功率電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、西安外事學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書 功率電子工學(xué)院自動(dòng)化教研室2013-10-10第一章電力電子技術(shù)（功率電子）實(shí)驗(yàn)概述電力電子技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)的三大電子技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，涉及面廣，包括了電力、電子、控制、計(jì)算機(jī)等，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是這門課程的重要組成部分。通過實(shí)驗(yàn)，可加深對(duì)理論的理解，培養(yǎng)和提高實(shí)際動(dòng)手能力，分析和解決實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力。1.1實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和要求具體來(lái)說(shuō)，學(xué)生在完成指定的實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)具備以下能力：1、掌握電力電子變流裝置的主電路、觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成及調(diào)試方法，能初步設(shè)計(jì)和應(yīng)用這些電路；2、熟悉并掌握基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試儀器（示波器、萬(wàn)用表等）的性能和使用方法；3、能夠運(yùn)

2、用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行分析和處理，解決實(shí)驗(yàn)中遇到實(shí)際的問題；4、能夠綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，編寫完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。本指導(dǎo)書介紹了電力電子要求的四個(gè)實(shí)驗(yàn)。12實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備亦即實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)工作，是保證實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行的必要步驟。每次實(shí)驗(yàn)前都應(yīng)先進(jìn)行預(yù)習(xí)，從而提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量和效率，否則很有可能在實(shí)驗(yàn)時(shí)不知如何下手，浪費(fèi)時(shí)間，完成不了實(shí)驗(yàn)的要求，甚至損壞實(shí)驗(yàn)裝置，更嚴(yán)重的造成人身傷害。因此，實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作要做到：1、復(fù)習(xí)教材中與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容，熟悉與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)；2、閱讀本指導(dǎo)書中的相關(guān)內(nèi)容，了解本次實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容；掌握本次實(shí)驗(yàn)的工作原理和實(shí)驗(yàn)方法；3、根據(jù)1和2寫出本次

3、實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告，其中應(yīng)該包括實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄的表格等，為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行做好充分的準(zhǔn)備；預(yù)習(xí)報(bào)告點(diǎn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%；4、熟悉本次實(shí)驗(yàn)所涉及到的實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試儀器等；5、以班級(jí)為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分組，一般情況下，3-4人一組最好。1.3實(shí)驗(yàn)實(shí)施完成理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等環(huán)節(jié)之后，即可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施。實(shí)驗(yàn)過程的表現(xiàn)占總成績(jī)的30%。實(shí)驗(yàn)過程中要做到以下幾點(diǎn)：1、實(shí)驗(yàn)開始前，指導(dǎo)老師要對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告做檢查，并給定預(yù)習(xí)報(bào)告成績(jī)，沒有預(yù)習(xí)報(bào)告的學(xué)生不得進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生了解本次實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和方法，只要滿足要求后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、指導(dǎo)老師對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置做介紹，要求

4、學(xué)生熟悉本次實(shí)驗(yàn)使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器，明確這些設(shè)備的功能，使用方法等等。3、按實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)小組成員應(yīng)進(jìn)行明確的分工，各人的任務(wù)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中實(shí)驗(yàn)實(shí)行輪換，以便實(shí)驗(yàn)參者能全面掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高動(dòng)手能力。4、按預(yù)習(xí)報(bào)告上的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)詳細(xì)接線圖進(jìn)行接線，通常先接主電路，再接控制電路；先接串聯(lián)電路，再接關(guān)聯(lián)電路。5、接線完成后，必須先進(jìn)行自查。自查完成后，經(jīng)指導(dǎo)老師復(fù)查同意后，方可通電實(shí)驗(yàn)。6、實(shí)驗(yàn)時(shí)，要按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書所提出的要求及步驟，逐項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和操作。通常，在通電前，應(yīng)使負(fù)載電阻值最大，G（給定）的電位器處于零位置；測(cè)試點(diǎn)分布均勻；要改接線路時(shí)，必須先斷電再進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，要觀察實(shí)驗(yàn)

