電力電子技術實驗指導書(NMCL-III)(2014.02)

1、電力電子技術 實驗指導書 電氣工程與自動化學院 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，按照有關規(guī)定安全操作，防止事故發(fā)生，實驗人員必須團結協作，統(tǒng)一行動。2、每次實驗之前，實驗人員必須充分預習，經檢查預習報告合格，方可進行實驗，否則不準參加實驗。3、實驗室內禁止吸煙、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，不準戴圍巾，不準穿拖鞋，留長發(fā)的女同學必須戴工作帽。5、實驗人員在接好線路和改好線路之后，必須經指導人員檢查同意后，才能接通電源。6、嚴禁帶電接線、拆線或接觸帶電線路的裸露部分和機臺的轉動部分，禁止坐在實驗臺上。7、要正確使用儀器設備。

2、未經許可，各種儀器設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備，一律不準動用。8、如果發(fā)生安全事故，不要驚慌失措，必須立即切斷電源，要保持現場并及時報告指導人員，以查明事故原因，排除故障和酌情進行處理。凡因安全責任事故造成各種損失時，事故者負賠償責任。9、實驗結束后，應將所有儀器放回原處，各種導線拆線后分類放好，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，如果嚴重違反又不聽勸告者，教師及實驗指導人員有權立即停止其實驗或工作。電力電子技術實驗須知 實驗是教學中的重要環(huán)節(jié)。通過實驗可以驗證和進一步研究學過的理論知識，加深對所學知識的理解認識。通過實驗可掌握

3、基本的實驗方法和技能，培養(yǎng)嚴肅認真，實事求是的科學作風。一、預習要求：認真閱讀實驗指導書，復習有關理論知識。認真思考實驗過程中可能發(fā)生的問題及應當采取的措施。預先估計實驗可能得到的結果。認真填寫預習報告。二、實驗要求：1實驗前須出示預習報告，無預習報告不得參加實驗。2認真仔細地按照實驗指導書中給出的接線圖完成實驗設備和儀器的連線工作，經教師或指導人員檢查完畢后方可進行實驗。3實驗前要再次閱讀實驗指導書中提及的實驗注意事項。4認真按照實驗指導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真測量并準確地記錄實驗數據。 6實驗過程中如有事故發(fā)生要及時切斷電源，并立即報告指導人員。 7實驗完成

4、后要進行清整工作。三、實驗報告要求： 1每一位同學均應獨自完成實驗報告，其中包括必要的數據、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，數據計算及圖表曲線應符合要求。實驗報告所用紙張應大小一致，裝訂整齊，并按要求填寫完整。 2實驗報告中，要對實驗結果結合所學理論，加以簡明的分析，根據自己的看法作出結論。 3實驗報告中可提出對實驗方法、設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：電力電子技術實驗所用裝置是浙江大學求是公司生產的NMCL-型“電力電子及電氣傳動實驗臺”。該實驗臺采用組件式結構，每一組件（按編號）功能獨立，可根據實驗內容的不同進行組合，方便靈活

5、。目 錄實驗一 單結晶體管觸發(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 功率場效應晶體管（MOSFET）特性與驅動電路研究25實驗十 直流斬波電路(設計性)的性能研究29實驗十一 單相交直交變頻電路（調速）31實驗一 單結晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實驗一實驗目的1熟悉單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握單結晶體管觸

6、發(fā)電路的調試步驟和方法。3對單相半波可控整流電路在電阻負載時工作情況作全面分析。二實驗內容1單結晶體管觸發(fā)電路的調試。2單結晶體管觸發(fā)電路各點波形的觀察。3單相半波整流電路帶電阻性負載時特性的測定。三實驗線路及原理將單結晶體管觸發(fā)電路的輸出端“G”“K”端接至晶閘管VT1的門陰極，即可構成如圖1-1所示的實驗線路。四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏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，然后根據電流值來調整。（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，晶閘管才可靠導通。實驗中，若負載電流太小，可能出現晶閘管時通時斷，所以實驗中，應保持負載電流不小于100mA。（5）本實驗中，因用NMCL05組件中單結晶觸發(fā)電路控制晶閘管，注意須斷開NMCL33的內部觸發(fā)脈沖。六實驗方法1單結晶體管觸發(fā)電路調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“單結晶”。按照實驗接線圖正確接線，但由單結晶體管觸發(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”開關撥向“直流調速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出， NMCL05內部的同步變壓器原邊接有220V，原邊輸出分別為60V（單結晶觸發(fā)電路）、30V（正弦波觸發(fā)電路）、7V（鋸齒波觸發(fā)電路），通過直鍵開關選擇。合上NMCL05面板的右下角船形開關，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”）及單結晶體管輸出電壓（“5”、“6”）和脈沖輸出（“G”、“K”）等波形。調節(jié)移相可調電位器RP，觀察輸出脈沖的移相范圍能否在30°180°范圍內移。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，謹慎操作。2單相半波可控整流電路帶電阻性負載斷開觸發(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。負載Rd接可調電阻（可把NMEL03的600電阻盤并聯，即最大電阻為300），并調至阻值最大。合上主電源，調節(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°UdU2七實驗內容1畫出觸發(fā)電路在=90°時的各點波形。2畫出電阻性負載，=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)電路的調試步驟和方法。二實驗內容1正弦波同步觸發(fā)電路的調試。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)。 四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏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，并打開NMCL05面板右下角的電源開關。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Uct=0時，調節(jié)Ub（調RP）要求a接近于180O。4保持Ub不變，調節(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)電路實驗一實驗目的1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)電路的調試方法。二實驗內容 1鋸齒波同步觸發(fā)電路的調試。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”有關教材。四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏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，并打開MCL05面板右下角的電源開關。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”點波形的關系。觀察“3”“5”孔波形及輸出電壓UG1K1的波形，調整電

