實(shí)驗(yàn)一功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究 - 南京郵電大學(xué)

1、電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣信息工程系2006年9月目 錄第一章 教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介3MCL系列電力電子及電氣傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)3第二章 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目11實(shí)驗(yàn)一 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究11實(shí)驗(yàn)二 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與軀動(dòng)電路研究16實(shí)驗(yàn)三 三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)20實(shí)驗(yàn)四 直流斬波電路的性能研究23實(shí)驗(yàn)五 單相交直交變頻電路的性能研究26實(shí)驗(yàn)六 半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究29第三章 現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)原理32電力晶體管32功率場(chǎng)效應(yīng)管37IGBT管44電流控制型脈寬調(diào)制器49第一章 教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介MCL系列電力電子及電氣傳動(dòng)教

2、學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)一概述1特點(diǎn)：(1) 采用組件式（掛箱）結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同內(nèi)容進(jìn)行組合，故結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便靈活，并且可隨著功能的擴(kuò)展只需增加組件即可，能在一套裝置上完成電力電子學(xué)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)等課程的主要實(shí)驗(yàn)。(2) 裝置布局合理，外形美觀，面板示意圖明確，直觀，學(xué)生可通過(guò)面板的示意查尋故障，分析工作原理。電機(jī)采用導(dǎo)軌式安裝，更換機(jī)組簡(jiǎn)捷，方便，所采用的電機(jī)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，其參數(shù)特性能模擬3kW左右的通用實(shí)驗(yàn)機(jī)組，能給學(xué)生正確的感性認(rèn)識(shí)。除實(shí)驗(yàn)控制屏外，還設(shè)置有實(shí)驗(yàn)用臺(tái)，內(nèi)可放置機(jī)組，實(shí)驗(yàn)組件等，并有可活動(dòng)的抽屜，內(nèi)可放置導(dǎo)線，工具等，使實(shí)驗(yàn)更方便。(3) 實(shí)驗(yàn)線路典型，配合教學(xué)內(nèi)容，滿足教學(xué)大

3、綱要求?？刂齐娐啡坎捎媚M和數(shù)字集成芯片，可靠性高，維修，檢測(cè)方便。觸發(fā)電路采用數(shù)字集成電路雙窄脈沖。(4) 裝置具有較完善的過(guò)流、過(guò)壓、RC吸收、熔斷器等保護(hù)功能，提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠性和抗干擾能力。(5) 面板上有多只發(fā)光二極管指示每一個(gè)脈沖的有無(wú)和熔斷器的通斷。觸發(fā)脈沖可外加，也可采用內(nèi)部的脈沖觸發(fā)可控硅，并可模擬整流缺相和逆變顛覆等故障現(xiàn)象。2與本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)相關(guān)的組件（掛箱）如下所列(1) MCL-07 IGBT、VDMOS、GTR電力電子器件實(shí)驗(yàn)箱(2) MCL-16 直流斬波電路(升壓斬波、降壓斬波)、單相交直交變頻電路的性能研究、半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究(3) MCL-18

4、 速度變換器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器，電流互感器，電壓互感器，過(guò)流保護(hù)，給定，電流反饋(4) MCL-33 觸發(fā)電路，I組晶閘管，組晶閘管，平波電抗器，RC阻容吸收，二極管三相整流橋(5)MCL-11 單相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)、單相正弦波（SPWM）逆變電路實(shí)驗(yàn)(5) MEL-02 三相芯式變壓器(6) MEL-03掛箱；可調(diào)電阻器二MCL-07掛箱MCL-07掛箱由GTR驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、PWM發(fā)生器、主電路等部分組成。1 GTR電路內(nèi)含普通光耦、比較器、貝克箝位電路、GTR功率器件、串并聯(lián)緩沖電路、保護(hù)電路等?？蓪?duì)光耦的特性(延遲時(shí)間、上升時(shí)間、下降時(shí)間)，貝克電路

