脉冲电压的波形，

标出其幅值与宽度，并记录在表1.1中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和

“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。

表 1.1 U1～U6 的幅值和宽度

七、实验报告要求

1、整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度；

2、总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法，如果要求在Uct=0的条件下，使α =90°，

如何调整?

3、讨论、分析实验中出现的各种现象。

八、实验注意事项

1、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

2、由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”

和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约 100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，

来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。

九、思考题

1、锯齿波同步移相触发电路有哪些特点？

2、锯齿波同步移相触发电路的脉冲移相范围与哪些参数有关？


4

实验二、三相桥式全控整流电路实验


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、实验内容

1、三相桥式整流电路；

2、在整流状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观测主电路的各点波形。


1、DZ01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块）

2、DJK02 三相变流桥电路（该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块）

3、DJK06 给定、负载及吸收电路（该挂件包含“二极管”以及“开关”）

4、D31 直流数字电压、毫安、安培表

5、双踪示波器

四、实验原理

实验线路如图2.1所示。主电路由三相全控整流电路组成，触发电路为DJK02中的集成触发电路，

由KC04、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。图2.4中的R用DK04滑线

变阻器，接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。

图2.1 三相桥式全控整流电路实验原理图


5



2、ud的波形的测量；

3、电源的连接及设备的安全。

六、实验步骤

1、DJK02上的“触发电路”调试

（1）打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”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）打开DJK02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、B、C 三相的锯齿波，并调节 A、B、C 三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔

左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

（5）将 DJK06 上的“给定”输出 Ug 直接与 DJK02 上的移相控制电压 Uct 相连，将给定开关 S2

拨到接地位置（即 Uct=0 时），调节 DJK02 上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察 A 相锯齿波和“双

脉冲观察孔”VT1 的输出波形，使α =1500，如图 2.2 所示。

图 2.2 触发脉冲与锯齿的相位关系

（6）适当增加给定 Ug 的正电压输出，观测 DJK02 上“触发脉冲观察孔”的波形，此时应观测

到双窄脉冲。

（7）将 DJK02 面板上的 Ulf 端接地，将“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

按图 2.1 接线，将 DJK06 上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使滑线变阻器放在最大

阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使α 角在 300~150

0 范围内调节，同时，

根据需要不断调整负载电阻 R，使得负载电流 Id 保持在 0.6A 左右（注意 Id 不得超过 0.65A）。用示波

器观察并记录α =300、60

0、900 时的整流电压 Ud 和晶闸管两端电压 Uvt 的波形，并记录相应的 Ud 数

值于表 2.1 中。

表 2.1 三相桥式全控整流电路的数量关系

α 300 60

0 90

0

U2

Ud(记录值)

Ud/U2

Ud(计算值)


6

计算公式：

cos34.2 2UUd （0~600）（2-1）

)]3/cos(1[34.2 2 UUd （600~120

0）（2-2）


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 =30°、60°、90°、120°、150°时的整流电压 Ud和晶闸管两端电压 UVT的波形。


1、为了防止过流，启动时将负载电阻R调至最大阻值位置；

2、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，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；

3、为避免晶闸管意外损坏，实验时要注意以下几点：

（1）、在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接通主电

路。

（2）、在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主

电路后，才可逐渐加大控制电压Uct，避免过流。

（3）、要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电

阻值。

5、由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电

流不能太小，否则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。在本实验装置中，要保证晶闸管正常工作，

负载电流必须大于50mA以上。

6、在实验中要注意同步电压与触发相位的关系，例如在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的

位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所

以在主电路接线时应充分考虑到这个问题，否则实验就无法顺利完成。

7、使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。

8、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。

九、思考题

1、如何解决主电路和触发电路的同步问题?

2、在本实验的整流时，对α 角有什么要求?为什么?