15、位器RP1，使“3”的鋸齒波剛出現平頂，記下各波形的幅值與寬度，比較“3”孔電壓U3與U5的對應關系。3調節(jié)脈沖移相范圍將NMCL31的“G”輸出電壓調至0V，即將控制電壓Uct調至零，用示波器觀察U2電壓（即“2”孔）及U5的波形，調節(jié)偏移電壓Ub（即調RP），使a=180O。調節(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，并標出其幅值與寬度。用導線連接“K1”和“K3”端，用雙蹤

16、示波器觀察UG1K1和UG3K3的波形，調節(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，并標出幅值與寬度。2總結鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調試方法，移相范圍的大小與哪些參數有關？3如果要求Uct=0時，a=90O，應如何調整？4討論分析其它實驗現象。實驗四 單相橋式全控整流電路實驗一實驗目的1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載、電阻電感性負載的工作。二實驗線路及原理參見圖4-1。三實驗內容1單相橋式全控整流電路供電給電阻負載。2單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負載。四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制

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的內部脈沖需斷，以免造成誤觸發(fā)。2電阻RD的調節(jié)需注意。若電阻過小，會出現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電感的值可根據需要選擇，需防止過大的電感造成可控硅不能導通。4NMCL-05E面板的鋸齒波觸發(fā)脈沖需導線連到NMCL-33面板，應注意連線不可接錯，否則易造成損壞可控硅。同時，需要注意同步電壓的相位，若出現可控硅移相范圍太小（正常范

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)電路應處于工作狀態(tài)。3調節(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載。接上電阻負載（可采用兩只600電阻并聯）

19、，并調節(jié)電阻負載至最大，短接平波電抗器。合上主電路電源，調節(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），負載電流id=f（t）以及晶閘管端電壓UVT=f（t）波形并記錄相應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載情況下，當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載情況下，當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目的了解三相半波可控整流電路的工作原理，研究可控整流電路在電阻負載和電阻電感性負載時的工作。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。三實驗內容1研究三相半波可控整流電路供電給電阻性負載時的工作。2研究三相半波可控整流電路供電給電阻電感性負載時的工作。四實驗設備及儀表1教學實驗臺主控制

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整流電路的負載電阻不宜過小，應使Id不超過0.8A，同時負載電阻不宜過大，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，應調整輸入電源。（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載時的工作合上主電源，接上電阻性負載：（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載時的工作接入NMCL331的電抗器L=700mH，可把原負載電阻RD調小，監(jiān)視電流，不宜超過0.8A（若超過0.8A，可用導線把負載電阻短路），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載，電阻電感性負載時的Ud= f（t），id= f（t）（在=90°情況下）波形，并進行分析討論。實驗六 三相橋式全控整流電路實驗一實驗目的1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。二實驗內容1研究三相橋式全控整流電路供電給電阻性負載時的工作。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)電路為數字集成電路，可輸出經高頻調制后的雙窄脈沖鏈。四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏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，應調整輸入電源。（3）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為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調至最大(300W)。分別做電路供電給電阻性負載時及電路供電給電阻電感性負載時兩種情況。合上主電源。調節(jié)Uct，使a在30o90o范圍內，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，并記錄相應的Ud數值。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)驅動電路研究一

26、實驗目的1掌握GTR對基極驅動電路的要求2掌握一個實用驅動電路的工作原理與調試方法二實驗內容1連接實驗線路組成一個實用驅動電路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教學實驗臺主控制屏五實驗方法1檢查面板上所有開關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S1、S2打向“通”，將脈沖占空比調節(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，關門延時時間測試將GTR單元的“3”與“5”斷開，并連接“4”與“5”， 調節(jié)電位器RP順時針旋到底（使RP短接），其余同上，記錄開門、關門時間

29、，填入表23。表23 R=150tdtftontstrtoff（3）輸入加速電容對開門、關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驅動電路輸入，輸出延時時間測試GTR單元的開關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”及驅動電路輸出“14”與“11”之間波形，記錄驅動電路的

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、鎖驅動信號。將S3放到斷開位置，按復位按鈕，過流指示燈滅，即可繼續(xù)進行試驗。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根據實測的光耦電流傳輸比以及盡量短的開關門延時時間，請對C1、R1及R3等參數作出選擇。 實驗八 電力晶體管(GTR)特性研究一實驗目的1熟悉(GTR)的開關特性與二極管的反向恢復特性及其測試方法2掌握GTR緩沖電路的工作原理與參數設計要求二實驗內容1不

