電力電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書(NMCL-III)(2014.02)

1、電力電子技術(shù) 實驗指導(dǎo)書 電氣工程與自動化學(xué)院 20142實 驗 守 則1、參加實驗人員必須遵守實驗守則愛護國家財產(chǎn)，按照有關(guān)規(guī)定安全操作，防止事故發(fā)生，實驗人員必須團結(jié)協(xié)作，統(tǒng)一行動。2、每次實驗之前，實驗人員必須充分預(yù)習(xí)，經(jīng)檢查預(yù)習(xí)報告合格，方可進(jìn)行實驗，否則不準(zhǔn)參加實驗。3、實驗室內(nèi)禁止吸煙、打鬧、大聲喧嘩、隨地吐痰和亂丟紙屑。4、作實驗時，不得穿高跟鞋，不準(zhǔn)戴圍巾，不準(zhǔn)穿拖鞋，留長發(fā)的女同學(xué)必須戴工作帽。5、實驗人員在接好線路和改好線路之后，必須經(jīng)指導(dǎo)人員檢查同意后，才能接通電源。6、嚴(yán)禁帶電接線、拆線或接觸帶電線路的裸露部分和機臺的轉(zhuǎn)動部分，禁止坐在實驗臺上。7、要正確使用儀器設(shè)備。

2、未經(jīng)許可，各種儀器設(shè)備不許過載運行或作其它非正常運動。非本實驗使用的儀器設(shè)備，一律不準(zhǔn)動用。8、如果發(fā)生安全事故，不要驚慌失措，必須立即切斷電源，要保持現(xiàn)場并及時報告指導(dǎo)人員，以查明事故原因，排除故障和酌情進(jìn)行處理。凡因安全責(zé)任事故造成各種損失時，事故者負(fù)賠償責(zé)任。9、實驗結(jié)束后，應(yīng)將所有儀器放回原處，各種導(dǎo)線拆線后分類放好，將實驗臺整理干凈。10、對于不遵守以上守則的行為，任何人都可以提出勸告，如果嚴(yán)重違反又不聽勸告者，教師及實驗指導(dǎo)人員有權(quán)立即停止其實驗或工作。電力電子技術(shù)實驗須知 實驗是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。通過實驗可以驗證和進(jìn)一步研究學(xué)過的理論知識，加深對所學(xué)知識的理解認(rèn)識。通過實驗可掌握

3、基本的實驗方法和技能，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真，實事求是的科學(xué)作風(fēng)。一、預(yù)習(xí)要求：認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)有關(guān)理論知識。認(rèn)真思考實驗過程中可能發(fā)生的問題及應(yīng)當(dāng)采取的措施。預(yù)先估計實驗可能得到的結(jié)果。認(rèn)真填寫預(yù)習(xí)報告。二、實驗要求：1實驗前須出示預(yù)習(xí)報告，無預(yù)習(xí)報告不得參加實驗。2認(rèn)真仔細(xì)地按照實驗指導(dǎo)書中給出的接線圖完成實驗設(shè)備和儀器的連線工作，經(jīng)教師或指導(dǎo)人員檢查完畢后方可進(jìn)行實驗。3實驗前要再次閱讀實驗指導(dǎo)書中提及的實驗注意事項。4認(rèn)真按照實驗指導(dǎo)書要求的實驗步驟完成實驗。5實驗過程中需按照實驗要求認(rèn)真測量并準(zhǔn)確地記錄實驗數(shù)據(jù)。 6實驗過程中如有事故發(fā)生要及時切斷電源，并立即報告指導(dǎo)人員。 7實驗完成

4、后要進(jìn)行清整工作。三、實驗報告要求： 1每一位同學(xué)均應(yīng)獨自完成實驗報告，其中包括必要的數(shù)據(jù)、計算、圖表、曲線分析討論，并需同時附上原始記錄。報告字跡要整潔清晰，數(shù)據(jù)計算及圖表曲線應(yīng)符合要求。實驗報告所用紙張應(yīng)大小一致，裝訂整齊，并按要求填寫完整。 2實驗報告中，要對實驗結(jié)果結(jié)合所學(xué)理論，加以簡明的分析，根據(jù)自己的看法作出結(jié)論。 3實驗報告中可提出對實驗方法、設(shè)備等方面的意見或合理化建議，以及其它方面的心得體會等。注：電力電子技術(shù)實驗所用裝置是浙江大學(xué)求是公司生產(chǎn)的NMCL-型“電力電子及電氣傳動實驗臺”。該實驗臺采用組件式結(jié)構(gòu)，每一組件（按編號）功能獨立，可根據(jù)實驗內(nèi)容的不同進(jìn)行組合，方便靈活

5、。目 錄實驗一 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實驗5實驗二 正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗8實驗三 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗9實驗四 單相橋式全控整流電路實驗10實驗五 三相半波可控整流電路的研究14實驗六 三相橋式全控整流電路實驗16實驗七 電力晶體管（GTR）驅(qū)動研究18實驗八 電力晶體管（GTR）特性研究22實驗九 功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）特性與驅(qū)動電路研究25實驗十 直流斬波電路(設(shè)計性)的性能研究29實驗十一 單相交直交變頻電路（調(diào)速）31實驗一 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實驗一實驗?zāi)康?熟悉單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握單結(jié)晶體管觸

