電路實驗指導書 最終版

1電力電子技術實驗指導書電氣工程及其自動化專業(yè)自動化專業(yè)適用青島科技大學自動化學院電氣工程教研室2實驗一 MOSFET、IGBT 的特性與驅(qū)動電路研究一、實驗目的1熟悉 MOSFET、IGBT 開關特性的測試方法。2. 掌握 MOSFET、IGBT 對驅(qū)動電路的要求。3熟悉 MOSFET、IGBT 主要參數(shù)的測量方法。二、實驗內(nèi)容1. MOSFET 的特性與驅(qū)動電路研究2. IGBT 的特性與驅(qū)動電路研究三、實驗設備、儀器1NMCL-07C 電力電子實驗箱。2雙蹤示波器。3萬用表。4教學實驗臺主控制屏四、實驗要求1.掌握 MOSFET、IGBT 開關特性，熟悉波形觀察。五、注意事項1雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須是兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可） ，以免造成短路事故。2改接線路時，必須先斷開電源。六、實驗原理圖3(a) 測試電路 (b) 開關過程波形圖 1.電力 MOSFET 的開關過程圖 2. IGBT 的開關過程七、實驗方法(一)MOSFET 的開關特性與驅(qū)動電路研究1不同負載時 MOSFET 的開關特性測試4（1）電阻負載時開關特性測試MOSFET：將開關 S2 撥到15V，PWM 波形發(fā)生器的“21” 與面板上的“20” 相連， “26”與功率器件 MOSFET 的“G” 端、 “D”端與主回路的“1” 、 “S”端與“14” 、 “18”與主回路的“3”相連。接通低壓控制電路的低壓電源。用示波器分別觀察，柵極驅(qū)動信號 uGS（“G”端與“18”之間) 的波形及電流 is(“14”與“18”之間) 的波形，記錄開通時間 ton，關斷時間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= （2）電阻、電感負載時開關特性測試除了將主回器部分由電阻負載改為電阻、電感性負載以外（即將“1”斷開，而將“2” 相連)，其余接線與測試方法同上，記錄開通時間 ton，關斷時間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= 2不同柵極電流時的開關特性測試分別測量 24 與 26、27、28 之間的電阻大小，并分析不同負載時的開通與關斷時間差異。（1）斷開 “26”與“G” 端的連接，將柵極回路的“27”與“G”端相連，其余接線同上，測量并記錄柵極驅(qū)動信號 uGS（“G”端與“18”之間）及電流 is（ “14”與“18” 之間）波形，記錄開通時間 ton，關斷時間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= （2）斷開 “27”與“G” 端的連接，將柵極回路的“28”與“G”端相連，其余接線與測試方法同上，并且記錄波形。ton= ，t off= 3并聯(lián)緩沖電路作用測試（1）帶電阻負載MOSFET：“6”與 MOSFET 的“D”端相連、 “7”與“S”端相連，觀察有與沒有緩沖電路時 “G”端與“18”及 MOSFET 的“14”端與 “18”之間波形，記錄波形并分析差異。（2）帶電阻，電感負載將 1 斷開，將 2 接入，有與沒有緩沖電路時，觀察波形的方法同上。（二）IGBT 的開關特性與驅(qū)動電路研究1不同負載時 IGBT 的開關特性測試（1）電阻負載時開關特性測試IGBT：將開關 S2 撥到15V， PWM 波形發(fā)生器的“21”與面板上的“20”相連， “26”與功率器件 IGBT 的“G” 端、 “C”端與主回路的“1”、 “E”端與“14” 、 “18”與主回路的“3”相連。用示波器分別觀察，柵極驅(qū)動信號 ib（“G”端與“18”之間) 的波形及電流 ie(“14”與“18”之間) 的波形，記錄開通時間 ton，關斷時間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= （2）電阻、電感負載時開關特性測試除了將主回器部分由電阻負載改為電阻、電感性負載以外（即將“1”斷開，而將“2” 相連)，5其余接線與測試方法同上，并且記錄波形。ton= ，t off= 2不同柵極電流時的開關特性測試分別測量 24 與 26、27、28 之間的電阻大小，并分析不同負載時的開通與關斷時間差異。（1）斷開 “26”與“G” 端的連接，將柵極回路的“27”與“G”端相連，其余接線同上，測量并記錄柵極驅(qū)動信號 ig（“G”端與“18”之間）及電流 is（“14”與“18”之間）波形，記錄開通時間 ton，關斷時間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= 。