5实验指导.docx
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5实验指导
课题一调光灯1
实验实训一晶闸管和单结晶体管的简单测试及晶闸管的导通、关断条件1
实验实训二单结晶体管触发电路及单相半波整流电路的研究10
实验实训三晶闸管调光电路安装、调试及故障分析处理14
课题二直流调速装置16
实验实训一 可关断晶闸管测试及单相桥式半控整流电路的研究16
实验实训二单相桥式全控整流及有源逆变电路实验23
课题三电风扇无级调速器27
实验实训一双向晶闸管的简易测试和单相交流调压电路研究27
实验实训二电风扇无级调速器安装、调试及故障分析处理33
课题四开关电源35
实验实训一大功率晶体管及功率场效应晶体管的简单测试35
实验实训二直流斩波电路研究43
实验实训三半桥型开关电源的性能研究46
课题五中频感应加热电源51
实验实训一锯齿波同步移相触发电路实验51
实验实训二锯齿波同步移相触发电路实训53
实验实训三三相桥式全控整流电路及有源逆变电路实验56
实验实训四单相并联逆变电路实验59
课题六变频器62
实验实训一三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理实验62
实验实训二变频器的面板操作及运行63
实验实训三变频器的恒液位供水65
课题一调光灯
实验实训一晶闸管和单结晶体管的简单测试及晶闸管的导通、关断条件
一、实验实训目的
1．观察晶闸管的结构，掌握测试晶闸管好坏的正确方法。
2．观察单结晶体管的结构，掌握测试单结晶体管好坏的正确方法。
2．研究晶闸管导通条件。
3．研究晶闸管关断条件。
二、实验实训设备
晶闸管导通关断实验电路板1块
直流稳压电源1台
万用表1块
晶闸管2个
电流表1块
单结晶体管1个
导线若干
三、实验实训线路及原理
1．晶闸管电极的判定和简单测试
（1）晶闸管电极的判定
晶闸管的等效电路见图1－3（a）。
若从外观上判断，3个电极形状各不相同，无需作任何测量就可以识别。
小功率晶闸管的门极比阴极细，大功率的门极则用金属编制套引出，像一根辫子。
有的在阴极上另引出一根较细的引线，以便和触发电路连接，这种晶闸管虽有4个电极，也无需测量就能识别。
（2）晶闸管的简单测试
图1-33测量阳极和阴极间反向电阻
在实际的使用过程中，很多时候需要对晶闸管的好坏进行简单的判断，我们常常采用万用表法进行判别。
1）万用表档位放至于欧姆档R×100，将红表笔接在晶闸管的阳极，黑表笔接在晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图1-33所示。
2）将黑表笔接晶闸管的阳极，红表笔接晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图1-34所示。
图1-34测量阳极和阴极间正向电阻
结果：
正反向阻值均很大
原因：
晶闸管是四层三端半导体器件，在阳极和阴极之间有三个PN结，无论如何加电压，总有一个PN结处于反向阻断状态，因此正反向阻值均很大。
3）、将红表笔接晶闸管的阴极，黑表笔接晶闸管的门极观察指针摆动情况，如图1-35所示。
图1-35测量门极和阴极间正向电阻
4）将黑表笔接晶闸管的阴极，红表笔接晶闸管的门极观察指针摆动情况，如图1-36所示。
图1-36测量门极和阴极间反向电阻
理论结果：
当黑表笔接控制极，红表笔接阴极时，阻值很小；当红表笔接控制极，黑表笔接阴极时，阻值较大。
实测结果：
两次测量的阻值均不大
原因：
在晶闸管内部控制极与阴极之间反并联了一个二极管，对加到控制极与阴极之间的反向电压进行限幅，防止晶闸管控制极与阴极之间的PN结反向击穿。
2．单结晶体管的简单测试
（1）单结晶体管的电极判定
在实际使用时，可以用万用表来测试管子的三个电极，方法如下：