6、發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。3對單相半波可控整流電路在電阻負(fù)載時工作情況作全面分析。二實驗內(nèi)容1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試。2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點波形的觀察。3單相半波整流電路帶電阻性負(fù)載時特性的測定。三實驗線路及原理將單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的輸出端“G”“K”端接至晶閘管VT1的門陰極，即可構(gòu)成如圖1-1所示的實驗線路。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMCL05(A)組件4NMEL03組件5二蹤示波器6萬用表五注意事項1雙蹤示波器有兩個探頭，可以同時測量兩個信號，但這兩個探頭的地線都與示波器的外殼相連接，所以兩個探頭的地線不能同時接在某一電路的不同兩點上，否則將使這兩點通過

7、示波器發(fā)生電氣短路。為此，在實驗中可將其中一根探頭的地線取下或外包以絕緣，只使用其中一根地線。當(dāng)需要同時觀察兩個信號時，必須在電路上找到這兩個被測信號的公共點，將探頭的地線接上，兩個探頭各接至信號處，即能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不致發(fā)生意外。2為保護整流元件不受損壞，需注意實驗步驟：（1）在主電路不接通電源時，調(diào)試觸發(fā)電路，使之正常工作。（2）在控制電壓Ug=0時，接通主電路電源，然后逐漸加大Ug，使整流電路投入工作。（3）正確選擇負(fù)載電阻或電感，須注意防止過流。在不能確定的情況下，盡可能選擇較大的電阻或電感，然后根據(jù)電流值來調(diào)整。（4）晶閘管具有一定的維持電流IH，只有流過晶閘管的電

8、流大于IH，晶閘管才可靠導(dǎo)通。實驗中，若負(fù)載電流太小，可能出現(xiàn)晶閘管時通時斷，所以實驗中，應(yīng)保持負(fù)載電流不小于100mA。（5）本實驗中，因用NMCL05組件中單結(jié)晶觸發(fā)電路控制晶閘管，注意須斷開NMCL33的內(nèi)部觸發(fā)脈沖。六實驗方法1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路調(diào)試及各點波形的觀察將NMCL05（或MCL05A，以下均同）面板左上角的同步電壓輸入接NMCL32的U、V輸出端，“觸發(fā)電路選擇”撥至“單結(jié)晶”。按照實驗接線圖正確接線，但由單結(jié)晶體管觸發(fā)電路連至晶閘管VT1的脈沖UGK不接（將NMCL05面板中G、K接線端懸空），而將觸發(fā)電路“2”端與脈沖輸出“K”端相連，以便觀察脈沖的移相范圍。NMCL-

9、32的“三相交流電源”開關(guān)撥向“直流調(diào)速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關(guān)按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出， NMCL05內(nèi)部的同步變壓器原邊接有220V，原邊輸出分別為60V（單結(jié)晶觸發(fā)電路）、30V（正弦波觸發(fā)電路）、7V（鋸齒波觸發(fā)電路），通過直鍵開關(guān)選擇。合上NMCL05面板的右下角船形開關(guān)，用示波器觀察觸發(fā)電路單相半波整流輸出（“1”），梯形電壓（“3”），鋸齒波電壓（“4”）及單結(jié)晶體管輸出電壓（“5”、“6”）和脈沖輸出（“G”、“K”）等波形。調(diào)節(jié)移相可調(diào)電位器RP，觀察輸出脈沖的移相范圍能否在30°180°范圍內(nèi)移。注：由于在以上操作

10、中，脈沖輸出未接晶閘管的控制極和陰極，所以在用示波器觀察觸發(fā)電路各點波形時，特別是觀察脈沖的移相范圍時，可用導(dǎo)線把觸發(fā)電路的地端（“2”）和脈沖輸出“K”端相連。但一旦脈沖輸出接至晶閘管，則不可把觸發(fā)電路和脈沖輸出相連，否則造成短路事故，燒毀觸發(fā)電路。采用正弦波觸發(fā)電路、鋸齒波觸發(fā)電路或其它觸發(fā)電路，同樣需要注意，謹(jǐn)慎操作。2單相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載斷開觸發(fā)電路“2”端與脈沖輸出“K”端的連接，“G”、“K”分別接至NMCL33的VT1晶閘管的控制極和陰極，注意不可接錯。負(fù)載Rd接可調(diào)電阻（可把NMEL03的600電阻盤并聯(lián)，即最大電阻為300），并調(diào)至阻值最大。合上主電源，調(diào)節(jié)脈沖移

11、相電位器RP，分別用示波器觀察a=30°、60°、90°、120°時負(fù)載電壓Ud，晶閘管VT1的陽極、陰極電壓波形UVt。并測定Ud及電源電壓U2，驗證 U2,ud30°60°90°120°UdU2七實驗內(nèi)容1畫出觸發(fā)電路在=90°時的各點波形。2畫出電阻性負(fù)載，=90°時，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。實驗二 正弦波同步移相觸發(fā)電路實驗1熟悉正弦波同步觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握正弦波同步觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。二實驗內(nèi)容1正弦波同步觸發(fā)電路的調(diào)試。2正弦