5、現(xiàn)象是否正常，測(cè)得的數(shù)據(jù)是否在合理的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論一致。7、完成本次實(shí)驗(yàn)全部?jī)?nèi)容之后，應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)老師檢查一下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、記錄的波形，經(jīng)老師認(rèn)可后方可拆線。整理好連接線、儀器、設(shè)備、工具等。8、按指定的要求在記錄本上填寫本次實(shí)驗(yàn)的相關(guān)記錄。經(jīng)老師同意后，離開實(shí)驗(yàn)室。9、按規(guī)定的時(shí)間按時(shí)將完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告收齊，交給老師。1.4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求一次實(shí)驗(yàn)的最后階段是撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，即對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、處理，繪制相應(yīng)的波形，計(jì)算數(shù)據(jù)填寫相應(yīng)的表格，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告占總成績(jī)的40%。每個(gè)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生都要獨(dú)立完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論有較大的出入時(shí)，不得隨意改變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和

6、結(jié)果，也不得用湊數(shù)據(jù)的方式向理論數(shù)據(jù)靠攏，而應(yīng)該應(yīng)用理論知識(shí)來(lái)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，找出引起較大實(shí)驗(yàn)誤差的原因。實(shí)驗(yàn)報(bào)告按空白紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求認(rèn)真完成。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)編號(hào)：實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)一、單相交流半控全橋（晶閘管）整流調(diào)壓電路的分析與研究實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013.4.20 實(shí)驗(yàn)室名稱：交直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)室1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 簡(jiǎn)單陳述本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 本次實(shí)驗(yàn)所涉及的設(shè)備、儀器、儀表、工具等 3、 實(shí)驗(yàn)原理復(fù)制或者手繪實(shí)驗(yàn)原理圖繪制實(shí)驗(yàn)箱的連接電路（在實(shí)驗(yàn)箱圖片上標(biāo)注相應(yīng)的連接導(dǎo)線，測(cè)量點(diǎn)以及編號(hào)，必須完成）1511721162118211321112112211098765

7、43192114214、 實(shí)驗(yàn)步驟在充分做好實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生必須詳細(xì)描述本次實(shí)驗(yàn)的具體過程和步驟，經(jīng)老師確認(rèn)后方可從事相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。例如：1. 檢查實(shí)驗(yàn)臺(tái)情況正常（未連接其他電路）。2. 上電測(cè)量輸入電源三相正常，儀表顯示良好。3. 切斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源。4. 安裝“單相交流晶閘管半控整流電路”實(shí)驗(yàn)掛件。5. 安裝“交流、直流的電壓表、電流表”實(shí)驗(yàn)掛件。6. 準(zhǔn)備雙蹤示波器、萬(wàn)用表等。7. 準(zhǔn)備連接導(dǎo)線。8. 連接總電源單相127V交流至單相變壓器側(cè)。9. 分別連接變壓器次級(jí)的15V、50V交流至“單相交流晶閘管半控整流電路”實(shí)驗(yàn)掛件箱。10. 連接給定電路調(diào)鈕跳線，連接如圖（8）導(dǎo)線、（9）

8、導(dǎo)線11. 檢查電路連接無(wú)誤12. 總電源上電，測(cè)量變壓器交流次級(jí)個(gè)各電壓輸出正常。13. 開啟并調(diào)整示波器14. 分別測(cè)量（CH1:9-8/CH2:10-8）的波形，比較兩種波形的同步。15. 調(diào)整給定值調(diào)鈕，觀察并記錄鋸齒波的變化和每個(gè)周期中第一個(gè)齒頂?shù)南辔弧?6. 關(guān)掉掉電源17. 連接（11）-（18）號(hào)導(dǎo)線，檢查正確。連接Ud至直流電壓表。18. 接通總電源開關(guān)。19. 示波器測(cè)量1 調(diào)整調(diào)鈕是控制角=30（CH1）.2 測(cè)量Ud兩端的輸出電壓波形并記錄（CH1），記錄此時(shí)的Ud電壓。3 測(cè)量晶閘管陽(yáng)極和陰極之間的波形并記錄（CH1）。4 接上（19）號(hào)續(xù)流二極管，測(cè)量Ud波形（CH