5、對(duì)GTR通、斷特性的影響，不同的串、并聯(lián)電路對(duì)GTR開(kāi)關(guān)的影響以及保護(hù)電路的工作原理進(jìn)行研究和分析。2 MOSFET電路內(nèi)含高速光耦、比較器、推挽電路、MOSFET功率器件等?？蓪?duì)高速光耦、推挽驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET的開(kāi)啟電壓、導(dǎo)通電阻RON，跨導(dǎo)gm、反向輸出特性、轉(zhuǎn)移特性、開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行研究。3 IGBT電路采用富士IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片EXB841，線路典型，外擴(kuò)過(guò)流保護(hù)電路?？蓪?duì)EXB841的驅(qū)動(dòng)電路各點(diǎn)波形以及IGBT的開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行研究。特點(diǎn)：(1) 線路典型，注重對(duì)基本概念的了解，力求通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)自關(guān)斷器件的特性有比較深刻的理解。(2) 由于接線比較多，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)

6、可能產(chǎn)生的誤操作，保護(hù)功能完善，可靠性高。使用注意事項(xiàng)：(1) 面板上有比較多的扭子開(kāi)關(guān)控制電源，需注意扭子開(kāi)關(guān)的通斷。(2) GTR采用較低頻率的PWM波形驅(qū)動(dòng)，MOSFET、IGBT采用較高的PWM波形驅(qū)動(dòng)。(3) 由于接線頭采用防轉(zhuǎn)動(dòng)疊插頭，使用時(shí)需注意防轉(zhuǎn)動(dòng)疊插頭導(dǎo)線的導(dǎo)通，以免觀察不到波形。三MCL-08掛箱MCL-08掛箱由直流變換電路(Buck-Boost電路)和電流控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源組成。1 直流斬波電路：控制回路采用555波形發(fā)生器，由光耦進(jìn)行隔離經(jīng)過(guò)推挽電路驅(qū)動(dòng)GTR。555產(chǎn)生波形的占空比可由電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，頻率約為8kHz左右。斬波電路主回路的功率器件采用GTR

7、(10A，800V)，輸入電壓為15V，輸出電壓為7.530V之內(nèi)可調(diào)。按流過(guò)電感L的電流在周期開(kāi)始時(shí)是否從0開(kāi)始，可分為連續(xù)或不連續(xù)工作狀態(tài)兩種模式。實(shí)驗(yàn)中，可分別觀察兩種模式下，電感電流iL、二極管電流iVD、GTR電流iVT等波形。2開(kāi)關(guān)電源采用UC3842構(gòu)成電流控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)開(kāi)關(guān)電源的工作原理以及UC3842的應(yīng)用有一定的了解，UC3842脈寬調(diào)制器的具體說(shuō)明可參見(jiàn)第三章的有關(guān)內(nèi)容。四 MCL-18掛箱(MCL-31)MCL-18由G(給定)，零速封鎖器(DZS)，速度變換器(FBS)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)，電流調(diào)節(jié)器(ACR)，過(guò)流過(guò)壓保護(hù)等部份組成。

8、圖1-1 給定原理圖1G (給定)：原理圖如圖1-1。它的作用是得到下列幾個(gè)階躍的給定信號(hào)：(1) 0V突跳到正電壓，正電壓突跳到0V；(2) 0V突跳到負(fù)電壓，負(fù)電壓突跳到0V；(3) 正電壓突跳到負(fù)電壓，負(fù)電壓突跳到正電壓。正負(fù)電壓可分別由RPl、RP2兩多圈電位器調(diào)節(jié)大小(調(diào)節(jié)范圍為013V左右)。數(shù)值由面板右邊的數(shù)顯窗讀出。只要依次扳動(dòng)S1、S2的不同位置即能達(dá)到上述要求。(1) 若S1放在“正給定”位，扳動(dòng)S2由“零”位到“給定”位即能獲得0V突跳到正電壓的信號(hào)，再由“給定”位扳到“零”位能獲得正電壓到0V的突跳；(2) 若S1放在“負(fù)給定”位，扳動(dòng)S2，能得到0V到負(fù)電壓及負(fù)電壓到