7

实验三、直流斩波电路的性能研究实验


1、熟悉直流斩波电路的工作原理；

2、熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点；

3、了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。

二、实验内容

1、控制与驱动电路的测试；

2、直流斩波电路的测试。


1、DJK01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块）

2、DJK09 单相调压与可调负载

3、DJK20 直流斩波电路

4、DJK06 给定、负载及吸收电路

5、D31 直流数字电压、毫安、安培表

6、双踪示波器

四、实验原理

1、主电路

①、降压斩波电路(Buck Chopper)

降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4.1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。

D 为续流二极管。由图 4.1b中 V的栅极电压波形 UGE可知，当 V处于通态时，电源 Ui向负载供电，UD=Ui。

当 V处于断态时，负载电流经二极管 D续流，电压 UD近似为零，至一个周期 T结束，再驱动 V导通，

重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

式中 ton为 V 处于通态的时间，toff为 V 处于断态的时间，T 为开关周期，α 为导通占空比，简称

占空比或导通比(α =ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值 UO最大为 Ui，若减小占空比α ，则

UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。

VD

L

C Uo

-

+

-

+

U

E

G

C

Ri

1

1UD

+

-

(a)电路图

(b)波形图

图 4.1 降压斩波电路的原理图及波形

②、升压斩波电路(Boost Chopper)

升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图 4.2所示。电路也使用一个全控型器件 V。

由图 4.2b中 V的栅极电压波形 UGE可知，当 V处于通态时，电源 Ui向电感 L1充电，充电电流基本恒定

iion

i

offon

ono aUU

T

tU

tt

tU

UGE

UD

t

t

t

UO

ton

toff

T

Ui


8

为 I1,同时电容 C1上的电压向负载供电，因 C1值很大，基本保持输出电压 UO为恒值。设 V 处于通态的

时间为 ton，此阶段电感 L1上积蓄的能量为 UiI1ton。当 V 处于断态时 Ui和 L1共同向电容 C1充电，并向

负载提供能量。设 V 处于断态的时间为 toff，则在此期间电感 L1释放的能量为(UO-Ui) I1ton。当电路工

作于稳态时，一个周期 T内电感 L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：

UiI1ton=(UO-Ui) I1toff

上式中的 T/toff≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

V

DL

C Uo

-

+

-

+

E

G

C

U i

1

1 R

I1 +- UD

UGE

UD

t

t

t

UO

(a)电路图

(b)波形图

图 4.2 升压斩波电路的原理图及波形

③、升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)

升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图 4.3所示。电路的基本工作原理

是：当可控开关 V 处于通态时，电源 Ui经 V 向电感 L1供电使其贮存能量，同时 C1维持输出电压 UO基

本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感 L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正，

与电源电压极性相反。输出电压为：

若改变导通比α ，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 0<α <1/2时为降压，

当 1/2<α <1时为升压。

V DL C

-

+

U

E

G

C

i1 1 Uo

+

-

R

UD+-

UGE

UD

t

t

t

UO

（a）电路图

（b）波形图

图 4.3 升降压斩波电路的原理图及波形

④、Cuk斩波电路

Cuk斩波电路的原理图如图 4.4所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V处于通态时，Ui—L1—V

回路和负载 R—L2—C2—V回路分别流过电流。当 V处于断态时，Ui—L1—C2—D回路和负载 R—L2—D回

i

off

i

off

offon

o Ut

TU

t

ttU

ii

on

oni

off

ono U

a

aU

tT

tU

t

tU

1


9

路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：



V D

L C

-

+

U

E

G

L

C

C

Uo

+

-

Ri

1 2 2

1

图 4.4 Cuk斩波电路原理图

⑤、Sepic斩波电路

Sepic斩波电路的原理图如图 4.5所示。电路的基本工作原理是：可控开关 V处于通态时，Ui—L1—V

回路和 C2—V—L2回路同时导电，L1和 L2贮能。当 V处于断态时，Ui—L1—C2—D—R回路及 L2—D—R回

路同时导电，此阶段 Ui和 L1既向 R供电，同时也向 C2充电，C2贮存的能量在 V处于通态时向 L2转移。

输出电压为：



V

DL C

-

+

U

E

G L C

C

Uo

-

+

Ri

1 2

2 1

图 4.5 Sepic斩波电路原理图

⑥、Zeta斩波电路

Zeta斩波电路的原理图如图 4.6所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V处于通态时，电源

