电力实验报告.docx
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电力实验报告
实验一功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路
1．MOSFET主要参数测试
（1）开启阀值电压VGS（th）测试
开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流ID=1mA）的最小栅源电压。
在主回路的“1”端与MOS管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流ID，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表,测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。
图1-1
将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，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1—1。
（3）转移特性ID＝f（VGS）
栅源电压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。
根据表1-1的测量数值，绘出转移特性。
3．驱动电路的输入、输出延时时间测试
将MOSFET单元的输入“1”与“4”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再将MOSFET单元的“2”与“3”、“9”与“4”相连，
在上述接线基础上，再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”、“11”与“12”相连，“13”、“14”与“16”相连，用示波器观察输入“1”与“4”及驱动电路输出“18”与“9”之间波形，记录延时时间t。
．实验报告
1．根据所测数据，列出MOSFET主要参数的表格与曲线。
ID（mA）
0.3
0.7
0.8
1
1.5
2.0
2.5
Vgs（V）
3.27
3.37
3.38
3.41
3.45
3.48
3.51
测得延时时间t=250ns
4．实验的收获、体会与改进意见。
答：
将理论运用于实践，可以自己动手测量得出MOSFET的相关特性，再与课本的知识相对照，更为深刻的理解了其开关特性。
但是时间安排得太紧，好多实验内容老师都说可以不做，但是我认为这种实验课应该跟课堂讲授同等重要，需要花时间去动手与理解，而不是慌慌张张的做实验，应付而已。
六、思考题
1．栅极电阻的大小对MOSFET的开、关特性有何影响？
为什么？
改变栅极电阻的大小可以改变开关速度，因为改变栅极电阻的大小会改变栅极回路的时间常数大小，进而影响开关速度。
2．缓冲电路的作用是什么？
加入缓冲电路对开关特性有何影响？
答：
缓冲电路可以将开关损耗从器件内部转移到缓冲电路中，然后再消耗在缓冲电路的电阻上，从而来降低MOSFET的开关损耗；如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。
这便是缓冲电路的作用。
3．从理论上说，MOSFET的开、关时间是很短的，一般为纳秒级，但实验中所测得的开、关时间却要大得多，你能否分析一下其中的原因吗？
答：
可能是器件使用时间较长发生老化，同时实验设备中的电流和电压以及各种电子元器件都与理论值有差距，然后人为的读数也会有所误差，导致MOSFET的开、关时间的测量值与实际值产生较大差距。
实验二．绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路
1．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”与“17”端间接入电压表，并将主回路电位器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—1。
表2—1
Ic（mA）
0.08
0.23
0.52
1
1.52
2
2.98
Vge（V）
5.8
5.96
6.08
6.19
6.25
6.30
6.36
（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-—3。
表2—3
Ic（mA）
0．20
0.4
0.7
1
1.37
1.83
2
7．45
14.21
Vce（V）
14．99
14.99
14.98
14.97
14.96
14.95
14.93
14．79
14.61
2．EXB840性能测试
（1）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“18”与“13”、与门输入“2”与“1”相连，且芯片6于18之间的开关拨到通，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=1us，toff=17us
（4）关断时的负栅压测试
断开“18”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。
U=-5.2V
（5）过流阀值电压测试
断开“18”与“13”，“2”与“1”的连线，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，将主回路的“3”与“4”分别和“18”与“17”相连，且芯片6与18之间的开关拨到通，即按照以下表格的说明连线。
IGBT：
17
主回路：
4
IGBT：
18
主回路：
3
IGBT：
4
IGBT：
5
IGBT：
6
IGBT：
7
IGBT：
2
IGBT：
3
RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。
图2-1
．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。
Ic（mA）
0.08
0.23
0.52
1
1.52
2
2.98
Vge（V）
5.8
5.96
6.08
6.19
6.25
6.30
6.36
．思考题
1．如何实现IGBT的过流，过压保护？
IGBT的过电流保护可以采用集电极电压识别的方法。
在正常工作时，IGBT的通态饱和电压降Uon与集电极电流Ic呈近似线性变化关系，识别Uon的大小即可判断IGBT集电极电流的大小，检测发现过电流信号即切断门极控制信号，实现过电流保护；过电压保护可以通过缓冲电路来实现，缓冲电路可以抑制过电压并限制du/dt。
2．通过MOSFET与IGBT器件的实验，请你对两者在驱动电路的要求，开关特性与开关频率，有、无反并联寄生二极管，电流、电压容量以及使用中的注意事项等方面作一分析比较。
MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的，驱动电路简单，需要的驱动功率小，IGBT的驱动电路与MOSFET相似，但是需要注意对过电流和过电压的保护；MOSFET的开关容量比IGBT的开关容量小，但是开关频率比IGBT开关频率高；MOSFET无反并联寄生二极管，IGBT有；MOSFET的电流、电压容量较小，IGBT的电流、电压容量较大；MOSFET使用时注意栅极电阻和缓冲电路的控制，在保证开关速率的前提下减小MOSFET的开关损耗，IGBT使用时需注意过电流和过电压的保护，防止电流电压过高使IGBT烧毁。
实验三直流斩波电路（设计性）的性能研究
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．实验内容
1SG3525芯片的调试
2斩波电路的连接
3斩波电路的波形观察及电压测试
三．实验设备及仪器
1电力电子教学试验台主控制屏
2MMCL-22组件
3示波器
4万用表
四．实验方法
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.