9、0V的突跳；(3) S2放在“給定”位，扳動(dòng)S1，能得到正電壓到負(fù)電壓及負(fù)電壓到正電壓的突跳。使用注意事項(xiàng)：給定輸出有電壓時(shí)，不能長(zhǎng)時(shí)間短路，特別是輸出電壓較高時(shí)，否則容易燒壞限流電阻。2FBC+FA+FT(電流變送器與過(guò)流過(guò)壓保護(hù))：此單元有三種功能：一是檢測(cè)電流反饋信號(hào)，二是發(fā)出過(guò)流信號(hào)，三是發(fā)出過(guò)壓信號(hào)。電路圖為1-2。(1) 電流變送器電流變送器適用于可控硅直流調(diào)速裝置中，與電流互感器配合，檢測(cè)可控硅變流器交流進(jìn)線電流，以獲得與變流器電流成正比的直流電壓信號(hào)，零電流信號(hào)和過(guò)電流邏輯信號(hào)等。電流互感器的輸出接至輸入TAl，TA2，TA3，反映電流大小的信號(hào)經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至9R

10、1、9R2、VD7及RPl、9R3、9R20組成的各支路上，其中：a9R2與VD7并聯(lián)后再與9R1串聯(lián)，在其中點(diǎn)取零電流檢測(cè)信號(hào)。b將RPl的可動(dòng)觸點(diǎn)輸出作為電流反饋信號(hào)，反饋強(qiáng)度由PP1進(jìn)行調(diào)節(jié)。c將可動(dòng)觸點(diǎn)RP2與過(guò)流保護(hù)電路相聯(lián)，輸出過(guò)流信號(hào)，可調(diào)節(jié)過(guò)流動(dòng)作電流的大小。(2) 過(guò)流保護(hù)(FA)圖1-3 零速封鎖器圖1-2 電流變送器與過(guò)流保護(hù)原理圖當(dāng)主電路電流超過(guò)某一數(shù)值后(2A左右)，由9R3，9R20上取得的過(guò)流信號(hào)電壓超過(guò)運(yùn)算放大器的反向輸入端，使D觸發(fā)器的輸出為高電平，使晶體三極管V由截止變?yōu)閷?dǎo)通，結(jié)果使繼電器K的線圈得電，繼電器K由釋放變?yōu)槲希某ｉ]觸點(diǎn)接在主回路接觸器的線

11、圈回路中，使接觸器釋放，斷開(kāi)主電路。并使發(fā)光二極管亮，作為過(guò)流信號(hào)指示，告訴操作者已經(jīng)過(guò)流跳閘。SA為解除記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過(guò)流動(dòng)作后，如過(guò)流故障已經(jīng)排除，則須按下以解除記憶，恢復(fù)正常工作。3零速封鎖器(DZS)零速封鎖器的作用是當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)處于靜車(chē)狀態(tài)，即速度給定電壓為零，同時(shí)轉(zhuǎn)速也確為零時(shí)，封鎖調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的所有調(diào)節(jié)器，以避免靜車(chē)時(shí)各放大器零漂引起可控硅整流電路有輸出使電機(jī)爬行的不正常現(xiàn)象。原理電路如圖1-3所示。它的總輸入輸出關(guān)系是：(1) 當(dāng)1端和2端的輸入電壓的絕對(duì)值都小于0.07V左右時(shí)，則3端的輸出電壓應(yīng)為0V；(2) 當(dāng)1端和2端的輸入電壓絕對(duì)值或者其中之一或者二者都大于0.2V時(shí)