35、同負載時的GTR開關特性測試。2不同基極電流時的開關特性測試。3有與沒有基極反壓時的開關過程比較。4并聯沖電路性能測試。5串聯沖電路性能測試。6二極管的反向恢復特性測試。三實驗線路見圖21四實驗設備和儀器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教學實驗臺主控制屏五實驗方法1不同負載時GTR開關特性測試（1）電阻負載時的開關特性測試GTR單元的開關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、電感性負載時的開關特性測試 除了將主回器部分由電阻負載改為

37、電阻、電感性負載以外（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特性測試（1）基極電流較小時的開關過程 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過程比較（1）沒有基極反壓時的開關過程測試-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C3兩端電壓產生，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts

39、= us，tf= us4并聯緩沖電路性能測試，基極電阻用R6，加貝克箝位電路(1)、電阻負載（將主回路1與22相連）時，不同并聯緩沖電路參數時的性能測試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導通與關斷時的波形，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、電感負載（主回路2與22相連）時，不同并聯緩沖電路參數時的性能測試a無并聯緩沖時測量“21”與“18”及“22”與“18”之間波形。B、加上并聯緩沖，即將“26”、“28”與“30”相連，測量“21”與“18”及“22”與“18” 之間波形。5串聯緩沖電路性能（1）較大串聯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特性測試（1）快恢復二極管的恢復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：調節(jié)PWM波形發(fā)生器的RP，脈沖的占空比足夠大，使GTR的關斷時間比集-射極電壓UCe(即UC4)上升到穩(wěn)態(tài)值的時間短，這樣，在GTR關斷過程中通過二極管對C4的充電電流還未結束時，GTR又一次導通，這時即可在采樣電阻R11(為1)兩端觀察

42、到反向恢復過程。（2）普通二極管的恢復特性測試斷開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繪出電阻負載與電阻、電感負載時的GTR開關波形，并在圖上標出ton、tS與tf，并分析不同負載時開關波形的差異。2繪出不同基極電流時的開關波形并在圖上標出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波形，分析及其對關斷過程的影響。試分析實驗中所采用的兩種基極反壓方案的優(yōu)缺點，你能否設計另一種獲得反壓的方案。3繪出不同負載，不同并聯緩沖電路參數時的開關

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

44、，MOSFET開關特性測試4有與沒有反偏壓時的開關過程比較5柵-源漏電流測試三實驗設備和儀器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，邊旋轉邊監(jiān)視毫安表的讀數，當漏極電流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gFS表示其增益。跨導的定義為漏極電流的小變化與相應的柵源電壓小變化量之比，即gFS=ID/VGS。典型的跨導額定值是在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。根據表26的測量數值，計算gFS。（3

46、）轉移特性IDf（VGS）柵源電壓Vgs與漏極電流ID的關系曲線稱為轉移特性。根據表26的測量數值，繪出轉移特性。（4)導通電阻RDS測試導通電阻定義為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與對應的漏源電壓 VDS，測量5-6組數值，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、關門時間toff。ton= ，toff=3驅動電路的輸入、輸出延時時間測試在上述接線基礎上，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”及驅動電路輸出“18”與“9”之間波形，記錄延時時間toff。4電阻負載時MOSFET開關特性測試（1）無并聯緩沖時的開關特性測試在上述接線基礎上，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）有并聯緩沖時的開關特性測試在上述接線基礎上，再將“25”與“27”、“21”與“26”相連，測試方法同上。5電阻、電感負載時的開關特性測試（1）有并聯緩沖時的開關特性測試將主回路“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）無并聯緩沖時的開關特性測試將并聯緩沖電路斷開，測試方法同上。6有與沒有柵極反壓時的開關過程比較（1）無反壓時的開關過程上述所測的即為無反壓時的開

50、關過程。（2）有反壓時的開關過程將反壓環(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過程相比較。7不同柵極電阻時的開關特性測試電阻、電感負載，有并聯緩沖電路（1）柵極電阻采用R6=200時的開關特性。（2）柵極電阻采用R7=470時的開關特性。（3）柵極電阻采用R8=1.2k時的開關特性。8柵源極電容充放電電流測試電阻負載，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幅值。9消除高頻振蕩試驗當采用電阻、電感負載，無并聯緩沖，柵極電阻為R6時，可能會產生較嚴重的高頻振蕩，通?？捎迷龃髺艠O電阻的方法消除，當出現高頻振蕩時，可將柵極電阻用較大阻值的R8。六實驗報告1根據所測數據，列出MOSFET主要參數的表格與曲線。2列出快速光耦6N137與驅動電路的延時時間與波形。3繪出電阻負載，電阻、電感負載，有與沒有并聯緩沖時的開關波形，并在圖上標出ton、toff。4繪出有與沒有柵極反壓時的開關波形，并分析其對關斷過程的影響。5繪出不同柵極電阻時的開關波形，分析柵極電阻大小對開關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