電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 最終版

1電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)適用青島科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程教研室2實(shí)驗(yàn)一 MOSFET、IGBT 的特性與驅(qū)動(dòng)電路研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉 MOSFET、IGBT 開關(guān)特性的測(cè)試方法。2. 掌握 MOSFET、IGBT 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求。3熟悉 MOSFET、IGBT 主要參數(shù)的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. MOSFET 的特性與驅(qū)動(dòng)電路研究2. IGBT 的特性與驅(qū)動(dòng)電路研究三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器1NMCL-07C 電力電子實(shí)驗(yàn)箱。2雙蹤示波器。3萬用表。4教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏四、實(shí)驗(yàn)要求1.掌握 MOSFET、IGBT 開關(guān)特性，熟悉波形觀察。五、注意事項(xiàng)1雙蹤示波器的兩個(gè)探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時(shí)，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(shí)，必須先斷開電源。六、實(shí)驗(yàn)原理圖3(a) 測(cè)試電路 (b) 開關(guān)過程波形圖 1.電力 MOSFET 的開關(guān)過程圖 2. IGBT 的開關(guān)過程七、實(shí)驗(yàn)方法(一)MOSFET 的開關(guān)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究1不同負(fù)載時(shí) MOSFET 的開關(guān)特性測(cè)試4（1）電阻負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測(cè)試MOSFET：將開關(guān) 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(dòng)信號(hào) 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(shí)間 ton，關(guān)斷時(shí)間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= （2）電阻、電感負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測(cè)試除了將主回器部分由電阻負(fù)載改為電阻、電感性負(fù)載以外（即將“1”斷開，而將“2” 相連)，其余接線與測(cè)試方法同上，記錄開通時(shí)間 ton，關(guān)斷時(shí)間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= 2不同柵極電流時(shí)的開關(guān)特性測(cè)試分別測(cè)量 24 與 26、27、28 之間的電阻大小，并分析不同負(fù)載時(shí)的開通與關(guān)斷時(shí)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(cè)量并記錄柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) uGS（“G”端與“18”之間）及電流 is（ “14”與“18” 之間）波形，記錄開通時(shí)間 ton，關(guān)斷時(shí)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(cè)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(cè)試（1）帶電阻負(fù)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(shí) “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(fù)載將 1 斷開，將 2 接入，有與沒有緩沖電路時(shí)，觀察波形的方法同上。（二）IGBT 的開關(guān)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究1不同負(fù)載時(shí) IGBT 的開關(guān)特性測(cè)試（1）電阻負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測(cè)試IGBT：將開關(guān) 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(dòng)信號(hào) 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(shí)間 ton，關(guān)斷時(shí)間 toff，并且記錄波形。ton= ，t off= （2）電阻、電感負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測(cè)試除了將主回器部分由電阻負(fù)載改為電阻、電感性負(fù)載以外（即將“1”斷開，而將“2” 相連)，5其余接線與測(cè)試方法同上，并且記錄波形。ton= ，t off= 2不同柵極電流時(shí)的開關(guān)特性測(cè)試分別測(cè)量 24 與 26、27、28 之間的電阻大小，并分析不同負(fù)載時(shí)的開通與關(guān)斷時(shí)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(cè)量并記錄柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) ig（“G”端與“18”之間）及電流 is（“14”與“18”之間）波形，記錄開通時(shí)間 ton，關(guān)斷時(shí)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(cè)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(cè)試（1）帶電阻負(fù)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(shí) 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(fù)載將 1 斷開，將 2 接入，有與沒有緩沖電路時(shí)，觀察并記錄波形，方法同上。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 繪出電阻負(fù)載，電阻電感負(fù)載以及不同柵極電阻時(shí)的開關(guān)波形，并分析不同負(fù)載時(shí)開關(guān)波形的差異，并在圖上標(biāo)出 ton，toff。2. 繪出電阻負(fù)載與電阻、電感負(fù)載有與沒有并聯(lián)緩沖電路時(shí)的開關(guān)波形，并說明并聯(lián)緩沖電路的作用，并在圖上標(biāo)出 ton，toff。6實(shí)驗(yàn)二 三相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 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(cè)取直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特性。二、實(shí)驗(yàn)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(cè)取其各點(diǎn)的波形。3觀察整流狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時(shí)的波形。4. 