12、，其3端的輸出電壓應(yīng)為15V；(3) 當(dāng)3端的輸出電壓已為15V，后因1端和2端的電壓絕對(duì)值都小于0.07V，使3端電壓由15V變?yōu)?V時(shí)，需要有100毫秒的延時(shí)。3端為0V時(shí)輸入到各調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)中的場(chǎng)效應(yīng)管，使其導(dǎo)通，調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)短路而被封鎖，3端為15V時(shí)輸入到上述場(chǎng)效應(yīng)管使其夾斷，而解除封鎖。具體原理如下：它是由兩個(gè)山形電平檢測(cè)器和開(kāi)關(guān)延時(shí)電路組成。 (1) DZS前半部分別由線性集成電路Al、A和A1、B組成二個(gè)山形電平檢測(cè)器，山形電平檢測(cè)器的輸入輸出特性如圖1-4所示，輸入電壓是指1或2端送入的電壓(S3放在封鎖位)，輸出電壓是指在4或5上得到的電壓。調(diào)整參數(shù)到輸出電壓突跳的幾個(gè)

13、輸入電壓為：圖1-4 電平檢測(cè)器輸入輸出特性Ua=0.2V Ub=0. 07V Uc=+0.07V Ud=+0.2V輸出正向電壓無(wú)限幅，約為+12V，輸出負(fù)向電壓用二極管VD9和VD10箝位到0.7V。(2) DZS的后半部為開(kāi)關(guān)延時(shí)電路(a) 當(dāng)1和2端電壓絕對(duì)值均小于0.07V，則4和5得到的電壓都為+15V，高電平為“1”態(tài)，輸入單與門(mén)4011，其輸出10腳也為“1”態(tài)，二極管VD11截止，這樣單與非門(mén)的輸入為“1”態(tài)，輸出3腳為“0”態(tài)，VDl2導(dǎo)通，使穩(wěn)壓管VST不能擊穿，所以三極管VTl截止，從而3端輸出為0V。(b) 當(dāng)l和2端電壓絕對(duì)值或其中之一或二者都大于0.2V時(shí)，則在4和

14、5上或者4為0.7V，或者5為0.7V，或者4、5均為0.7V，低電平為“0”態(tài)，三種情況輸入D:C，其輸出都為“0”態(tài)，VD11導(dǎo)通，接0V，D:A輸入為“0”態(tài)，其輸出為“1”態(tài)，使VDl2截止，穩(wěn)壓管VST在30V的電壓作用下而擊穿，VTl飽和導(dǎo)通，可使3端輸出為15V。(c) 當(dāng)已在(b)的情況，3端子輸出為15V，此時(shí)D:C的輸出為0V，D:A上輸入電壓接近0V。若要回到(a)的情況，則D:C的輸出先由“0”態(tài)變成“1”態(tài)，VD11截止，D:A上輸入上電壓應(yīng)為+15V，但電容C5二端電壓不能突變，+15V電源通過(guò)R27對(duì)C5充電，C5電壓逐步上升，上升到一定數(shù)值后D:A的輸出由 “1

15、” 態(tài)變?yōu)椤?”態(tài)，從而使3端輸出為0V，所以3端由15V變?yōu)?V有一延時(shí)時(shí)間，其延時(shí)長(zhǎng)短取決于R27C5的充電回路時(shí)間常數(shù)。(d) 鈕子開(kāi)關(guān)S3有二個(gè)位置，放在“封鎖位”，用在調(diào)速系統(tǒng)正常工作的情況，即為上述分析情況，放在“解除位”，A1:A組成的山形電平檢測(cè)器輸入總是+15V，3端子電位總是15V，使各調(diào)節(jié)器解除封鎖，以便單獨(dú)調(diào)試調(diào)節(jié)器用。4電源輸入輸出端：面板下部的L1、L2、L3三接線柱表示三相電源的輸入，U、V、W表示電源輸出端。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)壓器的輸出端接到L1、L2、L3。U、V、W接到可控硅或電機(jī)，在L1、U，L2、V，L3、W間接有電流互感器，L1、L2間接有電壓互感器，當(dāng)