Ui经开关 V向电感 L1贮能。当 V处于断态后，L1经 D与 C2构成振荡回路，其贮存的能量转至 C2，至振

荡回路电流过零，L1上的能量全部转移至 C2上之后，D关断，C2经 L2向负载 R供电。输出电压为：

io Ua

aU

1

V

DL

C

-

+

U

E

GL

C

C

Uo

-

+

Ri

1

2

1

2

图 4.6 Zeta斩波电路原理图



ii

on

oni

off

ono U

a

aU

tT

tU

t

tU

1

ii

on

oni

off

ono U

a

aU

tT

tU

t

tU

1


10

2、控制与驱动电路

控制电路以 SG3525 为核心构成，SG3525 为美国 Silicon General 公司生产的专用 PWM 控制集

成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图 4.7所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，内部包含有

精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节 Ur的大小，在 A、

B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波（即 PWM信号）。它适用于

各开关电源、斩波器的控制。

图 4.7 SG3525芯片的内部结构与所需的外部组件


1、直流斩波主电路的测试；

2、各点的波形的测量；

3、电源的连接及设备的安全；

4、PWM控制与驱动电路的原理。

六、实验步骤

1、控制与驱动电路的测试

(1)启动实验装置电源，开启 DJK20控制电路电源开关。

(2)调节 PWM脉宽调节电位器改变 Ur，用双踪示波器分别观测 SG3525的第 11脚与第 14脚的波

形，观测输出 PWM信号的变化情况，并填入下表。

Ur(V) 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5

11(A)占空比(%)

14(B)占空比(%)

PWM 占空比(%)

(3)用示波器分别观测 A、B和 PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。


11

观测点 A(11 脚) B(14 脚) PWM

波形类型

幅值 A (V)

频率 f (Hz)

(4)用双踪示波器的两个探头同时观测 11 脚和 14 脚的输出波形，调节 PWM 脉宽调节电位器，

观测两路输出的 PWM 信号，测出两路信号的相位差，并测出两路 PWM 信号之间最小的“死区”

时间。

2、直流斩波器的测试(使用一个探头观测波形)

斩波电路的输入直流电压 Ui由三相调压器输出的单相交流电经 DJK20挂箱上的单相桥式整流及

电容滤波后得到。接通交流电源，观测 Ui波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输出最大值

为 20V，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。

(1)切断电源，根据 DJK20 上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，

并接上电阻负载，负载电流最大值限制在 200mA 以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、“V-E”

分别接至 V 的 G 和 E 端。

(2)检查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。

(3)用示波器观测 PWM 信号的波形、UGE的电压波形、UCE的电压波形及输出电压 Uo 和二极

管两端电压 UD 的波形，注意各波形间的相位关系。

(4)调节 PWM 脉宽调节电位器改变 Ur，观测在不同占空比(α )时，记录 Ui、UO 和α 的数值于

下表中，从而画出 UO=f(α )的关系曲线。

Ur(V) 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5

占空比α (%)

Ui(V)

Uo(V)