1.SG3525性能测试
先按下开关s1
（1）锯齿波周期与幅值测量（分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况）。
测量“1”端。
记录不同频率时锯齿波的周期及幅值。
周期
幅值
S1
120us
2.2v
S1S2
360us
2.2v
S1S2S3
600us
2.2v
S1S2S3S4
3ms
2.2v
（2）输出最大与最小占空比测量。
测量“2”端。
1/30—1
2．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,4端接到斩波电路中IGBT管VT的E端。
分别将斩波电路的1与3，4与12，12与5，6与14，15与13，13与2相连，照面板上的电路图接成buckchopper斩波器。
（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，并记录电压波形
（3）观察负载电流波形。
用示波器观察并记录负载电阻R4两端波形
这个，u盘里不知道怎么就存了这么一个图。
。
。
（4）改变脉冲信号周期。
在S2、S3、S4合上与断开多种情况下,重复步骤
（2）、（3）
开关闭合越多，输出电压幅值不变，但占空比改变。
（5）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。
3．boostchopper
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,4端接到斩波电路中IGBT管VT的E端。
（1）照图接成boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper。
4．buck-boostchopper
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,4端接到斩波电路中IGBT管VT的E端。
（1）照图接成buck-boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。
实验步骤同buckchopper
思考题
总结一下触发脉冲的占空比的改变对直流斩波电路负载电压的影响，为什么会有这样的影响。
设输入电压为E，负载电压为U0，占空比为α。
电路类型
占空比α对负载电压U0的影响
原因
降压斩波电路
U0随α的增大而增大，随其减小而减小；且U0U0=αE
升压斩波电路
U0随α的增大而增大，随其减小而减小；且U0>E
U0=E/（1-α）
升降压斩波电路
U0随α的增大而增大，随其减小而减小；当0<α<0.5时，U0E
U0=αE/（1-α）
实验四单相交直交变频电路
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驱动电机时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与电机机械特性的关系
二．实验内容
1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形
2．观察变频电路驱动电机时的输出波形
3．观察电机工作情况
三．实验设备和仪器
1．电力电子及电气传动主控制屏
2．MMCL-22组件
3．MMEL-03组件
4．双踪示波器
5．万用表
四．实验方法
1．SPWM波形的观察
按下左下方的开关S5
（1）观察"SPWM波形发生"电路输出的正弦信号Ur波形（2端与地端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
3HZ—54HZ
（2）观察三角形载波Uc的波形（1端与地端），测出其频率,并观察Uc和Ur的对应关系。
2KHZ—11.5KHZ
（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM（3端与地端）。
2．逻辑延时时间的测试
按下左下方的开关S1与S5
将"SPWM波形发生"电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和2端波形,并记录延时时间Td.。
Td=3us
3．同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试
分别将“隔离驱动”的G和主回路的G'相连（G1~G'1，G2~G'2,G3~G'3,G4~G'4）用双踪示波器分别同时测量G1、E1和G2、E2，G3、E3和G4、E2的死区时间。
G1E1与G2E2的死区时间为3.981us；
G3E3与G4E4的死区时间为3.827us
4．不同负载时波形的观察
按图5-19接线。
先断开主电源和开关S1。
将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，
（1）当负载为电阻时（6、7端接一450欧电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
（2）当负载为电阻电感时（6、7端接入电感和450欧电阻），观察负载电压和负载电流的波形。
U=151.6vu0=217.3v
改变fr，uo幅值不变，f0随fr变化而变化。
实验总结
本次电力电子实验给了我一个动手实践的机会，让我有机会把课本上的理论知识和实际结合起来。
本次实验包括了MOSFET的特性和驱动电路、IGBT的特性和驱动电路、直流斩波电路的研究以及交交变频4个实验。
但是说实话，确实是时间很紧，有很多实验在做的时候就有疑问，不知道出现种种故障的原因，但是根本没有时间纠结那儿出了差错，因为还有电机的实验，就在短短的一个上午就得全部做完。
在我看来，这种实验课甚至比上理论课更为重要，但是如此草草了事，确实是有点遗憾。
最大的体会就是实验中遇到了很多困难。
虽然时间很紧，但老师在最快的时间为我们讲解出错的原因，对我们的帮助很大。
但是由于第四个实验交交变频，我们的实验箱出现毛病，所以最终只好与其他组一起做实验。
当时做出了实验结果，也记录了实验图像，但是最后没有保存成功。
但我觉得实验做出来了也就足够了，报告什么的只是做一个总结而已。
总而言之，有收获，更有体会。
希望电力电子技术实验以后安排更为合理一点，可以适当多安排一点时间。
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