12、波同步觸發(fā)電路各點波形的觀察。三實驗線路及原理電路分脈沖形成，同步移相，脈沖放大等環(huán)節(jié)。 四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMCL05組件4NMEL03組件5二蹤示波器6萬用表五實驗方法1將NMCL05面板上左上角的同步電壓輸入端接NMCL32的U、V端，將“觸發(fā)電路選擇”撥至“正弦波”位置。2合上主電路電源開關(guān)，并打開NMCL05面板右下角的電源開關(guān)。用示波器觀察各觀察孔的電壓波形，測量觸發(fā)電路輸出脈沖的幅度和寬度，示波器的地線接于“8”端。3確定脈沖的初始相位。當(dāng)Uct=0時，調(diào)節(jié)Ub（調(diào)RP）要求a接近于180O。4保持Ub不變，調(diào)節(jié)NMCL-31的給定電位器RP

13、1，逐漸增大Uct，用示波器觀察U1及輸出脈沖UGK的波形，注意Uct增加時脈沖的移動情況，并估計移相范圍。5調(diào)節(jié)Uct使a=60O，觀察并記錄面板上觀察孔“1”“7”及輸出脈沖電壓波形。六實驗報告1畫出a=60O時，觀察孔“1”“7”及輸出脈沖電壓波形。2指出Uct增加時，a應(yīng)如何變化？移相范圍大約等于多少度？指出同步電壓的那一段為脈沖移相范圍。實驗三 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實驗一實驗?zāi)康?加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試方法。二實驗內(nèi)容 1鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試。2鋸齒波同步觸發(fā)電路各點波形觀察，分析。 三實驗線路及原理鋸齒波同步移相

14、觸發(fā)電路主要由脈沖形成和放大，鋸齒波形成，同步移相等環(huán)節(jié)組成，其工作原理可參見“電力電子技術(shù)”有關(guān)教材。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMCL05(A)組件或NMCL36組件4NMEL03組件5二蹤示波器6萬用表五實驗方法 1將NMCL-05(A)面板上左上角的同步電壓輸入接NMCL32的U、V端，“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。2合上主電路電源開關(guān)，并打開MCL05面板右下角的電源開關(guān)。用示波器觀察各觀察孔的電壓波形，示波器的地線接于“7”端。同時觀察“1”、“2”孔的波形，了解鋸齒波寬度和“1”點波形的關(guān)系。觀察“3”“5”孔波形及輸出電壓UG1K1的波形，調(diào)整電

15、位器RP1，使“3”的鋸齒波剛出現(xiàn)平頂，記下各波形的幅值與寬度，比較“3”孔電壓U3與U5的對應(yīng)關(guān)系。3調(diào)節(jié)脈沖移相范圍將NMCL31的“G”輸出電壓調(diào)至0V，即將控制電壓Uct調(diào)至零，用示波器觀察U2電壓（即“2”孔）及U5的波形，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub（即調(diào)RP），使a=180O。調(diào)節(jié)NMCL31的給定電位器RP1，增加Uct，觀察脈沖的移動情況，要求Uct=0時，a=180O，Uct=Umax時，a=30O，以滿足移相范圍a=30O180O的要求。4調(diào)節(jié)Uct，使a=60O，觀察并記錄U1U5及輸出脈沖電壓UG1K1，UG2K2的波形，并標(biāo)出其幅值與寬度。用導(dǎo)線連接“K1”和“K3”端，用雙蹤

16、示波器觀察UG1K1和UG3K3的波形，調(diào)節(jié)電位器RP3，使UG1K1和UG3K3間隔1800。六實驗報告1整理，描繪實驗中記錄的各點波形，并標(biāo)出幅值與寬度。2總結(jié)鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調(diào)試方法，移相范圍的大小與哪些參數(shù)有關(guān)？3如果要求Uct=0時，a=90O，應(yīng)如何調(diào)整？4討論分析其它實驗現(xiàn)象。實驗四 單相橋式全控整流電路實驗一實驗?zāi)康?了解單相橋式全控整流電路的工作原理。2研究單相橋式全控整流電路在電阻負(fù)載、電阻電感性負(fù)載的工作。二實驗線路及原理參見圖4-1。三實驗內(nèi)容1單相橋式全控整流電路供電給電阻負(fù)載。2單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制

17、屏2NMCL33組件3NMCL05E組件4NMEL03組件5NMCL35組件6二蹤示波器7萬用表五注意事項1本實驗中觸發(fā)可控硅的脈沖來自NMCL33組件，故NMCL-33的內(nèi)部脈沖需斷，以免造成誤觸發(fā)。2電阻RD的調(diào)節(jié)需注意。若電阻過小，會出現(xiàn)電流過大造成過流保護動作（熔斷絲燒斷，或儀表告警）；若電阻過大，則可能流過可控硅的電流小于其維持電流，造成可控硅時斷時續(xù)。3電感的值可根據(jù)需要選擇，需防止過大的電感造成可控硅不能導(dǎo)通。4NMCL-05E面板的鋸齒波觸發(fā)脈沖需導(dǎo)線連到NMCL-33面板，應(yīng)注意連線不可接錯，否則易造成損壞可控硅。同時，需要注意同步電壓的相位，若出現(xiàn)可控硅移相范圍太?。ㄕ７?/p>