1）万用表置于电阻挡，将万用表红表笔接e端，黑表笔接b1端，测量e—b1两端的电阻，测量结果如图1-37所示。
图1-37测量e、b1间反向电阻
2）将万用表黑表笔接b2端，红表笔接e端，测量b2—e两端的电阻，测量结果如图1-38所示。
图1-38测量e、b2间反向电阻
结果：
两次测量的电阻值均较大（通常在几十千欧）。
3）将万用表黑表笔接e端，红表笔接b1端，再次测量b1—e两端的电阻，测量结果如图1-39所示。
图1-39测量e、b1间正向电阻
4）将万用表黑表笔接e端，红表笔接b2端，再次测量b2—e两端的电阻，测量结果如图1-40所示。
图1-40测量e、b2间正向电阻
结果：
两次测量的电阻值均较小（通常在几千欧），且
。
5）将万用表红表笔接b1端，黑表笔接b2端，测量b2—b1两端的电阻，测量结果如图1-41所示。
图1-41测量b2—b1两端的电阻
6）将万用表黑表笔接b1端，红表笔接b2端，再次测量b1—b2两端的电阻，测量结果如图1-42所示。
图1-42测量b1—b2两端的电阻
结果：
b1—b2间的电阻
为固定值。
由以上的分析可以看出，用万用表可以很容易的判断出单结晶体管的发射极，只要发射极对了，即使b1、b2接翻了，也不会烧坏管子，只是没有脉冲输出或者脉冲幅度很小，这时只要将两个管脚调换一下就可以了。
（2）判定单结晶体管的好坏
我们可以通过测量管子极间电阻或负阻特性的方法来判定它的好坏。
具体操作步骤：
1）测量PN结正、反向电阻大小。
将万用表置于R×l00档或R×1k档，黑表笔接发射极e，红表笔接基极b1、b2时，测得管子PN结的正向电阻一般应为几至几十千欧，要比普通二极管的正向电阻稍大一些。
再将红表笔接发射极e，黑表笔分别接基极bl或b2，测得PN结的反向电阻，正常时指针偏向∞（无穷大）。
一般讲，反向电阻与正向电阻的比值应大于100为好。
（2）测量基极电阻Rbb。
将万用表的红、黑表笔分别任意极b1和b2，测量b1、b2间的电阻应在2～12kΩ范围内，阻值过大或过小都不好。
（3）测量负阻特性。
单结晶体管负阻特性测试电路如图1－43所示。
在管子的基极b1、b2之间外接10V直流电源，将万用表R×l00挡或R×lk挡，红表笔接b1极，黑表笔接e极，因这时接通了仪表内部电池，相当于在e、b1极之间加上1.5V正向电压。
由于此时管子的输入电压（1．5V）远低于峰点电压Up，管子处于截止状态且远离负阻区，所以发射极电流Ie，很小（微安级电流），仪表指针应偏向左侧，表明管子具有负阻特性。
如果指针偏向
右侧，即Ie相当大（毫安级电流），与普通二极管伏安特性类似，则表明被测管无负阻特性，当然不宜使用。
图1－43单结晶体管负阻特性测试电路
3．晶闸管的导通与关断条件
实验实训线路如图图1-44所示。
当S5闭合，3V的直流电加在晶闸管的门极与阴极之
间，而晶闸管的阳极与阴极之间有15V的正向电压，于是晶闸管导通，灯亮。
断开S5，灯没有熄灭，晶闸管没有关断，门极失去作用。
然后闭合S1、S2，C1充电，左正右负，闭合S4，C1的电压加在晶闸管，晶闸管阳极承受负电压，经一定的关断时间，晶闸管关断，灯熄灭；如果没有关断，即电容的放电时间太短，要换一个电容值大一些的电容，即C2，可使灯熄灭。
四、实验实训内容及步骤
1．鉴别晶闸管的好坏
用万用表R×1k的电阻档测量两只晶闸管的阳极（A）-阴极（K）之间以及用R×10或R×100档测量两只晶闸管的门极（G）-阴极（K）之间正反向电阻，并将所测数据填入表1-5，以判断被测晶闸管的好坏。
表1-5
被测晶闸管
RAK
RKA
RGK
RKG
结论
VT1
VT2
2．单结晶体管的测试
用万用表R×1k的电阻档测量单结晶体管的发射极（e）－第一基极（b1）、第二基极（b2）以及第一基极（b1）、第二基极（b2）之间正反向电阻，并将所测数据填入表1-6，以判断被测单结晶体管的好坏。
表1-6
被测单结晶体管
Reb1
Rb1e
