电力电子技术实验指导书.docx

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电力电子技术实验指导书

实验一单结晶体管触发电路及示波器使用

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。

2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。

3．详细学习万用表及示波器的使用方法。

二．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．NMCL—05E组件

4．MEL—03A组件

5．双踪示波器（自备）

6．万用表（自备）

7.电脑、投影仪

三．实验线路及原理

将NMCL—05E面板左上角的同步电压输入接SMCL-02的U、V输出端，触发电路选择单结晶体管触发电路，如图1所示。

图1单结晶体管触发电路图

四．注意事项

双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。

为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。

当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。

五．实验内容

1.实验预习

（1）画出晶闸管的电气符号图并标明各个端子的名称。

（2）简述晶闸管导通的条件。

（3）示波器在使用两个探针进行测量时需要注意的问题。

2.晶闸管特性测试

请用万用表测试晶闸管各管脚之间的阻值，填写至下表。

3.单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察

按照实验接线图正确接线，但由单结晶体管触发电路连至晶闸管VT1的脉冲UGK不接（将NMCL—05E面板中G、K接线端悬空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。

合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮。

这时候NMCL—05E内部的同步变压器原边接有220V，副边输出分别为60V（单结晶触发电路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。

合上NMCL—05E面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），梯形电压（“4”），电容充放电电压（“5”）及单结晶体管输出电压（“6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形，并绘制在下图相应位置。

调节移相可调电位器RP，观察输出脉冲的移相范围能否在30°～180°范围内移。

注：

由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”）和脉冲输出“K”端相连。

但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。

六．实验结果

请在下表中画出触发电路在各点波形。

各点序号

各点波形

七．思考

1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？

为什么？

2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？

3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？

实验一评价（百分制）

学生自我评价：

实验日期：

教师签字：

预习得分：

得分：

实验二晶闸管认识及单相半波可控整流电路实验

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

1．认识晶闸管及其控制。

2．对单相半波可控整流电路在电阻负载时工作情况作全面分析。

二．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．NMCL—05E组件

4．MEL—03A组件

5．双踪示波器（自备）

6．万用表（自备）

三．实验线路及原理

晶闸管单相半波整流电路原理图如图1所示。

其中，Rd可由MEL—03A上的900Ω电阻盘并联，即最大电阻为450Ω（电流达0.8A），注意：

电阻盘拨于最大电阻900Ω处。

将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管VT1的门阴极，构成晶闸管单相半波整流电路实验线路。

四．注意事项

1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。

为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。

2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：

（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。

（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。

在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。

（4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。

实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。

（5）本实验中，因用NMCL—05E组件中单结晶体管触发电路控制晶闸管，注意须断开NMCL—33的内部触发脉冲。

五．实验内容

1.实验预习

（1）画出晶闸管单相半波整流电路实验线路图。

（2）什么是触发角？

（3）画出触发角为60°的单相半波可控整流波形（电阻性负载）。

2.单相半波可控整流电路带电阻性负载

断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至NMCL—33的VT1晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。

负载Rd接可调电阻（可把MEL—03A的900Ω电阻盘并联，即最大电阻为450Ω，电流达0.8A），并调至阻值最大。

合上主电源，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察a=30°、60°、90°、120°时负载电压Ud，晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形UVt。

并测定Ud，电源电压U2及电流Id，验证。

U2,ud

30°

60°

90°

120°

六．实验结果（请同时画出电压波形及触发脉冲）

1．画出触发电路在α=90°时的各点波形。

2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud，Uvt，id波形。

3．画出电阻性负载时Ud=f（a）曲线，并通过曲线查图与

计算的电压进行比较，填写下表。

查图得出的Ud

计算得出的Ud

30°

45°

80°

110°

130°

七．实验电路图

实验二评价（百分制）

学生自我评价：

实验日期：

教师签字：

预习得分：

得分：

实验三绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性研究

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

1．熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法。

2．掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。

二．实验设备和仪器

1．NMCL-07电力电子实验箱中的IGBT与PWM波形发生器部分

2．双踪示波器（自备）

3．毫安表

4．电压表

5．电流表

6．教学实验台主控制屏

三．实验线路

见图1。

四．实验内容

1.实验预习

（1）绝缘栅双极型晶体管的驱动类型？

（2）什么是绝缘栅双极型晶体管的开通时间与关断时间？

2．IGBT主要参数测试

（1）开启阀值电压VGS（th）测试

在主回路的“1”端与IGBT的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“3”与“4”端分别与IGBT管的“14”与“17”端相连，再在“14”端与“17”端间接入电压表，并将主回路的电位器RP左旋到底。