18、圍約30°180°），可嘗試改變同步電壓極性。5逆變變壓器采用NMCL35組式變壓器，原邊為220V，副邊為110V。6示波器的兩根地線由于同外殼相連，必須注意需接等電位，否則易造成短路事故。六實驗方法1將NMCL05E面板左上角的同步電壓輸入接SMCL0 2的U、V輸出端。2斷開NMCL-35和NMCL-33的連接線，合上主電路電源，此時鋸齒波觸發(fā)電路應(yīng)處于工作狀態(tài)。3調(diào)節(jié)SMCL-01的給定電位器RP1，用示波器觀察觸發(fā)電路各點波形，并繪制波形。4開主電源，連接NMCL-35和NMCL-33。3單相橋式全控整流電路供電給電阻負(fù)載。接上電阻負(fù)載（可采用兩只600電阻并聯(lián)）

19、，并調(diào)節(jié)電阻負(fù)載至最大，短接平波電抗器。合上主電路電源，調(diào)節(jié)Ug，求取在不同a角（30°、60°、90°）時整流電路的輸出電壓Ud=f（t），晶閘管的端電壓UVT=f（t）的波形，并記錄相應(yīng)a時的Ug、Ud。4單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載。斷開平波電抗器短接線，求取在不同控制電壓Ug時的輸出電壓Ud=f（t），負(fù)載電流id=f（t）以及晶閘管端電壓UVT=f（t）波形并記錄相應(yīng)a時的Ug、Ud。七實驗報告1繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻負(fù)載情況下，當(dāng)a=60°，90°時的Ud、UVT波形，并加以分析。2繪出單相橋式晶閘管全

20、控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載情況下，當(dāng)a=90°時的Ud、id、UVT波形，并加以分析。實驗五 三相半波可控整流電路的研究一實驗?zāi)康牧私馊喟氩煽卣麟娐返墓ぷ髟?，研究可控整流電路在電阻?fù)載和電阻電感性負(fù)載時的工作。二實驗線路及原理三相半波可控整流電路用三只晶閘管，與單相電路比較，輸出電壓脈動小，輸出功率大，三相負(fù)載平衡。不足之處是晶閘管電流即變壓器的二次電流在一個周期內(nèi)只有1/3時間有電流流過，變壓器利用率低。實驗線路見圖2。三實驗內(nèi)容1研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負(fù)載時的工作。2研究三相半波可控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載時的工作。四實驗設(shè)備及儀表1教學(xué)實驗臺主控制

21、屏2NMCL33組件3NMEL03組件4二蹤示波器5萬用表五注意事項1整流電路與三相電源連接時，一定要注意相序。2整流電路的負(fù)載電阻不宜過小，應(yīng)使Id不超過0.8A，同時負(fù)載電阻不宜過大，保證Id超過0.1A，避免晶閘管時斷時續(xù)。3正確使用示波器，避免示波器的兩根地線接在非等電位的端點上，造成短路事故。六實驗方法1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察MCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的

22、控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V2V的脈沖。2研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負(fù)載時的工作合上主電源，接上電阻性負(fù)載：（a）改變控制電壓Ug，觀察在不同觸發(fā)移相角時（30°、60°、90°），可控整流電路的輸出電壓Ud=f（t）與輸出電流波形id=f（t），并記錄相應(yīng)的Ud、Id、Ug值。（b）記錄=90°時的Ud=f（t）及id =f（t）的波形圖。3研究三相半波可控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載時的工作接入NMCL331的電抗器L=700mH，可把原負(fù)載電阻RD調(diào)小，監(jiān)視電流，不宜超過0.8A（若超過0.8A，可用導(dǎo)線把負(fù)載電阻短路），操作方法同上。（

23、a）觀察不同移相角時（30°、60°、90°）的輸出Ud=f（t）、id=f（t），并記錄相應(yīng)的Ud、Id值。（b）記錄=90°時的Ud=f（t）及id =f（t）的波形圖。七實驗報告1 繪出本整流電路供電給電阻性負(fù)載，電阻電感性負(fù)載時的Ud= f（t），id= f（t）（在=90°情況下）波形，并進(jìn)行分析討論。實驗六 三相橋式全控整流電路實驗一實驗?zāi)康?熟悉NMCL-33組件。2熟悉三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。二實驗內(nèi)容1研究三相橋式全控整流電路供電給電阻性負(fù)載時的工作。2研究三相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載時的工作。三實驗

24、線路及原理實驗線路如圖3所示。主電路由三相全控變流電路組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。四實驗設(shè)備及儀器1教學(xué)實驗臺主控制屏2NMCL33組件3NMEL03組件4NMCL35組件5二蹤示波器6萬用表五實驗方法1未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察NMCL-33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔60o的幅度相同的雙脈沖。（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1” 脈沖超前“2” 脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V2V的脈沖。注：將面板上的Ublf接地，

25、將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)均撥到“接通”。（4）將SMCL-01的給定器輸出Ug接至NMCL-33面板的Uct端。 2三相橋式全控整流電路按圖3接線，并將RD調(diào)至最大(300W)。分別做電路供電給電阻性負(fù)載時及電路供電給電阻電感性負(fù)載時兩種情況。合上主電源。調(diào)節(jié)Uct，使a在30o90o范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄a=30O、60O、90O時，整流電壓ud=f（t），晶閘管兩端電壓uVT=f（t）的波形，并記錄相應(yīng)的Ud數(shù)值。六實驗報告1畫出電路的移相特性Ud=f(a)曲線；2畫出三相橋式全控整流電路時，a角為30O、60O、90O時的ud、uVT波形；實驗七 電力晶體管(GTR)驅(qū)動電路研究一