測(cè)取直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特性。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器1NMCL 系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2NMCL33 組件。3NMEL03 三相可調(diào)電阻。4. 電機(jī)導(dǎo)軌及測(cè)速發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī) M03。5雙蹤示波器。6. 萬用表。四、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) ，掌握直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特性。五、注意事項(xiàng)1雙蹤示波器的兩個(gè)探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時(shí)，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(shí)，必須先斷開電源。3觸發(fā)脈沖的觀測(cè)孔不要用導(dǎo)線與晶閘管的門極相連，否則會(huì)燒壞觸發(fā)板。4電動(dòng)機(jī)在工作前要先加上勵(lì)磁。5電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前要先檢查給定旋鈕是否在零位上，以避免突加電壓起動(dòng)造成過流。7六、實(shí)驗(yàn)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(guān)，用示波器觀察 NMCL-33 的雙脈沖觀察孔，應(yīng)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(yīng)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(gè)開關(guān)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(gè)探頭逐個(gè)觀察每個(gè)晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應(yīng)有幅值為 1V2V 的雙脈沖。 （注意：此時(shí)要逐個(gè)測(cè)試，不得同時(shí)觀察兩個(gè)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(shí)，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(duì)應(yīng)于 U 相同步電壓的 180o位置（即 U 相的負(fù)過零電） 。 （注意：示波器兩路輸入的橫軸必須重合，否則將會(huì)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(shí)，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(yīng)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(shí)，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)（依次按下觸發(fā)脈沖的六個(gè)開關(guān)中其中一個(gè)） ，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導(dǎo)通，觀察并分別記錄此時(shí)的ud波形。（2）斷開兩只晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)（任意按下觸發(fā)脈沖六個(gè)開關(guān)中其中兩個(gè)），觀察并分別記錄此時(shí)的 ud波形。（3）斷開三只晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)（任意按下觸發(fā)脈沖六個(gè)開關(guān)中其中三個(gè)）UVW1T2V3456CRA121F28，觀察并分別記錄此時(shí)的 ud波形。4晶閘管直流電動(dòng)機(jī)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(shí)觀察 NMCL-33 板上的 U 相同步信號(hào)和 1 號(hào)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(hào) 30的點(diǎn)為自然換向點(diǎn),即 =0的點(diǎn).),若不對(duì),應(yīng)調(diào)節(jié)偏移電壓電位器,使 =90。也可以同時(shí)觀察 V 相同步信號(hào)和 1 號(hào)孔觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)偏移電壓使 1 號(hào)觸發(fā)脈沖與 V 相電壓的正向過零點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。觸發(fā)脈沖的相位關(guān)系如下圖所示。（2）按圖 3-2 所示接好線，將電阻負(fù)載換為直流電動(dòng)機(jī)，將電流表串聯(lián)到電樞回路中，直流電動(dòng)機(jī)接上勵(lì)磁。電動(dòng)機(jī)空載。打開測(cè)速表電源。圖 3-2 三相橋式全控整流電路電機(jī)負(fù)載電路（2）將 Ug調(diào)為零，合上直流勵(lì)磁電源和交流電源，在保證有勵(lì)磁電流的前提下，逐漸增加 Ug，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)起來。此時(shí)注意觀察電流表的數(shù)值，應(yīng)在 0.1A 左右（如果電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，且電流表的讀數(shù)迅速增大，說明勵(lì)磁電源未接上） 。觀察轉(zhuǎn)速值，在 01600r/min 之間取 10 個(gè)左右數(shù)據(jù)，同時(shí)測(cè)量電樞兩端的電壓，記UVW1T2V3456CRAM03121F29錄在表 1 中。表 1 Ud（V）n（r/min）七、實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)，角為 30O、60 O、90 O時(shí)的 ud、u VT波形；4畫出模擬故障的波形圖并簡(jiǎn)單分析模擬故障現(xiàn)象。5. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出直流電動(dòng)機(jī)空載時(shí)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(shí)驗(yàn)過程中，示波器觀察到的整流輸出電壓波形不整齊，請(qǐng)問是什么原因？2觸發(fā)電路的調(diào)試和波形觀察時(shí)，出現(xiàn) 1#和 2#雙脈沖觀察孔的脈沖等相位，請(qǐng)問是什么原因？3. 電路模擬故障現(xiàn)象觀察時(shí)，為什么斷掉不同晶閘管脈沖對(duì)應(yīng)的整流輸出電壓波形不同？請(qǐng)以 VT1 和 VT2 為例說明。10實(shí)驗(yàn)三 直流斬波電路的性能研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜そ祲簲夭娐罚˙uck 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(shí)驗(yàn)內(nèi)容1降壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。2升壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。3升降壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2NMCL-22 組件。3萬用表。4雙蹤示波器四、實(shí)驗(yàn)要求1掌握降壓斬波電路的工作原理、波形觀察及電壓測(cè)試。2掌握升壓斬波電路的工作原理、波形觀察及電壓測(cè)試。3掌握升降壓斬波電路的工作原理、波形觀察及電壓測(cè)試。五、實(shí)驗(yàn)方法（按照面板上各種斬波器的電路圖，取用