16、電流過(guò)大或電壓過(guò)高時(shí)，過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作。使用注意事項(xiàng)：接到可控硅的電壓必須從U、V、W引出，否則過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)不起作用。5FBS(速度變換器)圖1-5 速度變換器速度變換器(FBS)用于轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變換成適用于控制單元并與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓，作為速度反饋。其原理圖如圖1-5所示。使用時(shí)，將測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出端接至速度變換器的輸入端1和2。分兩路輸出。(1) 一路經(jīng)電位器RP2至轉(zhuǎn)速表，轉(zhuǎn)速表(02000ns)已裝在電機(jī)導(dǎo)軌上。(2) 另一路經(jīng)電阻及電位器RP，由電位器RP中心抽頭輸出，作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，反饋強(qiáng)度由電位器RP的中心抽頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，由電位

17、器RP輸出的信號(hào)，同時(shí)作為零速封鎖反映轉(zhuǎn)速的電平信號(hào)。圖1-6 速度調(diào)節(jié)器元件RP裝在面板上。6ASR(速度調(diào)節(jié)器)速度調(diào)節(jié)器ASR的功能是對(duì)給定和反饋兩個(gè)輸入量進(jìn)行加法，減法，比例，積分和微分等運(yùn)算，使其輸出按某一規(guī)律變化。它由運(yùn)算放大器，輸入與反饋網(wǎng)絡(luò)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。其原理圖如圖1-6所示。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR也可當(dāng)作電壓調(diào)節(jié)器AVR來(lái)使用。速度調(diào)節(jié)器采用電路運(yùn)算放大器，它具有兩個(gè)輸入端，同相輸入端和倒相輸入端，其輸出電壓與兩個(gè)輸入端電壓之差成正比。電路運(yùn)算放大器具有開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)大，零點(diǎn)漂移小，線性度好，輸入電流極小，輸出阻抗小等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成理想的調(diào)節(jié)器。圖1-7中，由二極管VD4，V

18、D5和電位器RP2，RP3組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C2，R9組成反饋微分校正網(wǎng)絡(luò)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)，R15，C1組成速度環(huán)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。場(chǎng)效應(yīng)管V5為零速封鎖電路，當(dāng)4端為0V時(shí)VD5導(dǎo)通，將調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)短接而封鎖，4端為13V時(shí)，VD5夾斷，調(diào)節(jié)器投入工作。RPl為放大系數(shù)調(diào)節(jié)電位器。元件RPl，RP2，RP3均安裝在面板上。電容C1兩端在面板上裝有接線柱，電容C2兩端也裝有接線柱、可根據(jù)需要外接電容。7ACR(電流調(diào)節(jié)器)圖1-7 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器適用于可控制傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)其輸入信號(hào)(給定量和反饋量)時(shí)進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分，延時(shí)等運(yùn)算或者同時(shí)兼做上述幾種運(yùn)算

19、。以使其輸出量按某種預(yù)定規(guī)律變化。它是由下述幾部分組成：運(yùn)算放大器，二極管限幅，互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)、反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等。電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了4個(gè)輸入端，其中2端接過(guò)流推信號(hào)，來(lái)自電流變換器的過(guò)流信號(hào)U，當(dāng)該點(diǎn)電位高于某值時(shí)，VSTl擊穿，正信號(hào)輸入，ACR輸出負(fù)電壓使觸發(fā)電路脈沖后移。UZ、UF端接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端，當(dāng)這二端為高電平時(shí)，三極管V1、V2導(dǎo)通將Ugt和Ugi信號(hào)對(duì)地短接，用于邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。晶體管V3和V4構(gòu)成互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)，當(dāng)V3、V4基極電位為正時(shí)，V4管(PNP型晶體管)截止，V3管和負(fù)載構(gòu)成射極跟隨器。如V3，V4基極電位為負(fù)時(shí)，