（2）斷開 “27”與“G” 端的連接，將柵極回路的“28”與“G”端相連，其余接線與測試方法同上，并且記錄波形。ton= ，t off= 3并聯(lián)緩沖電路作用測試（1）帶電阻負載IGBT：“4”與 IGBT 的“C”端相連、 “5 與“E” 端相連，觀察有與沒有緩沖電路時 IGBT的 “G”端與“18”及 IGBT 的“C”端與 “18”之間波形，記錄波形并分析差異。（2）帶電阻，電感負載將 1 斷開，將 2 接入，有與沒有緩沖電路時，觀察并記錄波形，方法同上。七、實驗報告1. 繪出電阻負載，電阻電感負載以及不同柵極電阻時的開關波形，并分析不同負載時開關波形的差異，并在圖上標出 ton，toff。2. 繪出電阻負載與電阻、電感負載有與沒有并聯(lián)緩沖電路時的開關波形，并說明并聯(lián)緩沖電路的作用，并在圖上標出 ton，toff。6實驗二 三相橋式全控整流電路實驗一、實驗目的1. 熟悉三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。2. 掌握三相橋式全控整流電路正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的波形觀察。3. 測取直流電動機的調(diào)壓調(diào)速特性。二、實驗內(nèi)容1三相橋式全控整流電路。2. 調(diào)試觸發(fā)電路并測取其各點的波形。3觀察整流狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時的波形。4. 測取直流電動機的調(diào)壓調(diào)速特性。三、實驗設備、儀器1NMCL 系列教學實驗臺主控制屏。2NMCL33 組件。3NMEL03 三相可調(diào)電阻。4. 電機導軌及測速發(fā)電機、直流電動機 M03。5雙蹤示波器。6. 萬用表。四、實驗要求1. 掌握三相橋式全控整流電路的接線及工作原理。2. 熟悉集成觸發(fā)器的調(diào)整方法及各點波形。3. 掌握三相橋式全控整流電路正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的波形觀察。4. 綜合電機與拖動基礎 ，掌握直流電動機的調(diào)壓調(diào)速特性。五、注意事項1雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須是兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可） ，以免造成短路事故。2改接線路時，必須先斷開電源。3觸發(fā)脈沖的觀測孔不要用導線與晶閘管的門極相連，否則會燒壞觸發(fā)板。4電動機在工作前要先加上勵磁。5電動機起動前要先檢查給定旋鈕是否在零位上，以避免突加電壓起動造成過流。7六、實驗步驟1未上主電源之前，先檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）打開 NMCL-31 上的低壓電源開關，用示波器觀察 NMCL-33 的雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，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”脈沖觀察孔，若“1” 脈沖超前“2” 脈沖 600，則相序正確，否則，應調(diào)整輸入交流電源的相序。檢查完畢后，斷開“低壓直流電源” 。（3）將 NMCL-33 板上的 Ublf接地，將 I 組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關均撥到“接通”（處于彈起狀態(tài)） 。接通“低壓電源” ，用示波器的一個探頭逐個觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應有幅值為 1V2V 的雙脈沖。 （注意：此時要逐個測試，不得同時觀察兩個晶閘管上的脈沖）（4)NMCL-31 面板上給定器輸出 Ug 接至 NMCL-33 面板的 Uct 端，調(diào)節(jié)偏移電壓 Ub，在 Uct=0 時，使=150 o。具體方法為：用雙蹤示波器的一路接.U 相同步電壓，另一路接1#脈沖孔的觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)偏移電壓 Ub 電位器，使得脈沖出現(xiàn)的位置剛好對應于 U 相同步電壓的 180o位置（即 U 相的負過零電） 。 （注意：示波器兩路輸入的橫軸必須重合，否則將會產(chǎn)生誤差）2三相橋式全控整流電路按圖 3-1 接線，將 Rd 調(diào)至最大(450)。圖 3-1 三相橋式全控整流電路合上主電源。