9、1）。5 將=90（CH1），=120（CH1）分別重復(fù)（1）和（2）步驟測(cè)量記錄。5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)表序號(hào)測(cè)量點(diǎn)=（）Ud（無(wú)續(xù)流二極管）vUd（有二極管）vUd（半波）v12342. 表格數(shù)據(jù)分析 仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)和結(jié)果，掌握電路的原理、特性等。3. 實(shí)驗(yàn)波形測(cè)量與記錄繪制實(shí)驗(yàn)波形（注意標(biāo)注，波形的相位關(guān)系）。4. 波形的分析與研究仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量的波形特點(diǎn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；以及波形出現(xiàn)異常的分析和解決辦法等。第二章 電力電子實(shí)驗(yàn)任務(wù)與指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一、單相橋式半控整流電路與單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的研究（46學(xué)時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理，測(cè)量相

10、關(guān)各點(diǎn)的電壓波形；2、熟悉單相半波可控整流電路與單相半控橋式整流電路在電阻負(fù)載和電感負(fù)載時(shí)的工作情況。分析、研究負(fù)載和元件上的電壓、電流波形；3、掌握由分列元件組成電力電子電路的測(cè)試和分析方法。二、實(shí)驗(yàn)電路及工作原理1、實(shí)驗(yàn)電路如圖1-1所示；2、實(shí)驗(yàn)電路的工作原理見相關(guān)電力電子技術(shù)教材或自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)（孔凡才編著）或自動(dòng)控制系統(tǒng)（孔凡才主編）。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、佳悅電力電子實(shí)驗(yàn)裝置單元12、萬(wàn)用表3、雙蹤示波器4、變阻器三相127V交流輸出單相127V交流輸入單相交流輸出總電源漏電保護(hù)開關(guān)電源指示燈電源熔斷器三相電壓表給定電源觸發(fā)單元主電源工作負(fù)載給定值調(diào)鈕單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖輸出半控晶閘管

11、續(xù)流二極管四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟（一）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的測(cè)試1、將實(shí)驗(yàn)電路的電源進(jìn)線端接到相應(yīng)的電源上。（虛線部分在交流電源單元上）（下同）2、用雙綜示波器Y1測(cè)量50V 的電壓UT的數(shù)值與波形，用Y2測(cè)量15 V 穩(wěn)壓管上的電壓Uv（同步電壓）的波形，并進(jìn)行比較（注意：以0 點(diǎn)為兩探頭的公共端）；3、整定RP1與RP0，使RP2輸出電壓在0.5V2.5V 之間變化。4、調(diào)節(jié)給定電位器RP2，使控制角為60左右。、測(cè)量單結(jié)晶體管V3（BT 管）發(fā)射極電壓（即電容C1上的電壓UC1）的電壓波形。（以同步電壓為參考波形）；、測(cè)量V3輸出電壓波形U0；（即100輸出電阻上的電壓）、測(cè)量脈沖變壓器T

12、P 兩端輸出的電壓波形UG1或UG2；、調(diào)節(jié)RP2觀察觸發(fā)脈沖移動(dòng)情況（即控制角調(diào)節(jié)范圍；能否由0180？注：由于此電路的同步電壓為近似梯形波，因此前、后均有死區(qū)，調(diào)節(jié)范圍一般為10170左右，甚至更小一些。注：RP0整定最高速，RP1整定最低速，RP2調(diào)節(jié)速度。（二）單相半波可控整流電路的研究（此實(shí)驗(yàn)可不做，直接做半控橋式電路）以 120V 交流電接入主電路輸入端，晶閘管VT1接入觸發(fā)脈沖，而VT2則不接入觸發(fā)脈沖（此時(shí)主電路相當(dāng)為一單相半波可控整流電路）。1、電阻負(fù)載 將電阻負(fù)載接入主電路輸出端；（此處已接白熾燈） 調(diào)節(jié)RP2，使控制角分別為：=60、=90和=120，測(cè)量負(fù)載上的電壓波形