Reb2
Rb2e
Rb1b2
结论
V1
3．晶闸管导通条件的实验（按图1-44接线）
1）当15V直流电源电压的负极加到晶闸管的阳极，正极加到晶闸管的阴极时，给门极加上负压或正压，观察灯是否亮。
2）当15V直流电源电压的正极加到晶闸管的阳极，负极加到晶闸管的阴极时，不接门极电压或接上反向电压，观察灯是否亮，当门极承受正向电压时，观察灯是否亮。
3）当灯泡亮时，切断门极电源，观察灯是否继续亮。
4）当灯泡亮时，给门极加反向电压，观察灯是否继续亮。
4．晶闸管关断条件的实验
1）给晶闸管阳极加上正向电压，接通门极正向电压，晶闸管导通，灯泡发亮。
2）合上S1和S2，电源对C1充电，2秒后闭合S4，观察灯泡是否熄灭。
3）给晶闸管阳极加上正向电压，接通门极正向电压，晶闸管导通，灯泡发亮。
合上S1和S3，电源对C2充电，2秒后闭合S4，观察灯泡是否熄灭。
4）给晶闸管阳极加上正向电压，接通门极正向电压，晶闸管导通，灯泡发亮。
断开S5，减小稳压电源输出电压，使流过晶闸管的阳极电流逐渐减小到某值（一般几十毫安），电流表指针突然降到零，然后再使阳极电压升高，这时灯泡不再发亮，这说明晶闸管已完全关断，恢复阻断状态。
毫安表从某值突然将到零，该电流值就是被测晶闸管的维持电流IH。
五、实验实训注意事项
1．用万用表测试晶闸管极间电阻时，特别在测量门极与阴极间的电阻时，不要用R×10k档以防损坏门极，一般应放在R×10档测量为准。
2．测维持电流时，晶闸管导通后，要去掉门极电压，再减小阳极电压。
3．测维持电流时，电流表换档时，注意要先插入小档插销，再拔出大档插销。
六、实验实训报告
1．根据实验记录判断被测晶闸管和单结晶体管的好坏，写出简易判断的方法。
2．根据实验内容写出晶闸管导通条件和关断条件并记录维持电流IH。
3．说明关断电容的作用以及电容值大小对晶闸管关断的影响。
4、写出本实验的心得与体会。
实验实训二单结晶体管触发电路及单相半波整流电路的研究
（实验实训二、实验实训三选做一个）
一、实验实训目的
1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用，观察电路图中各点电压波形。
2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时的工作作全面分析。
4．了解续流二极管的作用。
5．熟悉双踪示波器的使用方法。
二、实验实训设备
本书以浙江某公司生产的DKSZ－1型电力电子技术及电力拖动自动控制实验装置为基础，该装置是挂件结构，可根据需要选用相关挂件。
本实验实训需要下列挂件和仪表：
DJK01电源控制屏1块
DJK03晶闸管触发电路1块
DJK06给定负载吸收电路1块
双臂滑线电阻器1个
双踪示波器1台
万用表1块
三、实验实训线路及原理
单结晶体管触发电路原理如图1-45所示。
单结晶体管触发电路工作原理：
由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R6及等效可变电阻向电容C2充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。
同时由于放电时间常数很小，C2两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压UV，使V6关断，C2再次充电，周而复始，在电容C2两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。
在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一次输出脉冲起作用。
电容C2的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1可实现脉冲的移相控制。
单结晶体管触发电路的各点波形如图1－27～1－32所示。