26、實驗?zāi)康?掌握GTR對基極驅(qū)動電路的要求2掌握一個實用驅(qū)動電路的工作原理與調(diào)試方法二實驗內(nèi)容1連接實驗線路組成一個實用驅(qū)動電路2PWM波形發(fā)生器頻率與占空比測試3光耦合器輸入、輸出延時時間與電流傳輸比測試4貝克箝位電路性能測試5過流保護電路性能測試三實驗線路見圖21四實驗設(shè)備和儀器1NMCL-07電力電子實驗箱2雙蹤示波器3萬用表4教學(xué)實驗臺主控制屏五實驗方法1檢查面板上所有開關(guān)是否均置于斷開位置2PWM波形發(fā)生器頻率與占空比測試（1）開關(guān)S1、S2打向“通”，將脈沖占空比調(diào)節(jié)電位器RP順時針旋到底，用示波器觀察1和2點間的PWM波形，即可測量脈沖寬度、幅度與脈沖周期，并計算出頻率f與占空比D

27、，填入表21。表21幅度（Vp-p）寬度（ms）周期（ms）頻率f（kHz）占空比DS2：通RP：右旋S2：通RP：左旋S2：斷RP：右旋S2：斷RP：左旋（2）將電位器RP左旋到底，測出f與D，填入表21。（3）將開關(guān)S2打向“斷”，測出這時的f與D，填入表21。（4）電位器RP順時針旋到底，測出這時的f與D，填入表21（5）將S2打在“斷”位置，然后調(diào)節(jié)RP，使占空比D=0.2左右。3光耦合器特性測試（1）輸入電阻為R1=1.6KW時的開門，關(guān)門延時時間測試a將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的“3”與“5”，“9”與“7”

28、及“6”與“11”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：5GTR：9GTR：7GTR：6GTR：11bGTR單元的開關(guān)S1合向“ ”，用雙蹤示波器觀察輸入“1”與“6”及輸出“7”與“11”之間波形，記錄開門時間ton（含延遲時間td和下降時間tf）以及關(guān)門時間toff（含儲存時間ts和上升時間tr），填入表22。表22 R=1.6ktdtftontstrtoff（2）輸入電阻為R2=150W時的開門，關(guān)門延時時間測試將GTR單元的“3”與“5”斷開，并連接“4”與“5”， 調(diào)節(jié)電位器RP順時針旋到底（使RP短接），其余同上，記錄開門、關(guān)門時間

29、，填入表23。表23 R=150tdtftontstrtoff（3）輸入加速電容對開門、關(guān)門延時時間影響的測試斷開GTR單元的“4”和“5”，將“2”、“3”與“5”相連，即可測出具有加速電容時的開門、關(guān)門時間，填入表24。表24 接有加速電容tdtftontstrtoff（4）輸入、輸出電流傳輸比(CTR)測定電流傳輸比定義為CTR=輸出電流/輸入電流GTR單元的開關(guān)S1合向“5V”，S2打向“通”，連接GTR的“6”和PWM波形發(fā)生器的“2”，分別在GTR單元的“4”和“5”以及“9”與“7”之間串入直流毫安表，電位器RP左旋到底，測量光耦輸入電流Iin、輸出電流Iout。改變RP(逐漸右

30、旋)，分別測量5-6組光耦輸入，輸出電流，填入表25。表25 輸入、輸出電流傳輸比(CTR)測定Iin（mA）Iout（mA）CTR4驅(qū)動電路輸入，輸出延時時間測試GTR單元的開關(guān)S1合向“ ”， 將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的“3”與“5”，“9”與“7”及“6”與“11”、“8”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：5GTR：9GTR：7GTR：6GTR：11 GTR：8用雙蹤示波器觀察GTR單元輸入“1”與“6”及驅(qū)動電路輸出“14”與“11”之間波形，記錄驅(qū)動電路的

31、輸入，輸出延時時間。td=5貝克箝位電路性能測試（1）不加貝克箝位電路時的GTR存貯時間測試。GTR單元的開關(guān)S1合向“ ”， 將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的”2“、“3”與“5”，“9”與“7”，“14”與“19”，“29”與“21”，以及GTR單元的“8”、“11”、“18”與主回路的“4”，GTR單元的“22”與主回路的“1”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：2GTR：5GTR：9GTR：7GTR：8GTR：11 GTR：18主回路：4GTR：14GTR：19GT

32、R：29GTR：21GTR：22主回路：1用雙蹤示波器觀察基極驅(qū)動信號ub（“19”與“18”之間）及集電極電流ic（“22”與“18”之間）波形，記錄存貯時間ts。ts=（2）加上貝克箝位電路后的GTR存貯時間測試在上述條件下，將20與14相連，觀察與記錄ts的變化。ts=6過流保護性能測試在實驗5接線的基礎(chǔ)上接入過流保護電路，即斷開“8”與“11”的連接，將“36”與“21”、“37”與“8”相連，開關(guān)S3放在“斷”位置。用示波器觀察“19”與“18”及“21”與“18”之間波形，將S3合向“通”位置，(即減小比較器的比較電壓，以此來模擬采樣電阻R8兩端電壓的增大)，此時過流指示燈亮，并封