13、，及Ud數(shù)值。（電流波形與電壓波形相同）。2、電阻電感負(fù)載（不并接續(xù)流二極管）、將電感負(fù)載Ld與電阻負(fù)載Rd串聯(lián)后接入主電路輸出端。此處電阻負(fù)載為變阻器，調(diào)至100左右，電感負(fù)載可借用380V/50V 整流變壓器的二次側(cè)（即50V）繞組。、用示波器探頭Y1測(cè)Ud波形，同時(shí)用探頭Y2測(cè)Rd上的波形注意Y1和Y2的接地端為公共端，（可以主電路底線為公共端）（Rd上的波形相當(dāng)電流波形）。、調(diào)節(jié)RP0，使=60、=90和=120，記下相應(yīng)的Ud值，電壓與電流波形。3、電阻電感負(fù)載（并接續(xù)流二極管）重復(fù)2 中實(shí)驗(yàn)。比較2、3 實(shí)驗(yàn)中Ud及波形的差別。（三）單相半控橋式整流電路的研究1、電阻負(fù)載、以電阻負(fù)

14、載接入半控橋主電路，為便于觀察，已在輸出端并聯(lián)一只白熾燈，若不需要，則可把燈泡擰去；、將兩組觸發(fā)脈沖分別加在兩個(gè)晶閘管VT1 和 VT2上；、調(diào)節(jié)RP0，使控制角分別為：=60、=90和=120，測(cè)量負(fù)載上的電壓Ud的數(shù)值和波形（電阻上的電流波形與電壓波形相同）；、測(cè)量晶閘管VT1兩端的電壓波形。2、電阻電感負(fù)載（先不并接續(xù)流二極管）、將電抗器與電阻串聯(lián)后接入主電路；將主電路進(jìn)線接在交流10V 上。將變阻器與電抗器串聯(lián)，調(diào)節(jié)變阻器使電流I=0.5A。、調(diào)節(jié) RP0，使控制角分別為：=0、=30、=90、=120和=170（最大）時(shí)，負(fù)載的電壓與電流波形，負(fù)載電壓波形為Ud波形，負(fù)載電流波形（即

15、電阻Rd上的電壓波形）（因電阻上電壓、電流波形是相同的）。注意：以主電路底線為兩探頭的公共端；、在電路已進(jìn)入穩(wěn)定工作時(shí)，突然將控制角增大到接近180，或突然拔去一個(gè)觸發(fā)脈沖，半控橋有可能發(fā)生：正在導(dǎo)通的晶閘管一直導(dǎo)通（波形成為半波整流），從而失去調(diào)節(jié)作用（產(chǎn)生“失控現(xiàn)象” ），試觀察失控現(xiàn)象。、并接續(xù)流二極管后，再觀察有無(wú)失控現(xiàn)象。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、由于電力電子實(shí)驗(yàn)中的數(shù)值和波形都比較復(fù)雜，涉及因數(shù)也較多，因此要理解與掌握電路工作原理并對(duì)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行測(cè)量的數(shù)值和波形，做到心中有數(shù)。以避免實(shí)驗(yàn)中盲目性。2、使用雙綜示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須使兩個(gè)探頭的地線端為同一電位的端點(diǎn)（因示波器

16、的兩個(gè)探頭的地線端是聯(lián)在一起的），否則測(cè)量時(shí)會(huì)造成短路事故。3、由于示波器探頭公共端接外殼，而外殼又通過插頭與大地相聯(lián)，而三相電力線路的中線是接大地的，這樣探頭地線便與電力中線相通了。在進(jìn)行電力電子實(shí)驗(yàn)，若用探頭去測(cè)晶閘管元件時(shí)，(若不用整流變壓器時(shí))便會(huì)燒壞元件或造成短路.因此,通常要將示波器接地線折去，或通過隔離變壓器對(duì)示波器供電（如本實(shí)驗(yàn)裝置的插座均經(jīng)過隔離變壓器）。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、記錄交流電壓、同步電壓、電容C1兩端電壓、V3（BT 管）、輸出電壓的波形；2、記錄單相半波可控整流電路和單相半控橋式整流電路負(fù)載及VT1管的數(shù)據(jù)與波形。（參見下表）3、對(duì)不同性質(zhì)負(fù)載，Ud與U2間的關(guān)系式是