1、整理各组实验数据绘制各直流斩波电路的 Ui/UO-α 曲线，并作比较与分析；

2、讨论、分析实验中出现的各种现象；

3、分析图 4.7中产生 PWM信号的工作原理。


1、在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成

短路；

2、用示波器两探头同时观测两处波形时，要注意共地问题，否则会造成短路，在观测高压时应衰

减10倍，在做直流斩波器测试实验时，最好使用一个探头。

九、思考题

1、直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？

2、为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？


12

实验四、单相交流调压电路实验


1、加深理解单相交流调压电路的工作原理；

2、加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；

3、了解 KC05 晶闸管移相触发器的原理和应用。

二、实验内容

1、KC05 集成移相触发电路的调试；

2、单相交流调压电路带电阻性负载；

3、单相交流调压电路带电阻电感性负载。


1、DJK01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块）

2、DJK02 三相变流桥电路（该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块）

3、DJK03 晶闸管触发电路（该挂件包含“单相调压触发电路” 等模块）

4、DJK06 给定、负载及吸收电路

5、D32、D33 交流电压表、交流电流表

6、双踪示波器

四、实验原理

本实验采用KC05晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路

的交流相位控制，具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出

电流大等优点。单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3.1所示。图3.1中

电阻R用DK04滑线变阻器，接成并联接法，晶闸管则利用DJK02上的反桥元件，交流电压、电流表由

DJK01控制屏上得到，电抗器Ld从DJK02上得到，用700mH。

图3.1 单相交流调压主电路原理图


13



2、各点的波形的测量；

3、电源的连接及设备的安全；

4、单相交流调压电路带电阻电感性负载。

六、实验步骤

１、KC05集成晶闸管移相触发电路调试

将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交

流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用示波器观察“1”～

“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，观察输出脉冲的

移相范围如何变化，移相能否达到170°，记录上述过程中观察到的各点电压波。

２、单相交流调压带电阻性负载

将DJK02面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端“G1”、

“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观察

负载电压（灯泡两端）的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在不同α 角时各点波

形的变化，并记录α =60°、60°、90°、120°时的波形。

3、单相交流调压接电阻电感性负载

（1）在进行电阻电感性负载实验时，需要调节负载阻抗角的大小，因此应该知道电抗器的内阻和

电感量。常采用直流伏安法来测量内阻，如图3.1所示。电抗器的内阻为：

RL=UL/I (3-1)

电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图3.2所示。由于电流大时，对电抗器的电感量

影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。

I

UZ L

L （3-2）

图3.1 用直流伏安法测电抗器内阻图图3.2 用交流伏安法测定电感量

电感器的电感为

fRZL LL 2/22 （3-3）

这样，即可求得负载阻抗角

Ld RR

L

arctan （3-4）

在实验中，欲改变阻抗角，只需改变滑线变阻器 R 的电阻值即可。

（2）切断电源，将L与R串联，改接为电阻电感性负载。按下“启动”按钮，用双踪示波器同时

观察负载电压U1和负载电流I1的波形。调节R的数值，使阻抗角为一定值,观察在不同α 角时波形的变化


14

情况，记录α ＞φ 、α =φ 、α ＜φ 三种情况下负载两端的电压U1和流过负载的电流I1波形。


1、整理、画出实验中所记录的各类波形；

2、分析电阻电感性负载时，α 角与φ 角相应关系的变化对调压器工作的影响；

3、分析实验中出现的各种问题。


１、可参考实验二的注意事项3～８；

２、由于“G”、“K“输出端有电容影响，故观察触发脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”

分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶

闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。

九、思考题

1、交流调压在带电感性负载时可能会出现什么现象?为什么?如何解决?

2、交流调压有哪些控制方式? 有哪些应用场合?


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主要参考文献

1 王兆安，黄俊.电力电子技术(第 4 版).北京：机械工业出版社，2000

2 栗书贤，电力电子技术实验. 北京：机械工业出版社，20004

3 天煌教仪，电力电技术及电机控制实验装置实验指导书，2005

4 http://www.tianhuang.cn


16

附录一电力电子学实验装置使用说明

一、实验安全

电力电子学是弱电控制强电的技术，为了顺利完成电力电子技术实验，确保实验时人身安全与设

备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：

1、在实验过程时，绝对不允许双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。

2、为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断电源后方可进行。

3、为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使

组内其他同学引起注意后方可接通电源。

4、如果在实验过程中发生告警，应仔细检查线路以及电位器的调节位置，确定无误后方能重新

进行实验。

5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负

载。

6、电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经反复实验选定的，不得私自改变其规格和

型号，否则可能会引起不可预料的后果。

二、实验目的

学生在实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能

力；同时通过实验来验证理论，促使理论和实际相结合，使认识不断提高、深化：

1、掌握电力电子变流装置的主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些

电路。

2、熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法。

3、能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题。

4、能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。

三、实验步骤

1、实验准备

实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预

习，从而提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验要求，

甚至损坏实验装置。因此，实验前应做到：

1）、复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。

2）、阅读本教材中的实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验系统的工作原理和方

法。

3）、写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等。

4）、熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等。

5）、进行实验分组，一般情况下，电力电子技术实验分组为每组 1-2 人。

2、实验实施

在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点：

1）、实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和

方法，只有满足此要求后，方能允许实验开始。

2）、指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备

的功能、使用方法。

3）、按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，各人的任务应在实验进行中实行轮

换，以便实验参加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。

4）、按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况下，接线次序为先主电路，后控制


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电路；先串联，后并联。

5）、完成实验系统接线后，必须进行自查。串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪

表、设备、负载的位置、极性等是否正确；并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。距离

较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用两根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。