33、鎖驅(qū)動信號。將S3放到斷開位置，按復(fù)位按鈕，過流指示燈滅，即可繼續(xù)進(jìn)行試驗。六實驗報告1畫出PWM波形，列出PWM波形發(fā)生器S2在“通”與“斷”位置時的頻率f與最大，最小占空比。2畫出光耦合器在不同輸入電阻及帶有加速電容時的輸入、輸出延時時間曲線，探討能縮短開門、關(guān)門延時時間的方法。3列出光耦輸入、輸出電流，并畫出電流傳輸比曲線。4列出有與沒有貝克箝位電路時的GTR存貯時間ts，并說明使用貝克箝位電路能縮短存貯時間ts的物理原因以及對貝克箝位二極管V1的參數(shù)選擇要求。5試說明過流保護電路的工作原理。6實驗的收獲，體會與改進(jìn)意見。七思考題1波形發(fā)生器中R1=160，RP=1k，R2=3k，C1=

34、0.022uF，C2=0.22uF，試對所測的f、Dmax、Dmin與理論值作一比較，能否分析一下兩者相差的原因？2實驗中的光耦為TLP521，試對實測的開門、關(guān)門延時時間與該器件的典型延時時間作一比較，能否分析一下兩者相差的原因。3試比較波形發(fā)生器輸出與驅(qū)動電路輸出處的脈沖占空比，并分析兩者相差的原因，你能否提出一種縮小兩者差異的電路方案。4根據(jù)實測的光耦電流傳輸比以及盡量短的開關(guān)門延時時間，請對C1、R1及R3等參數(shù)作出選擇。 實驗八 電力晶體管(GTR)特性研究一實驗?zāi)康?熟悉(GTR)的開關(guān)特性與二極管的反向恢復(fù)特性及其測試方法2掌握GTR緩沖電路的工作原理與參數(shù)設(shè)計要求二實驗內(nèi)容1不

35、同負(fù)載時的GTR開關(guān)特性測試。2不同基極電流時的開關(guān)特性測試。3有與沒有基極反壓時的開關(guān)過程比較。4并聯(lián)沖電路性能測試。5串聯(lián)沖電路性能測試。6二極管的反向恢復(fù)特性測試。三實驗線路見圖21四實驗設(shè)備和儀器1NMCL-07電力電子實驗箱中的GTR與PWM波形發(fā)生器部分2雙蹤示波器3萬用表4教學(xué)實驗臺主控制屏五實驗方法1不同負(fù)載時GTR開關(guān)特性測試（1）電阻負(fù)載時的開關(guān)特性測試GTR單元的開關(guān)S1合向“ ”， 將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的 “3”與“5”，“9”與“7”，“15”、“16”與“19”，“29”與“21”，以及

36、GTR單元的“8”、“11”、“18”與主回路的“4”， GTR單元的“22”與主回路的“1”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：5 GTR：9GTR：7GTR：8GTR：11 GTR：18 主回路：4GTR：15GTR：16GTR：19GTR：29GTR：21GTR：22主回路：1用示波器觀察，基極驅(qū)動信號ib（“19”與“18”之間）及集電極電流ic（“21”與“18”之間）波形，記錄開通時間ton，存貯時間ts、下降時間tf。ton= us，ts= us，tf= us（2）電阻、電感性負(fù)載時的開關(guān)特性測試 除了將主回器部分由電阻負(fù)載改為

37、電阻、電感性負(fù)載以外（即將“1”與“22”斷開而將“2”與“22”相連)，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts= us，tf= us2不同基極電流時的開關(guān)特性測試（1）基極電流較小時的開關(guān)過程 斷開GTR單元“16”與“19”的連接，將基極回路的“15”與“19”相連，主回路的“1”與GTR單元的“22”相連，其余接線同上，測量并記錄基極驅(qū)動信號ib（“19”與“18”之間）及集電極電流ic（“21”與“18”之間）波形，記錄開通時間ton，存貯時間ts、下降時間tf。ton= us，ts= us，tf= us （2）基極電流較大時的開關(guān)過程將GTR單元的“15”與“19”的連線斷開，

38、再將“14”與“19”相連，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts= us，tf= us3有與沒有基極反壓時的開關(guān)過程比較（1）沒有基極反壓時的開關(guān)過程測試-與上述2（2）測試方法相同。（2）有基極反壓時的開關(guān)過程測試a將GTR單元的“18”與“11”斷開，并將“18”與“17”以及“12”與“11”相連，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts= us，tf= usb將GTR單元的“18”與“17”，“12”與“11”，“14”與“19”斷開，將“15”、“16”與“19”、“18”與“11”相連，這時的基極反壓系由電容C3兩端電壓產(chǎn)生，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts

39、= us，tf= us4并聯(lián)緩沖電路性能測試，基極電阻用R6，加貝克箝位電路(1)、電阻負(fù)載（將主回路1與22相連）時，不同并聯(lián)緩沖電路參數(shù)時的性能測試a大電阻、小電容時的緩沖特性將GTR單元的“26”、“27”與“31”相連，“32”與“18”相連，其余接線同上，測量并描繪“21”與“18”及“22”與“18”之間波形(包括GTR導(dǎo)通與關(guān)斷時的波形，下同)。b大電阻、大電容時的緩沖特性斷開GTR單元的“26”、“27”與“31”的相連，將“26”、“27”與“30”相連，測量并描繪“21”與“18”及“22”與“18”之間波形。c小電阻大電容時的緩沖特性斷開GTR單元的“26”、“27”與“