20、V3管(NPN型晶體管。)截止，V4管和負(fù)載構(gòu)成射極跟隨器。接在運(yùn)算放大器輸入端前面的阻抗為輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)。改變輸入和反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就能得到各種運(yùn)算特性。元件RPl、RP2、RP3裝在面板上，C1、C2的數(shù)值可根據(jù)需要，由外接電容來(lái)改變。六MCL-33掛箱MCL-33由脈沖控制及移相，雙脈沖觀察孔，一組可控硅，二組可控硅及二極管，RC吸收回路，平波電抗器L組成。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供相位差為60，經(jīng)過(guò)調(diào)制的“雙窄”脈沖(調(diào)制頻率大約為310kHz)。觸發(fā)脈沖分別由兩路功放進(jìn)行放大，分別由Ublr和Ublf進(jìn)行控制。當(dāng)Ublf接地時(shí)，第一組脈沖放大電路進(jìn)行放大。當(dāng)Ublr接地時(shí)，第二組脈沖放大電路進(jìn)行工

21、作。脈沖移相由Uct端的輸入電壓進(jìn)行控制，當(dāng)Uct端輸入正信號(hào)時(shí)，脈沖前移，Uct端輸入負(fù)信號(hào)時(shí)，脈沖后移，移相范圍為10160。偏移電壓調(diào)節(jié)電位器RP調(diào)節(jié)脈沖的初始相位，不同的實(shí)驗(yàn)初始相位要求不一樣。雙脈沖觀察孔輸出相位差為60的雙脈沖，同步電壓觀察孔，輸出相電壓為30V左右的同步電壓，用雙蹤示波器分別觀察同步電壓和雙脈沖，可比較雙脈沖的相位。使用注意事項(xiàng)：?jiǎn)坞p脈沖及同步電壓觀察孔在面板上俱為小孔，僅能接示波器，不能輸入任何信號(hào)。1脈沖控制。面板上部的六檔直鍵開(kāi)關(guān)控制接到可控硅的脈沖，1、2、3、4、5、6分別控制可控硅VTl、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的觸發(fā)脈沖，當(dāng)直鍵開(kāi)關(guān)按下

22、時(shí)，脈沖斷開(kāi)，彈出時(shí)脈沖接通。2一橋可控硅由六只5A800V組成。3二橋可控硅由六只5A800V構(gòu)成，另有六只5A800V二極管。4RC吸收回路可消除整流引起的振蕩。當(dāng)做調(diào)速實(shí)驗(yàn)時(shí)需接在整流橋輸出端。平波電抗器可作為電感性負(fù)載電感使用，電感分別為50mH、100mH、200mH、700mH，在lA范圍內(nèi)基本保持線性。使用注意事項(xiàng)：外加觸發(fā)脈沖時(shí)，必須切斷內(nèi)部觸發(fā)脈沖。第二章 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)一 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?熟悉MOSFET主要參數(shù)的測(cè)量方法。2掌握MOSEET對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求。3掌握一個(gè)實(shí)用驅(qū)動(dòng)電路的工作原理與調(diào)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1MOSFET主

23、要參數(shù)：開(kāi)啟閾值電壓VGS(th)，跨導(dǎo)gFS，導(dǎo)通電阻Rds，輸出特性ID=f(Vsd)等的測(cè)試。2驅(qū)動(dòng)電路的輸入，輸出延時(shí)時(shí)間測(cè)試。3電阻與電阻、電感性負(fù)載時(shí)，MOSFET開(kāi)關(guān)特性測(cè)試。4有與沒(méi)有反偏壓時(shí)的開(kāi)關(guān)過(guò)程比較。5柵-源漏電流測(cè)試。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1MCL-07電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的MOSFET與PWM波形發(fā)生器部分2雙蹤示波器3毫安表4電流表5電壓表四實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖2-1五實(shí)驗(yàn)方法1MOSFET主要參數(shù)測(cè)試(1) 開(kāi)啟閾值電壓VGS(th)測(cè)試開(kāi)啟閾值電壓簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)啟電壓，是指器件流過(guò)一定量的漏極電流時(shí)(通常取漏極電流ID=1mA)的最小柵源電壓。斷開(kāi)MCL-07中的電源（開(kāi)關(guān)S），主回路