电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板
上引出。
2．单相半波可控整流电路
按图1－46接线，其原理参看教材相关的内容。
四、实验实训内容及步骤
1．单结管触发电路的调试
打开DJK03低压电源开关，用示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。
调节移相可变电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在20º～180º范围内？
2．单结晶体管触发电路各点波形的记录
将单结晶体管触发电路的各点波形记录下来，并与理论波形进行比较。
3．单相半波可控整流电路接电阻性负载
触发电路电路调试正常后，按图1－46电路图接线，负载为双臂滑线电阻（串联接法）。
合上电源，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压UT的波形，调节电位器RP1，观察并记录α=30º、60º、90º、120º、150º、180º时的Ud、UT波形，并测定直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于表1－7中。
表1－7
α
30º
60º
90º
120º
150º
180º
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
Ud/U2
4．单相半波可控整流电路接电阻电感性负载
将负载改接成电阻电感性负载（由滑线电阻器与平波电抗器串联而成）。
不接续流二极管VD，在不同阻抗角（改变Rd的电阻值）情况下，观察并记录α=30º、60º、90º、120º、150º、180º时Ud、UT的波形。
并测定直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于表1－8中。
表1－8
α
30º
60º
90º
120º
150º
180º
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
Ud/U2
接入续流二极管VD，重复上述实验，观察续流二极管的作用，并测定直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于表1－9中。
表1－9
α
30º
60º
90º
120º
150º
180º
U2
Ud（记录值）
Ud（计算值）
Ud/U2
五、实验实训注意事项
当第4点、第5点没有波形时，调节RP1，波形就会出现；注意观察波形随RP1变化的规律。
六、实验实训报告
1．画出单结晶体管触发电路各点的电压波形。
2．画出α=90º时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UT波形。
3．画出电阻性负载时Ud/U2=f（α）的实验曲线，并与计算值Ud的对应曲线相比较。
4．分析实验中出现的现象。
5．写出本实验的心得与体会。
实验实训三晶闸管调光电路安装、调试及故障分析处理
（实验实训二、实验实训三选做一个）
一、实验实训目的
1．熟悉晶闸管调光电路的工作原理及电路中各元件的作用。
2．掌握晶闸管调光电路的安装、调试步骤及方法。
3．对晶闸管调光电路中故障原因能加以分析并能排除故障。
4．熟悉示波器的使用方法。
二、实验实训设备
晶闸管调光电路的底板1块
闸管调光电路元件1套
万用表1块
示波器1台
烙铁1只
三、实验实训线路
晶闸管调光电路实验实训线路如图1－47所示。
该调光电路分主电路和触发电路两大部分。
主电路是单相半波整流电路，触发电路是单结晶体管触发电路。
图1－47晶闸管调光电路原理图
四、实验实训内容与步骤
1．晶闸管调光电路的安装
（1）元件布置图和布线图。