将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流ID=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGS（th）。

读取6-7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表2-8，绘制测试开启电压的电路图。

表2-8

ID（mA）

Vgs（V）

IGBT开启电压为：

（2）跨导gFS测试

在主回路的“2”端与IGBT的“18”端串入安培表，将RP左旋到底，其余接线同上。

将RP逐渐向右旋转，读取ID与对应的VGS值，测量5-6组数据，填入表2-9。

表2-9

ID（mA）

Vgs（V）

ΔID（A）

ΔVgs（V）

跨导

（3）导通电阻RDS测试

将电压表接入“18”与“17”两端，其余同上，从小到大改变VGS，读取ID与对应的漏源电压VDS，测量5-6组数据，填入表2-10。

表2-10

ID（mA）

Vds（V）

3．输入输出延时时间测试

IGBT部分的“1”与“13”分别与PWM波形发生部分的“1”与“2”相连，再将IGBT部分的与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。

ton=，toff=

4．开关特性测试

（1）电阻负载时开关特性测试

将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT部分的“18”与“15”相连，S1“通”，S2“通”，S3“通”，S4“通”。

即按照以下表格的说明连线。

特别注意：

当“过流”指示灯亮时，立刻取消，或关闭电源（断路器置“断”）。

用示波器分别观察“8”与“15”及“14”与“15”的波形，记录开通延迟时间。

（2）电阻，电感负载时开关特性测试

将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“8”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。

（3）不同栅极电阻时开关特性测试

将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R5＝3kΩ改为R4=27Ω，其余接线与测试方法同上。

图1IGBT实验线路

．实验报告

1．根据所测数据，绘出IGBT的主要参数的表格与曲线。

2．电阻性负载与阻感性负载对开通延迟时间的影响。

3．栅极等效电阻不同时对开通延迟时间的影响。

．思考题

1．试对由EXB840构成的驱动电路的优缺点作出评价。

2．通过IGBT器件的实验，请你对驱动电路的要求，开关特性与开关频率，电流、电压容量以及使用中的注意事项等方面进行分析。

实验三评价（百分制）

学生自我评价：

实验日期：

教师签字：

预习得分：

得分：

实验四三相桥式全控整流电路实验

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

1．熟悉NMCL-33组件。

2．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。

二．实验线路及原理

实验线路如图3-1与3-2所示。

触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。

主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相全控整流桥组成。

原理可见相关教材。

三．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．MEL—03A组件

4．SMCL—01组件

5．NMCL—35组件

6．双踪示波器（自备）

7．万用表（自备）

四．实验内容

1.实验预习

（1）三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求？

（2）画出a=60°、120°时电阻性负载、阻感性负载的的ud波形图。

2．未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔（“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”），应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。

（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）用万用表观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为0.4V-1V的脉冲。

注：

将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1～VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。

（4）将SMCL-01的给定器输出Ug接至NMCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使a=150o。

做该步骤时需将同步电压波形与相关脉冲一起显示在示波器当中。

偏移电压Ub一旦调整好，将不再变动，可通过给定器输出Ug进行脉冲输出相位的调整。

3．三相桥式全控整流电路

（1）电阻负载时的整流实验

按图3-2接线，AB两点断开、CD两点断开，AD连接在一起，并将RD调至最大（450W）。

合上主电源，调节Uct，使a在30o～90o范围内，用示波器观察记录a=30O、60O、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。

ud=f（t）

uVT=f（t）

a=30O

a=60O

a=90O

（2）阻感负载时的整流实验

断开电源开关后，断开AD点的连接，分别连接AB两点和CD两点。

重复以上实验。

ud=f（t）

uVT=f（t）

=30O

=60O

=90O

4．电路模拟故障现象观察。

在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。

ud=f（t）

=30O

=60O

=90O

五．实验报告

1．画出电路的移相特性Ud=f（a）曲线。

2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

4．简单分析模拟故障现象。

实验四评价（百分制）

学生自我评价：

实验日期：

教师签字：

预习得分：

得分：

实验五直流斩波电路的性能研究

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

熟悉六种斩波电路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper）的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。

二．实验设备及仪器

1．电力电子教学试验台主控制屏

2．NMCL-22组件

3．双踪示波器（自备）

4．万用表（自备）

三．实验内容

1.实验预习

（1）简述降压斩波电路的工作原理及波形图。

（2）简述升压斩波电路的工作原理及波形图。

（3）简述降压斩波电路的工作原理及波形图。

按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。

注意：

实验过程中触发信号的占空比从0至1调节过程中，得到较为均匀的数据。

2．SG3525性能测试

（1）锯齿波周期与幅值测量。

测量“1”端。

（2）输出最大与最小占空比测量。

测量“2”端。

3．Buckchopper

（1）连接电路。

将UPW（脉宽调制器）的输出端2端接到斩波电路中IGBT管VT的G端,按面板上的电路图接成buckchopper斩波器，注意：

接线时将直流电源的负极与SG3525的“地”接一起。

（2）观察负载电压波形。

经检查电路无误后，按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节UPW的电位器RP，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化：