17、怎樣的？測(cè)量值與計(jì)算值是否相符？4、分析波形是否有異常情況，若有，分析其原因，并提出改進(jìn)辦法。實(shí)驗(yàn)二、IGBT管的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路的測(cè)試及直流斬波電路、升降壓電路的研究（46 學(xué)時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉直流斬波電路及升、降壓電路的工作原理。2、掌握IGBT 器件的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)模塊EXB841 電路的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)環(huán)節(jié)的測(cè)試。3、掌握脈寬調(diào)制電路的調(diào)試及負(fù)載電壓波形的分析。二、實(shí)驗(yàn)電路及工作原理（一）實(shí)驗(yàn)電路見圖3-1 （二）實(shí)驗(yàn)電路的工作原理1、直流斬波電路 220V 單相交流電經(jīng)整流變壓器TR，降為50V交流電，再經(jīng)橋堆B及濾波電容C5、C6后，變?yōu)橹绷麟?，其幅值?5V70V之間，視負(fù)載電流大小而

18、定。直流電路的負(fù)載為110V、25W白熾燈（或220V 25W白熾燈），如今以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）作為開關(guān)管，來(lái)控制直流電路的通、斷，以調(diào)節(jié)負(fù)載上平均電壓的大小。這就是一個(gè)直流斬波電路。2、IGBT 管的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路 （1） IGBT 管 IGBT 管是一個(gè)復(fù)合元件，它的前半部分類似絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（是電壓控制型，具有輸入阻抗高的優(yōu)點(diǎn)），后半部分類似雙極晶體管（具有輸出阻抗小、導(dǎo)通壓降小、承受電流大的優(yōu)點(diǎn)）。它兼有場(chǎng)效應(yīng)管和雙極晶體管的優(yōu)點(diǎn)，因而獲得日益廣泛的應(yīng)用。 在圖3-1 中，G 為柵極，C 為集電極（又稱漏極D），E 為發(fā)射極（又稱源極S）。如今以EXB841模塊為例，來(lái)介紹I

19、GBT 的驅(qū)動(dòng)電路的工作原理。EBX841 型模塊，可驅(qū)動(dòng)300/1200V IGBT 元件，整個(gè)電路信號(hào)延遲時(shí)間小于1s，最高工作頻率可達(dá)4050kHz。它只需要外部提供一個(gè)+20V 的單電源（它內(nèi)部自生反偏電壓）。模塊采用高速光電耦合（隔離）輸入，信號(hào)電壓經(jīng)電壓放大和推挽（射極跟隨）功率放大輸出，并有過電流保護(hù)環(huán)節(jié)。其功能原理圖如圖3-2 所示，接線圖如圖3-3所示。 對(duì)照?qǐng)D3-2和圖3-3可以看出，15 腳接高電平（+5V）輸入，14腳輸入控制脈信號(hào)（輸入負(fù)脈沖，使光電耦合器導(dǎo)通），光電耦合信號(hào)經(jīng)電壓放大器 放大，再經(jīng)發(fā)射極跟隨功率放大后，由腳3輸出，經(jīng)限流電阻RG送至IGBT 的柵極G

20、，驅(qū)動(dòng)IGBT 導(dǎo)通工作。穩(wěn)壓管VST1、VST2為柵極電壓正向限幅保護(hù)。集成模塊中的電阻R和穩(wěn)壓管VST構(gòu)成的分壓，經(jīng)1 腳，為IGBT的發(fā)射極提供一個(gè)反向偏置（-5V）的電壓，由于UGE = VG-VE，因此發(fā)射極電位VE的提高，相對(duì)UGE來(lái)說(shuō)，為反向偏置。若VE =5V，VG =0，則UGE =-5V0，G-E 結(jié)處于反偏。這是由于IGBT 為電壓控制型器件，截止時(shí)容易因感應(yīng)電壓而誤導(dǎo)通，所以通常設(shè)置一個(gè)較高的反向偏壓（-5V），使IGBT 提高抗干擾能力，可靠截止。1 腳還外接反向偏置電源的濾波電容和發(fā)射極的鉗位二極管VD2（使發(fā)射極電位不低于0V）。2限流與限幅保護(hù)圖 3-3 中RG