40、30”的相連，將“26”、“28”與“30”相連，測試方法同上。d小電阻大電容時的緩沖特性斷開GTR單元的“26”、“28”與“30”的相連，將“26”、“28”與“31”相連，測試方法同上。 (2)、電阻、電感負(fù)載（主回路2與22相連）時，不同并聯(lián)緩沖電路參數(shù)時的性能測試a無并聯(lián)緩沖時測量“21”與“18”及“22”與“18”之間波形。B、加上并聯(lián)緩沖，即將“26”、“28”與“30”相連，測量“21”與“18”及“22”與“18” 之間波形。5串聯(lián)緩沖電路性能（1）較大串聯(lián)電感時的緩沖特性將主回路的“1”與GTR單元的“23”相連，“25”與“22”相連，其余接線同上，測量“21”與“18

41、”及“22”與“18”之間波形。（2）較小串聯(lián)電感時的緩沖特性將GTR單元的“25”與“22”斷開，將“24”與“22”相連，其余接線與測試方法同上。6二極管的反向恢復(fù)特性測試（1）快恢復(fù)二極管的恢復(fù)特性測試將主回路的“1”與GTR單元的“22”相連，“26”與“34”，“33” 、“27”與“30”相連，其余接線同上 。觀察電阻R11兩端的波形。測試條件：調(diào)節(jié)PWM波形發(fā)生器的RP，脈沖的占空比足夠大，使GTR的關(guān)斷時間比集-射極電壓UCe(即UC4)上升到穩(wěn)態(tài)值的時間短，這樣，在GTR關(guān)斷過程中通過二極管對C4的充電電流還未結(jié)束時，GTR又一次導(dǎo)通，這時即可在采樣電阻R11(為1)兩端觀察

42、到反向恢復(fù)過程。（2）普通二極管的恢復(fù)特性測試斷開GTR單元的“26”、“34”的相連，將“35”與“22” ，“33”、“27” 與“30”相連,其余接線與測試方法同上。六、實驗報告1繪出電阻負(fù)載與電阻、電感負(fù)載時的GTR開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出ton、tS與tf，并分析不同負(fù)載時開關(guān)波形的差異。2繪出不同基極電流時的開關(guān)波形并在圖上標(biāo)出ton、tS與tf，并分析理想基極電流的形狀，探討獲得理想基極電流形的方法。3繪出有與沒有基極反壓時的開關(guān)波形，分析及其對關(guān)斷過程的影響。試分析實驗中所采用的兩種基極反壓方案的優(yōu)缺點，你能否設(shè)計另一種獲得反壓的方案。3繪出不同負(fù)載，不同并聯(lián)緩沖電路參數(shù)時的開關(guān)

43、波形，對不同波形的形狀從理論上加以說明。4試分析串并聯(lián)緩沖電路對GTR開關(guān)損耗的影響。5繪出二極管的反向恢復(fù)特性曲線，并估算出反向恢復(fù)峰值電流值(電源電壓為15V，R11=1)，試說明二極管V2、V3應(yīng)選用具有何種恢復(fù)特性的二極管。實驗九 功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動電路研究一實驗?zāi)康模?熟悉MOSFET主要參數(shù)的測量方法2掌握MOSEET對驅(qū)動電路的要求3掌握一個實用驅(qū)動電路的工作原理與調(diào)試方法二實驗內(nèi)容1MOSFET主要參數(shù)：開啟閥值電壓VGS(th),跨導(dǎo)gFS,導(dǎo)通電阻Rds 輸出特性ID=f（Vsd）等的測試2驅(qū)動電路的輸入,輸出延時時間測試.3電阻與電阻、電感性質(zhì)載時

44、，MOSFET開關(guān)特性測試4有與沒有反偏壓時的開關(guān)過程比較5柵-源漏電流測試三實驗設(shè)備和儀器1NMCL-07電力電子實驗箱中的MOSFET與PWM波形發(fā)生器部分2雙蹤示波器3毫安表4電流表5電壓表四、實驗線路見圖22五實驗方法1MOSFET主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓VGS(th)測試開啟閥值電壓簡稱開啟電壓，是指器件流過一定量的漏極電流時（通常取漏極電流ID=1mA)的最小柵源電壓。在主回路的“1”端與MOS 管的“25”端之間串入毫安表，測量漏極電流ID，將主回路的“3”與“4”端分別與MOS管的“24”與“23”相連，再在“24”與“23”端間接入電壓表, 測量MOS管的柵源電壓Vgs

45、，并將主回路電位器RP左旋到底，使Vgs=0。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表的讀數(shù)，當(dāng)漏極電流ID=1mA時的柵源電壓值即為開啟閥值電壓VGS（th）。讀取67組ID、Vgs，其中ID=1mA必測，填入表26。表26ID（mA）1Vgs（V）（2）跨導(dǎo)gFS測試雙極型晶體管（GTR）通常用hFE（）表示其增益，功率MOSFET器件以跨導(dǎo)gFS表示其增益?？鐚?dǎo)的定義為漏極電流的小變化與相應(yīng)的柵源電壓小變化量之比，即gFS=ID/VGS。典型的跨導(dǎo)額定值是在1/2額定漏極電流和VDS=15V下測得，受條件限制，實驗中只能測到1/5額定漏極電流值。根據(jù)表26的測量數(shù)值，計算gFS。（3