調(diào)節(jié) Uct（即給定器輸出 Ug 電位器） ，使在 30o90o范圍內(nèi)（具體方法和 1 中的（4）相同） ，用示波器觀察記錄=30 O、60 O、90 O時，整流電壓 ud=f（ t） ，晶閘管兩端電壓 uVT=f（ t）的波形，并記錄相應的 Ud 和交流輸入電壓 U2數(shù)值。3電路模擬故障現(xiàn)象觀察（=30 O） 。（1）在整流狀態(tài)時，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關（依次按下觸發(fā)脈沖的六個開關中其中一個） ，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導通，觀察并分別記錄此時的ud波形。（2）斷開兩只晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關（任意按下觸發(fā)脈沖六個開關中其中兩個），觀察并分別記錄此時的 ud波形。（3）斷開三只晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關（任意按下觸發(fā)脈沖六個開關中其中三個）UVW1T2V3456CRA121F28，觀察并分別記錄此時的 ud波形。4晶閘管直流電動機系統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速特性(1) 系統(tǒng)零位調(diào)整Uct 接地，用雙蹤示波器同時觀察 NMCL-33 板上的 U 相同步信號和 1 號孔觸發(fā)脈沖,觀察觸發(fā)脈沖的相位是否為 =90 (注意:同步信號 30的點為自然換向點,即 =0的點.),若不對,應調(diào)節(jié)偏移電壓電位器,使 =90。也可以同時觀察 V 相同步信號和 1 號孔觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)偏移電壓使 1 號觸發(fā)脈沖與 V 相電壓的正向過零點相對應。觸發(fā)脈沖的相位關系如下圖所示。（2）按圖 3-2 所示接好線，將電阻負載換為直流電動機，將電流表串聯(lián)到電樞回路中，直流電動機接上勵磁。電動機空載。打開測速表電源。圖 3-2 三相橋式全控整流電路電機負載電路（2）將 Ug調(diào)為零，合上直流勵磁電源和交流電源，在保證有勵磁電流的前提下，逐漸增加 Ug，使電動機起動起來。此時注意觀察電流表的數(shù)值，應在 0.1A 左右（如果電動機不轉，且電流表的讀數(shù)迅速增大，說明勵磁電源未接上） 。觀察轉速值，在 01600r/min 之間取 10 個左右數(shù)據(jù)，同時測量電樞兩端的電壓，記UVW1T2V3456CRAM03121F29錄在表 1 中。表 1 Ud（V）n（r/min）七、實驗報告要求1畫出電路的移相特性 Ud=f()曲線；2作出整流電路的輸入輸出特性 Ud/U2=f（ ） ；3畫出三相橋式全控整流電路時，角為 30O、60 O、90 O時的 ud、u VT波形；4畫出模擬故障的波形圖并簡單分析模擬故障現(xiàn)象。5. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出直流電動機空載時的電壓-速度特性 n=f(Ud)曲線。八、思考題1在三相橋式全控整流電路實驗過程中，示波器觀察到的整流輸出電壓波形不整齊，請問是什么原因？2觸發(fā)電路的調(diào)試和波形觀察時，出現(xiàn) 1#和 2#雙脈沖觀察孔的脈沖等相位，請問是什么原因？3. 電路模擬故障現(xiàn)象觀察時，為什么斷掉不同晶閘管脈沖對應的整流輸出電壓波形不同？請以 VT1 和 VT2 為例說明。10實驗三 直流斬波電路的性能研究一、實驗目的熟悉降壓斬波電路（Buck Chopper） 、升壓斬波電路(Boost Chopper)、升降壓斬波電路（buck-boost chopper）的工作原理，掌握這三種基本斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。二、實驗內(nèi)容1降壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。2升壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。3升降壓斬波電路的波形觀察及電壓測試。三、實驗儀器、設備1電力電子教學實驗臺主控制屏。2NMCL-22 組件。3萬用表。4雙蹤示波器四、實驗要求1掌握降壓斬波電路的工作原理、波形觀察及電壓測試。2掌握升壓斬波電路的工作原理、波形觀察及電壓測試。3掌握升降壓斬波電路的工作原理、波形觀察及電壓測試。五、實驗方法（按照面板上各種斬波器的電路圖，取用