21、為柵極限流電阻，對(duì)6 /500V 元件，取RG=250。圖 3-3 中VST1為柵極正向限幅保護(hù)，VST1穩(wěn)壓值為14V15V（因EXB841 輸出高電平電壓為14.5V）。圖 3-3 中 VST2為柵極反向限幅保護(hù)，VST2穩(wěn)壓值為-5V（因?yàn)镋XB841 輸出低電平電壓為-4.5V）。 EXB841為15 腳模塊，模塊中其他腳號(hào)為空腳，故未標(biāo)出。3、脈沖寬度調(diào)制器采用由555 定時(shí)集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器（占空比可變，而頻率不變），并經(jīng)過射極跟隨器V2、R10輸出（以提高帶載能力）。調(diào)節(jié)電位器RP，即可調(diào)節(jié)脈沖寬度。由電子技術(shù)可知：（） 脈沖周期 .（4）4 .（.）. . 脈沖頻率 (0

22、.8410-3)zz（） 脈寬調(diào)節(jié)范圍 t.（） .（.）. （.）（） 占空比 .、為了使脈沖調(diào)制器輸出低電平時(shí)，V能可靠截止，因此在V的基極處加一個(gè)由和電源及、構(gòu)成的負(fù)偏置電路。為V基極反向限幅保護(hù)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、佳悅 型實(shí)驗(yàn)裝置單元3。2、電源：、三組。接實(shí)驗(yàn)裝置下方直流電源。3、示波器5、萬(wàn)用表6、變阻器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）直流斬波降壓電路1、直流斬波降壓電路如圖3-2所示。對(duì)照?qǐng)D3-1，和圖3-2，完成直流斬波降壓電路連線。2、將（+20V、+5V、-5V）接入線路板相應(yīng)電源插口。注意電壓、極性不可接錯(cuò)。3、測(cè)量各電壓的幅值是否正確。4、用示波器和萬(wàn)用表測(cè)量主電路（50V整流電

23、路）輸出電壓的幅值和波形。5、調(diào)節(jié)RP，用示波器測(cè)量脈沖的寬度和幅值，觀察他們的變化，并作記錄。6、在脈沖信號(hào)電壓及主電路電壓（幅值與波形）正常的情況下，接上負(fù)載（燈泡）及脈沖輸入信號(hào)。7、使占空比為50%上時(shí)，測(cè)量負(fù)載平均電壓UL的幅值與波形，并測(cè)量IGBT管UCB和UGE數(shù)值。8、使占空比分別為15、30，最大（98）時(shí)，重復(fù)步驟，即再測(cè)UL、UCB、UGE的數(shù)值。（二）驗(yàn)證EXB841 驅(qū)動(dòng)模塊的保護(hù)功能。 負(fù)載電壓最高時(shí)，將二極管D1至IGBT 管集電極的連線斷開（設(shè)置人為IGBT過載信號(hào)），觀察保護(hù)電路工作情況（測(cè)量負(fù)載電壓及UGE、UCE電壓），并作記錄。（三）直流斬波升降壓電路。

24、 1、圖 3-3 為直流斬波升降壓電路示意圖。對(duì)照?qǐng)D3-1 和圖3-3，完成直流斬波升降壓電路連線。圖中C 為電解電容（1000F450V），VD 為功率二極管，L 為電感線圖（此處可借用380V/50V整流變壓器二次側(cè)繞組），R 為變阻器，以防流過IGBT的電流過大（電流I1）。 升降壓電路的工作原理是，當(dāng)IGBT 導(dǎo)通時(shí)，有電流通過電感L，當(dāng)IGBT截止時(shí)，電感L保持電流不變的特性，將向電容C 充電，電容兩端電壓即負(fù)載RL上的電壓。電感L 的電流愈大，儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量愈大，則放電時(shí)在電容C 生成的電壓就愈高。調(diào)節(jié)變阻器阻值R，改變電感電流，即可改變電容（亦即負(fù)載RL）的電壓。由于負(fù)載電壓是靠