46、）轉(zhuǎn)移特性IDf（VGS）柵源電壓Vgs與漏極電流ID的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性。根據(jù)表26的測量數(shù)值，繪出轉(zhuǎn)移特性。（4)導(dǎo)通電阻RDS測試導(dǎo)通電阻定義為RDS=VDS/ID將電壓表接至MOS 管的“25”與“23”兩端，測量UDS，其余接線同上。改變VGS 從小到大讀取ID與對應(yīng)的漏源電壓 VDS，測量5-6組數(shù)值，填入表27。表27ID（mA）1VDS（V）（5）IDf（VSD）測試IDf（VSD）系指VGS0時的VDS特性，它是指通過額定電流時，并聯(lián)寄生二極管的正向壓降。a在主回路的“3”端與MOS管的“23” 端之間串入安培表，主回路的“4”端與MOS管的“25”端相連，在MOS管的“2

47、3”與“25”之間接入電壓表，將RP右旋轉(zhuǎn)到底，讀取一組ID與VSD的值。b將主回路的“3”端與MOS管的“23”端斷開，在主回路“1”端與MOS管的“23”端之間串入安培表，其余接線與測試方法同上，讀取另一組ID與VSD的值。c將“1”端與“23”端斷開，在在主回路“2”端與“23”端之間串入安培表，其余接線與測試方法同上，讀取第三組ID與VSD的值。2快速光耦6N137輸入、輸出延時時間的測試將MOSFET單元的輸入“1”與“4”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再將MOSFET單元的“2”與“3”、“9”與“4”相連，用雙蹤示波器觀察輸入波形（“1”與“4”）及輸出波形（“

48、5”與“9”之間），記錄開門時間ton、關(guān)門時間toff。ton= ，toff=3驅(qū)動電路的輸入、輸出延時時間測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“5”與“8”、“6”與“7”、“10”、“11”與“12”、“13”、“14”與“16”相連，用示波器觀察輸入“1”與“4”及驅(qū)動電路輸出“18”與“9”之間波形，記錄延時時間toff。4電阻負(fù)載時MOSFET開關(guān)特性測試（1）無并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，將MOSFET單元的“9”與“4”連線斷開，再將“20”與“24”、“22”與“23”、“21”與“9”以及主回路的“1”與“4”分別和MOSFET單元的“25”與“21”相連。用示波器觀察

49、“22”與“21”以及“24”與“21”之間波形（也可觀察“22”與“21”及“25”與“21”之間的波形），記錄開通時間ton與存儲時間ts。ton= ，ts=（2）有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“25”與“27”、“21”與“26”相連，測試方法同上。5電阻、電感負(fù)載時的開關(guān)特性測試（1）有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試將主回路“1”與MOSFET單元的“25”斷開，將主回路的“2”與MOSFET單元的“25”相連，測試方法同上。（2）無并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試將并聯(lián)緩沖電路斷開，測試方法同上。6有與沒有柵極反壓時的開關(guān)過程比較（1）無反壓時的開關(guān)過程上述所測的即為無反壓時的開

50、關(guān)過程。（2）有反壓時的開關(guān)過程將反壓環(huán)節(jié)接入試驗電路，即斷開MOSFET單元的“9”與“21”的相連，連接“9”與“15”，“17”與“21”，其余接線不變，測試方法同上，并與無反壓時的開關(guān)過程相比較。7不同柵極電阻時的開關(guān)特性測試電阻、電感負(fù)載，有并聯(lián)緩沖電路（1）柵極電阻采用R6=200時的開關(guān)特性。（2）柵極電阻采用R7=470時的開關(guān)特性。（3）柵極電阻采用R8=1.2k時的開關(guān)特性。8柵源極電容充放電電流測試電阻負(fù)載，柵極電阻采用R6，用示波器觀察R6兩端波形并記錄該波形的正負(fù)幅值。9消除高頻振蕩試驗當(dāng)采用電阻、電感負(fù)載，無并聯(lián)緩沖，柵極電阻為R6時，可能會產(chǎn)生較嚴(yán)重的高頻振蕩，通?？捎迷龃髺艠O電阻的方法消除，當(dāng)出現(xiàn)高頻振蕩時，可將柵極電阻用較大阻值的R8。六實驗報告1根據(jù)所測數(shù)據(jù)，列出MOSFET主要參數(shù)的表格與曲線。2列出快速光耦6N137與驅(qū)動電路的延時時間與波形。3繪出電阻負(fù)載，電阻、電感負(fù)載，有與沒有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出ton、toff。4繪出有與沒有柵極反壓時的開關(guān)波形，并分析其對關(guān)斷過程的影響。5繪出不同柵極電阻時的開關(guān)波形，分析柵極電阻大小對開關(guān)過程影響的物理原因。6繪出柵源極電容充放電電流波形，試估算出充放電電流的峰值。7消除高頻振蕩的措施與效