根据图1－47所示电路画出元件布置图和布线图。
（2）元器件选择与测试。
根据图1－47所示电路图选择元器件并进行测量，重点对二极管、晶闸管、稳压管、单结晶体管等元器件的性能、管脚进行测试和区分。
（3）焊接前准备工作。
将元器件按布置图在电路底板焊接位置上做引线成形。
弯脚时，切忌从元件根部直接弯曲，应将根部留有5～10mm长度以免断裂。
引线端在去除氧化层后涂上助焊剂，上锡备用。
（4）元器件焊接安装。
根据电路布置图和布线图将元器件进行焊接安装。
2．晶闸管调光电路的调试
（1）通电前的检查。
对已焊接安装完毕的电路办根据图1－47所示电路进行详细检查。
重点检查二极管、稳压管、单结晶体管、晶闸管等元件的管脚是否正确。
输入、输出端有无短路现象。
（2）通电调试。
晶闸管调光电路分主电路和单结晶体管触发电路两大部分。
因而通电调试亦分成两个步骤，首先调试单结晶体管触发电路，然后，再将主电路和单结晶体管触发电路联结，进行整体综合调试。
3．晶闸管调光电路故障分析及处理
晶闸管调光电路在安装、调试及运行中，由元器件及焊接等原因产生故障，可根据故障现象、用万用表、示波器等仪器进行检查测量并根据电路原理进行分析，找出故障原因并进行处理。
五、实验实训注意事项
1．注意元件布置要合理。
2．焊接应无虚焊、错焊、漏焊，焊点应圆滑无毛刺。
3．焊接时应重点注意二极管、稳压管、单结晶体管、晶闸管等元件的管脚。
六、实验实训报告
1．画出单结晶体管触发电路各点的电压波形。
2．讨论并分析实验实训中出现的现象和故障。
3．写出本实验实训的心得与体会。
课题二直流调速装置
实验实训一 可关断晶闸管测试及单相桥式半控整流电路的研究
一、实验实训目的
1．观察可关断晶闸管的结构，掌握测试可关断晶闸管参数和好坏的正确方法。
2．掌握测试GTO元件的方法。
3．熟悉单相桥式半控整流电路的原理，掌握其接线情况。
观察此电路带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载的波形，并总结其工作特点。
二、实验实训设备
直流稳压电源1台
可关断晶闸管 2个
DJK01电源控制屏1块
DJK02三相变流桥路1块
DJK06给定、负载及吸收电路1块
双臂滑线电阻器1个
双踪示波器1台
万用表1块
导线若干
三、实验实训线路及原理
1．可关断晶闸管的测试
可关断晶闸管（GTO）的基本结构与普通晶闸管相同，也是属于PNPN四层三端器件，其3个电极分别为阳极A、阴极K、门极（控制极）G，但是它的关断原理、方式与普通晶闸管大不相同。
普通（单向）晶闸管受门极正信号触发导通后就处于深度饱和状态维持导通，除非阳、阴极之间正向电流小于维持电流IH或电源切断之后才会由导通状态变为阻断状态。
可关断晶闸管既具有普通晶闸管耐压高、电流大、正向压降低等优点，又具有门控关断能力，使用很方便，是现代理想的大电流开关器件。
它的几种常见外形和符号如图2－17所示。
图2－17GTO的外形图
可关断晶闸管的主要参数有断态重复峰值电压UDRM、最大可关断电流IATM、门极（控制极）反向峰值电压URGM、门极（控制极）最大复向电流IGM、通态电压UTM、βOFF值（βOFF=IATM/IGM）。
其中UDRM是指在阳极A和阴极K之间的断态电压最高瞬时值。
βOFF反映门极电流对阳极电流控制能力的强弱，βOFF值越大控制能力越强。
（1）电极判别
将万用表置于R×10档或R×100档，轮换测量可关断晶闸管的3个引脚之间的电阻，如图2－18所示。
图2－18可关断晶闸管电极判别
结果：
电阻比较小的一对引脚是门极（G）和阴极（K）；测量G、K极之间正、反向电阻，电阻指示值较小时红表笔所接的引脚为阴极K，黑表笔所接的引脚为门极（控制极）G，而剩下的引脚是阳极A。
（2）可关断晶闸管好坏判别
用万用表R×10档或R×100档测量晶闸管阳极（A）与阴极（K）之间的电阻，或测量阳极（A）与门极（G）之间的电阻