自查完成后，须经指导教师复查后方可合闸通电，开始实验。

6）、实验时，应按实验教材所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。除作阶跃启动试验外，

系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位；测试点的分布应均匀；改接线路时，必须

接闸，断开电源。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论相一致。

7）、完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后方

可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。

3、实验总结

实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象、撰写实

验报告。每个实验参与都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学

态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理

论靠拢，而是用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。

实验报告的一般格式如下：

1）、实验名称、班级，实验学生姓名、同组者姓名和实验时间。

2）、实验目的、实验线路、实验内容。

3）、实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。

4）、实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。

5）、画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。

6）、用理论知识对实验结果进行分析总结，得出明确的结论。

7）、对实验中出现的某些现象、遇到的问题进行分析、讨论，写出心得体会，并对实验提出自己

的建议和改进措施。

四、实验装置

本装置如图1.1所示，输入电压为三相四线制，大小为380V±10，频率为50Hz；采用组件挂箱式结

构，可根据不同的实验内容进行组合；装置面板示意图明确、清晰、直观；

实验连接线采用高可靠弹性结构的手枪式插头，电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；控制屏供

电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实有效保护操作者的

人身安全。

本装置配置的组件有：DJK01 电源控制屏、DJK02 三相变流桥路、DJK03 触发电路、DJK06 挂件

图1.1 DJDK-1 电力电子技术及电机控制实验装置外形图


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（给定、负载及吸收电路）、DJK07 挂件（新器件特性实验）、DK04 滑线变阻器等：

1、 DJK01 电源控制屏

电源控制屏如图1.2所示，主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为

实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表；屏上还设有定时器兼报警记录仪；在

控制屏两边设有单相三极220V 电源插座及三相四极380V 电源插座；此外还设有供实验台照明用的

40W日光灯。

1) 三相电网电压指示

三相交流电源电压由左上部的交流电压表指示，并由交流电源电压指示开关控制而分别观测UAB、

UBC、UCA三个线电压；三相电源均配置有带氖泡指示（熔丝熔断时亮）的3A保险丝；三相电网电压指

示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各

线间电压是否平衡。

2) 定时器兼报警记录仪

平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线

操作错误所导致的告警次数。

3）电源控制部分

它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开

电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都

有电压输出。

4）三相主电路输出

三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调速电源选择开关”

控制，当开关置于“直流调速”侧时，A1、B1、C1输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流

调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A1、B1、C1输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速

及串级调速等实验。

2、 DJK02 挂件（三相变流桥路、晶闸管主电路）

如图 1.3 所示，该部份面板装有 12 只晶闸管、触发电路、脉冲功放电路及同步变压器、电抗器等。

图1.2 主控制屏面板图


19

1）、三相正、反桥主电路

正桥主电路和反桥主电路分别由六只5A/1000V 晶闸管组成；其中由VT1～VT6 组成正组桥（Ⅰ组

桥），一般不可逆、可逆系统的正桥使用正桥元件；由VT1ˊ～VT6ˊ组成反组桥（Ⅱ组桥）,可逆系统

的反桥以及需单个或几个晶闸管的实验可使用反桥元件；所有这些晶闸管元件均配置有阻容吸收及快速

熔断丝保护，此外正桥还设有压敏电阻接成三角形，起过压吸收。

2）、三相同步信号输出端（同步信号观察孔）

同步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有△/Y 接法的三相同步变压器，和主电源输出同相，其

输出相电压幅度为15V 左右，供DJK02-1 挂件内的KC04 集成电路，从而产生移相触发脉冲；在同步

变压器观察孔处获得一一对应的同步电压信号，所以可在“同步电源观察孔”观察同步电源的相位。

引脚情况详见附录相关内容。

3）、正、反桥脉冲输入端

从DJK02-1 来的正、反桥触发脉冲分别通过输入接口，加到相应的晶闸管电路上。

4）、正、反桥钮子开关

从正、反桥脉冲输入端来的触发脉冲信号通过“正、反桥钮子开关”接至相应晶闸管的门极和阴极。

面板上共设有十二个钮子开关，分为正、反桥两组，分别控制对应的晶闸管的触发脉冲；开关打到“通”