25、電感放電形式的，所以其極性是下正上負(fù)。 2、重復(fù)實(shí)驗(yàn)（一）中的步驟7與8。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理記錄直流斬波降壓電路在占空比分別為15%、30%、50%、98%時(shí)負(fù)載平均電壓UL的數(shù)值與波形和IGBT管UGE、UCE數(shù)值。2、整理記錄直流斬波升、降壓電路在占空比分別為15%、30%、50%和98%時(shí)負(fù)載平均電壓的數(shù)值、極性與波形。3、分析EXB841 驅(qū)動(dòng)模塊的過流保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)三、單相交流（過零觸發(fā)）調(diào)功電路的研究（24 學(xué)時(shí)）一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉集成過零觸發(fā)電路（KC08）的工作原理，測(cè)定KC08電路主要工作點(diǎn)的電壓波形。2、掌握單相調(diào)功電路的工作原理和相關(guān)參數(shù)的整定。二、 實(shí)驗(yàn)電路及

26、工作原理 1 實(shí)驗(yàn)電路原理圖 2、電路的工作原理此電路主要由KC08集成過零觸發(fā)電路和由555定時(shí)集成電路組成的占空比可調(diào)的方波發(fā)生器構(gòu)成。KC08集成電路內(nèi)部的構(gòu)成的原理圖如圖6-2虛框內(nèi)電路所示?，F(xiàn)對(duì)各部分的工作原理介紹如下： 圖6-2 KC08電路內(nèi)部構(gòu)成原理圖及外部主要接線圖（1）由555 定時(shí)器構(gòu)成的電路是一個(gè)頻率固定、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器（其工作原理參見電子技術(shù)書籍）。其8 腳接+12V 電源，1 腳接地，7 腳輸出方波脈沖，其頻率由VD1、VD2間的阻值及電容C2決定，此處頻率固定，約為10Hz。調(diào)節(jié)電位器即可調(diào)節(jié)占空比（此處占空比約為10%90%）。在本電路中，此方波發(fā)生器主

27、要對(duì)KC08提供控制信號(hào)（送往KC08 的2 腳）。(2)KC08 電路的一個(gè)特點(diǎn)是可以自生直流電源。它通過交流電從U1端進(jìn)入14 腳，經(jīng)穩(wěn)壓管VST1和VST2，再經(jīng)8 腳和外接二極管VD 及限流電阻R3，接至交流電U2端，從而構(gòu)成半波穩(wěn)壓整流，它兩端并聯(lián)一個(gè)470F 的外接電容器。在14 與8 之間形成一個(gè)+12V+14V 的電源。由于電路7 腳經(jīng)過二極管VD5與8 腳相連，因此14 腳與7 腳之間亦構(gòu)成一個(gè)單向?qū)щ姷碾娫?。因?4 腳為高電平。7腳為低電平并接地。（3）由圖可見，同步電壓（此處即交流電源電壓）通過R2加到14 腳與1 腳之間，經(jīng)整流橋（VD1VD4）后，去驅(qū)動(dòng)三極管T1，

28、以進(jìn)行電壓過零檢測(cè)。它的原理是，當(dāng)同步電壓不為零時(shí)，T1集電極電流使T6導(dǎo)通，進(jìn)而使T7基極對(duì)地短路，（注意KC08 的6、7 腳相連），輸出級(jí)T7、T8的輸出端5 將無(wú)脈沖輸出，注意5腳接雙向晶閘管門極。綜上所述，只有當(dāng)電壓為零時(shí)，T6截止，且T7基極呈正電位時(shí)，才可能有觸發(fā)脈沖輸出。同步電路限流電阻R2的取值，由下列經(jīng)驗(yàn)求?。海?）由三極管T2T5構(gòu)成一個(gè)差分比較器，4 腳的輸入提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓U0，此處通過11、12 與4的連接，由14 及7 間的電壓再經(jīng)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)電阻分壓獲得U0，差分比較器的另一端通過2 腳接在由555 定時(shí)器構(gòu)成的方波發(fā)生器的輸出端。（5）當(dāng)Ui UO，T2、T3基極