结果：
如果读数小于1kΩ，器件已击穿损坏。
原因：
该晶闸管严重漏电。
用万用表R×10档或R×100档测量测量门极（G）与阴极（K）之间的电阻。
结果：
如正反向电阻均为无穷大（∞），该管也已损坏。
原因：
被测晶闸管门极、阴极之间断路。
（3）可关断晶闸管触发特性检测的简易测试方法
图2－19可关断晶闸管触发特性简易测试方法
如图2－19所示。
将万用表置于R×1档，黑表笔接可关断晶闸管的阳极A，红表笔接阴极G悬空，这时晶闸管处于阻断状态，电阻应为无穷大（∞），如图2－19（a）所示。
在黑表笔接触阳极A的同时也接触门极G，于是门极G受正向电压触发（同样也是万用表内1.5V电源的作用），晶闸管成为低阻导通状态，万用表指针应大幅度向右偏，如图2－19（b）所示。
保持黑表笔接A极，红表笔接K极不变，G极重新悬空（开路），则万用表指针应保持低阻指示不变，如图2－19（c）所示，说明该可关断晶闸管能维持导通状态，触发特性正常。
（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测
测试方法如图2－20所示。
采用1.5V干电池一节，普通万用表一只。
图2－20可关断晶闸管的关断能力测试
将万用表置于R×1档，黑表笔接晶闸管阳极A，红表笔接阴极K，这时万用表指示的电阻应为∞（无穷大），然后用导线将门极G与阳极A接通，于是G极受正电压触发，使晶闸管导通，万用表指示应为低电阻，即指针向右偏转，如图2－20（a）所示。
将门极G开路后万用表指针偏转应保持不变，即晶闸管仍应维持导通状态，如图2－20（b）所示。
然后将1.5V电池的正极接阴极K、电池负极接门极G，则晶闸管立即由导通状态变为阻断状态，万用表的电阻为无穷大（∞），说明被测晶闸管关断能力正常。
如果手头有2只万用表，那么可将其中的一只仪表（置于R×10档）作为负向触发信号使用（相当于1.5V，黑表笔接阴极K，红表笔触碰门极G），参照图2－20所示的方法，同样可以检测可关断晶闸管是否具有正常关断能力。
（5）测量可关断晶闸管的βOFF值
βOFF是表征可关断晶闸管门极电流对阳极电流控制能力强弱的一个参数，定义为：
βOFF=IATM/IGM
式中IATM为最大可关断电流，IGM为门极最大负向电流。
βOFF越大说明关断控制能力越强。
1）第一种测量方法。
测量晶闸管βOFF的一种方法如图2－21所示。
图2－21测量βOFF的方法之一
在可关断晶闸管（GTO）的阳极回路串联阻值为20Ω的电阻R（功率为3W），则根据欧姆定律，测出R两端的电压就可算出流过R的电流，即为GTO阳极电流（万用表置直流电压DC2.5V挡）。
而使GTO关断时的反向触发电流可根据万用表R×10档指示值及该挡的内阻算出。
具体操作方法如下：
①、接图2－21所示连接电路，万用表置于直流电压2.5V档，红表笔接晶闸管GTO的阳极A，黑表笔接电源正极，测得GTO导通时R两端的电压为UR。
②、将另一只万用表置于R×10档，黑表笔接晶闸管的阴极K，当红表笔接门极G时，晶闸管立即由导通变为阻断，这时连接在阳极回路的电阻R两端电压降为零。
从左边万用表读出GK极之间电阻RGK。
并从电阻测量刻度尺读出R×10档的欧姆中心值R（欧姆表内阻与指针偏转无关，例如，500型万用表R×10档欧姆中心值为100Ω）。
③、计算：
式中UR－晶闸管导通时R两端电压，V；
RGK－晶闸管由导通变为关断（阻断）时测得G、K极间的电阻，Ω；
R0－万用表R×10档欧姆中心值，Ω；
U1-万用表R×1档内置电池电压，通常U1=1.5V；
R–晶闸管阳极回路外接电阻，Ω。
2）第二种测量方法。
如果手头备有2只万用表的型号规格相同，那么对于小功率可关断晶闸管，无需附加电源，就可以估测
，
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