触发脉冲占空比

负载平均电压（V）

（3）记录负载电压波形和电流波形。

（用示波器观察并记录负载两端波形）

（4）改变电阻、电感参数。

可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。

4．Boostchopper

（1）照图接成Boostchopper电路。

电感和电容任选,负载电阻R选R4或R6。

注意：

接线时将IGBT的射极与SG3525的“地”接一起（下面每种斩波电路同）。

（2）观察负载电压波形。

经检查电路无误后，按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节UPW的电位器RP，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化：

触发脉冲占空比

负载平均电压（V）

（3）记录负载电压波形和电流波形。

（用示波器观察并记录负载两端波形）

（4）改变电阻、电感参数。

可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。

5．Buck-boostchopper

（1）照图接成Buck-boostchopper电路。

（2）

（2）观察负载电压波形。

经检查电路无误后，按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节UPW的电位器RP，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化：

触发脉冲占空比

负载平均电压（V）

（3）记录负载电压波形和电流波形。

（用示波器观察并记录负载两端波形）

（4）改变电阻、电感参数。

可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。

6．Cukchopper

（1）照图接成Cukchopper电路。

（2）观察负载电压波形。

经检查电路无误后，按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节UPW的电位器RP，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化：

触发脉冲占空比

负载平均电压（V）

（3）记录负载电压波形和电流波形。

（用示波器观察并记录负载两端波形）

（4）改变电阻、电感参数。

可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。

四．实验总结

总结各种斩波电路的异同。

实验五评价（百分制）

学生自我评价：

实验日期：

教师签字：

预习得分：

得分：

实验六三相交流调压电路实验

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

1．加深理解三相交流调压电路的工作原理。

2．了解三相交流调压电路的工作情况。

3．了解三相交流调压电路触发电路原理。

二．实验线路及原理

本实验的三相交流调压器为三相三线制，由于没有中线，每相电流必须从另一相构成回路。

交流调压应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。

这里使用的是双窄脉冲。

实验线路如图4-15所示。

三．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—31组件

3．NMCL-33组件

4．可调负载

5．双踪示波器（自备）

6．万用表（自备）

四．实验内容

1.实验预习

（1）三相交流调压星形联接电路中的移相范围，不同移相范围晶闸管的导通情况。

（3）分别画出=30°、60°、90°时a相负载电压波形。

2．未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）打开主控制屏电源开关，给定电压有电压显示。

（2）用示波器观察双脉冲观察孔。

（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

3．三相交流调压器带电阻性负载

按图构成调压主电路，晶闸管采用VT1VT6，其触发脉冲已通过内部连线接好，脉冲放大及隔离的Upc和地接线孔相连，脉冲触发信号输出至可控硅，接上三相电阻负载。

按照接线图连接好线路，合上主控制屏电源使Uuv输出电压为220V。

用示波器观察并记录=30，90，120，150时的输出电压波形，并记录相应的输出电压有效值U。

输出电压波形

输出电压有效值

=30O

=90O

=120O

=150O

六．实验报告

1．整理记录下的波形，作不同负载时的U=f（）的曲线。

3．讨论分析实验中出现的问题。

实验六评价（百分制）

学生自我评价：

实验日期：

教师签字：

预习得分：

得分：

实验七单相交直交变频电路（调速）

班级学号

姓名

同组人员

实验任务

一．实验目的

熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理。

对单相交直交变频电路的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率的关系

二．实验设备和仪器

1．电力电子及电气传动主控制屏

2．NMCL-22组件

3．NMEL-03组件

4．双踪示波器（自备）

5．万用表（自备）

三．实验内容

接线图如图所示。

1.实验预习

（1）在交直交变频实验的交-直环节中，输入三相交流电压为220v，直流侧电压为多大？

（2）在交直交变频实验直-交电路的电力电子器件的可控类型？

（4）简述SPWM的基本原理及应用。

2．SPWM波形的观察

按下左下方的开关S1

（1）观察"SPWM波形发生"电路输出的正弦信号Ur波形（2端与地4端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。

记录其最大频率和最小频率。

Ur最大频率

Ur最小频率

（2）观察三

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