29、處于正偏，T4、T5處于反偏，這時(shí)C3上的電壓，將通過T1、T2、T3和T6構(gòu)成通路，導(dǎo)致T6導(dǎo)通，從而使T7、T8截止，因而無(wú)觸發(fā)脈沖輸出。當(dāng) Ui UO，T4、T5處于正偏，T2、T3處于反偏，在交流電壓U=0 時(shí)，這時(shí)T6截止，C3上的電壓將使T4、T5與T7、T8導(dǎo)通，從而輸出觸發(fā)脈沖。由于6 腳與7 腳相連，所以輸出的脈沖為零電平脈沖。由于雙向晶閘管的陽(yáng)極，接在C3的高電平端（+12V）上，零電平的觸發(fā)脈沖，將使雙向晶閘管導(dǎo)通。由上述可見，當(dāng)輸入的控制信號(hào)為低電平時(shí)（UiUo），則交流電壓過零時(shí)，將有觸發(fā)脈沖輸出，將會(huì)使該半波導(dǎo)通。（6）調(diào)節(jié)電位器RP，可調(diào)節(jié)方波零電平的寬度，即可調(diào)

30、節(jié)負(fù)載上通過交流電的半波個(gè)數(shù)。（7）調(diào)功電路的波形如圖6-3 所示，圖中U 為交流電壓，Ui為輸入方波控制信號(hào)波形，若方波周期T 為0.1 秒，則在一個(gè)方波周期內(nèi)，將對(duì)應(yīng)5 個(gè)正弦波（10 個(gè)半波）。由于是過零觸發(fā)，所以調(diào)節(jié)方波的占空比，在T 周期內(nèi)，輸出的半波個(gè)數(shù)將在0、1、210 之間，按整數(shù)改變。這意味著輸出的平均功率將可分10 檔進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)圖中Ui零電平的寬度略大于6個(gè)半波時(shí)，負(fù)載有6個(gè)半波導(dǎo)通，輸出功率將為滿負(fù)荷的6/10。當(dāng)圖中Ui零電平寬度略大于1 個(gè)半波時(shí)，這樣負(fù)載電壓僅1 個(gè)半波。輸出功率將為滿負(fù)荷的1/10。這樣，改變調(diào)節(jié)電位器RP，即可實(shí)現(xiàn)輸出平均功率的調(diào)節(jié)，調(diào)功電路的

31、優(yōu)點(diǎn)是電流的波形為正弦波，諧波成份少，而且調(diào)節(jié)方便，因此在電加熱設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、佳悅 型實(shí)驗(yàn)裝置單元72、萬(wàn)用表3、雙蹤示波器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、接上50V交流電源。接入+12V 外接直流電源，按圖6-2 連接各信號(hào)電路。2、測(cè)量555定時(shí)電路輸出電壓的幅值與波形，記錄調(diào)節(jié)電位器RP 時(shí)方波占空比的變化范圍。3、測(cè)量并記錄KC08 電路輸出觸發(fā)脈沖的幅值與波形，自生電源兩端（14 與7 腳間的電壓幅值與波形。4、測(cè)量并記錄電阻負(fù)載電壓的波形。5、測(cè)量并記錄雙向晶閘管兩個(gè)陽(yáng)極T1與T2的電壓波形。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)用雙蹤示波器測(cè)量各點(diǎn)波形并進(jìn)行比較時(shí)，其探頭的公共端要接同一個(gè)接線端。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、方波發(fā)生器輸出電壓的幅值與波形。2、方波占空比的調(diào)節(jié)范圍（百分比）。3、以交流電壓波形為基準(zhǔn)，在它的下方分別畫出占空比為80%、50%和20%時(shí)的下列波形。1）方波波形；2）觸發(fā)脈沖波形；3）負(fù)載上的電壓波形。