侧，触发脉冲接到晶闸管的门极和阴极；开关打到“断”侧，触发脉冲被切断；通过钮子开关的切换可

以模拟晶闸管失去触发脉冲的故障情况。

5）、电抗器

主回路中使用的平波电抗器L放置在面板的中间，有3档电感值，分别为100mH、200mH、700mH

700mH（各档在1A 电流下能保持线性），可根据实验需要选择电感值。电抗器回路中串有3A 熔丝保

护，熔丝座装在电抗器旁。

3、 DJK02-1 挂件（三相晶闸管触发电路）

该挂件装有三相晶闸管触发电路和正反桥功放电路等，面板图如图1.4所示。

图1.3 三相变流桥路面板图


20

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，以确定触发脉冲

的初始位置；当初始触发角定下后，在以后的调节中只调节Uct的电压，这样确保移相角不会大于初始位

置；如在逆变实验中初始移相角α =1500定下后，无论调节Uct，都能保证β >30

0，防止出现逆变颠覆的

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，此开关拨到左边，绿色指示灯亮，触发电路产

生宽脉冲，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；开关拨到右边，红色发光管

亮，触发电路产生互差600的双窄脉冲。

3）、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1.5所示。由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，送到相应的晶闸管的门极、阴极。U1f即为DJK02面

板上的U1f、接地才可使V3导通工作，脉冲变压器输出脉冲，否则脉冲变压器无脉冲输出；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。

图1.4 三相触发电路面板图

供触发晶闸管使用。


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4）、触发装置

面板上有 GTF 正组（I 组）触发脉冲装置和 GTR 反组（II 组）触发脉冲装置，分别通过开关连至

VF 正组晶闸管和 VR 反组晶闸管的门极、阴极。开关拨向“接通”时，晶闸管上接有触发脉冲，开关

拨向“断开”时，晶闸管上没有触发脉冲。正、反组的脉冲功放电路分别由 Ulf 和 Ulr控制，将 Ulf 和

Ulr接地，则相应的脉冲功放级工作，晶闸管上有脉冲；Ulf 和 Ulr悬空，则相应的晶闸管无脉冲。开关

上方有“双脉冲观察孔”，当“触发电路脉冲指示”为“窄”时，在此两组观察孔中观察到的相位互差

600 的双脉冲；如“触发电路脉冲指示”为“宽”时，则观察到的是后沿固定、前沿可变的宽脉冲链，

这组观察孔一般只观察正组变流桥的触发脉冲。

面板右上角有“锯齿波斜率调节与观察孔”、“移相控制电压”和“偏移电压”，从锯齿波斜率调节

观察孔中能观察到集成触发电路 a、b、c 三相的锯齿波斜率应该相同，偏移电压调节电位器可调节偏

移电压 Ub的数值。移相控制电压输入端应接实验时所需的移相电压 Uct。

5）、触发电路（GT，控制电路）

GT为变流桥触发电路，在由KC04、KC42、KC41集成触发芯片构成的电路基础上，增加了CD4066、

CD4069等芯片，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。当面板上的钮子开关拨向“窄脉冲”时，主控制屏面板上的“触发电路脉冲指示”指

示“窄”，触发电路输出三相六路互差600的双窄脉冲，实现一般的三相变流桥的触发控制；当开关拨向

“宽脉冲”时，“触发电路脉冲指示”指示“宽”，触发电路输出三相六路后沿固定、前沿可变的宽脉冲

链（最大脉宽接近1800）用作三相交流调压调速时反并联晶闸管触发。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”)。所以，从VT1～VT6共六路触发脉冲观察孔，可观测到相位逐

个相差600的窄脉冲或宽脉冲。要注意的是：在观测孔处只能接示波器作观测用，不能用作脉冲输出。

图1.5 功放电路原理图


22

6)、锯齿波斜率调节与观测孔

打开挂件的电源开关，由外接同步信号经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，三路锯齿波斜率应保证基本相同，使六路触发信号同时出

现，且双窄脉冲间隔基本一致，才能使主电路输出的波形整齐划一。

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从正反桥脉冲输出端输出；悬空表示功放不工作；Ulf 控制正桥功放电

路，Ulr控制反桥。

4、 DJK03 挂件（晶闸管触发电路）

晶闸管装置的正常工作与门极触发电路的正确、可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按主电路

的要求来设计，为了能可靠触发晶闸管应满足以下要求:

a.触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并保留足够的裕量。

b.为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲的相位应能在一定的范围内连续可调。

c.触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，而且要有固定的相位关系，使每一

周期都能在同样的相位上触发。

d.触发脉冲的波形要符合一定的要求。多数晶闸管电路要求触发脉冲的前沿要陡，以实现精确的导

通控制。对于电感性负载，由于电感的存在，其回路中的电流不能突变，所以要求其触发脉冲要有一定

的宽度，以确保主回路的电流在没有上升到晶闸管擎住电流之前，其门极与阴极始终有触发脉冲存在，

保证电路可靠工作。

DJK03挂件是晶闸管触发电路的专用的实验挂箱，面板如图1.6 所示。其中有锯齿波同步移相触

发电路I 和II、单相交流调压触发电路、单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路以及西门子

TCA785 集成触发电路。

1）、锯齿波同步移相触发电路I、II

锯齿波同步移相触发电路I、II 由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放

大等环节组成，其原理图如图1.7 所示。

由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的

时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；

当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿

波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、

RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善

脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电路的各点电压波形如图1.9所示。本装置有两路锯齿波同

步移相触发电路，I和II，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出的触发脉冲相位与I恰好互差180O，

供单相整流及逆变实验用。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂

箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。


23

2）、单相交流调压触发电路

单相交流调压触发电路采用KCO5 集成晶闸管移相触发器。该集成触发器适用于触发双向晶闸管或

两个反向并联晶闸管组成的交流调压电路，具有失交保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发

电路。

图1.6 DJK03面板图

振荡电路，如图1-8 所示。


24

单相交流调压触发电路原理图 1.8 所示。同步电压由 KC05 的 15、16 脚输入，在 TP2 点可以观

测到锯齿波，RP1 电位器调节锯齿波的斜率，RP2 电位器调节移相角度，触发脉冲从第 9 脚，经脉

冲变压器输出。电位器 RP1、RP2 均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所

有的测试信号都在面板上引出。

该挂件的电源及同步信号都是由外接220V输入端提供的，注意的是输入的电压范围为220V±10%，

如超过此范围会造成设备严重损坏。

图1.7 锯齿波同步移相触发电路I 原理图

图 1.8 单相交流调压触发电路原理图


25

5、DJK06挂件（给定、负载及吸收电路）

该挂件由给定、负载及+24V直流电源等组成。面板示意图如图1.10所示。

图 1.9 锯齿波同步移相触发电路 I 各点电压波形(α =900)


26


1）、负载灯泡

作为电力电子实验的电阻性负载。

2）、给定

作为新器件特性实验中的给定电平触发信号，或提供DJK02-1的移相控制电压。电压范围-15V～

0V～+15V。其原理图如图1.11所示。

图1.11 电压给定原理图

3）、+24V 电源

该+24V 直流电源主要提供单相并联逆变实验所需的直流电源，输出最大电流为0.5A。输出通过

一钮子开关控制，输出端有0.5A 熔丝保护。


27

4）、二极管

提供四个二极管可作为普通整流二极管，也可用做为晶闸管实验带电感性负载时所需续流二极

管。在回路中有一个钮子开关对其进行通断控制。注意由于该二极管工作频率不高，故不能将此二极管

当快速恢复二极管使用，规格为：耐压800V,最大电流3A。

5）、压敏电阻

三个压敏电阻（规格为：3kA/510V）用于三相反桥主电路(逻辑无环流直流调速系统)的电源输入

端，作为过电压保护，内部已连成三角形接法。注意不可输入峰值电压高于510V，否则造成压敏电阻

损坏。

6）、电感

5mH，额定电流0.5A。用于单相并联逆变电路实验。

6、DJK07挂件（新器件特性实验）

该挂件装有SCR(单向晶闸管)、MOSFET(功率场效应晶体管)、IGBT(绝缘双极性晶体管)、GTO(门

极可关断晶闸管)、GTR(大功率晶体管) 五种功率器件。与DJK06配合使用，可完成SCR、MOSFET、

IGBT、GTO、GTR的特性实验，测定新器件的特性曲线；与DJK12配合使用，可完成MOSFET、IGBT、

GTO、GTR的驱动及保护实验。其面板图如图1.12所示。


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