24、的“1”端與MOS管的“25”端之間串入直流毫安表，測(cè)量漏極電流ID，將主回路的“3”與“4”端分別與MOS管的“24”與“23”相連，再在“24”與“23”端間接入電壓表，測(cè)量MOS管的柵源電壓Vgs，并將主回路電位器RP左旋到底，使Vgs=0。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表的讀數(shù)，當(dāng)漏極電流ID=1mA時(shí)的柵源電壓值即為開(kāi)啟閾值電壓VGS(th)。適當(dāng)選擇、讀取7組ID、Vgs，其中ID=1mA必測(cè)，填入表2-1。表2-1ID(mA)0.10.40.7151020Vgs(V)圖2-1 MOSFET實(shí)驗(yàn)電路(2) 跨導(dǎo)gFS測(cè)試雙極型晶體管(GTR)通常用hFE()表示其增益，

25、功率MOSFET器件以跨導(dǎo)gFS表示其增益?？鐚?dǎo)的定義為漏極電流的小變化量與相應(yīng)的柵源電壓小變化量之比，即gFS=IDVGS。典型的跨導(dǎo)額定值是在1/2額定漏極電流和VDS=15V下測(cè)得，受條件限制，實(shí)驗(yàn)中只能測(cè)到1/5額定漏極電流值。根據(jù)表2-1的測(cè)量數(shù)值，計(jì)算gFS。(3) 轉(zhuǎn)移特性ID=f(Vsd)柵源電壓Vgs與漏極電流ID的關(guān)系曲線稱(chēng)為轉(zhuǎn)移特性。根據(jù)表2-1的測(cè)量數(shù)值，繪出轉(zhuǎn)移特性。(4) 導(dǎo)通電阻RDS測(cè)試導(dǎo)通電阻定義為RDS=VDSID將電壓表接至MOS管的“25”與“23”兩端，測(cè)量VDS，其余接線同上。改變VGS從小到大讀取ID與對(duì)應(yīng)的漏源電壓VDS，測(cè)量7組數(shù)值，填入表2-

26、2。表2-2ID(mA)0.10.40.7151020VDS (V)(5) IDf(VSD)測(cè)試IDf(VSD)系指VGS=0時(shí)的VDS特性，它是指通過(guò)額定電流時(shí)，并聯(lián)寄生二極管的正向壓降。A在主回路的“3”端與MOS管的“23”端之間串入直流毫安表，主回路的“4”端與MOS管的“25”端相連，在MOS管的“23”與“25”之間接入電壓表，將RP右旋轉(zhuǎn)，讀取一組ID與VSD的值填入表2-3。表2-3ID(mA)0.10.40.7151020VSD (V)B將主回路的“3”端與MOS管的“25”端相連，在主同路“1”端與MOS管的“23”端之間串入直流安培表，在MOS管的“23”與“25”之間接

27、入電壓表，調(diào)整RP，使ID=0.5A，讀取VSD的值。VSD= V。C將“1”端與“23”端斷開(kāi)，在主回路“2”端與“23”端之間串入安培表，其余接線與測(cè)試方法同上，調(diào)整RP，使ID=0.5A，讀取VSD的值。VSD= V。2快速光耦6N137輸入、輸出延時(shí)時(shí)間的測(cè)試將MOSFET單元的左側(cè)輸入“1”與“4”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再將MOSFET單元的“2”與“3”，“9”與“4”相連，接通開(kāi)關(guān)S1后用雙蹤示波器觀察輸入波形(“1”與“4”)及輸出波形(“5”與“9”)，記錄開(kāi)門(mén)時(shí)間ton（輸入波形開(kāi)始下降到輸出波形上升到最大值的90%）；關(guān)門(mén)時(shí)間toff（輸入波形開(kāi)

28、始上升到輸出波形下降到最大值的10%）ton= ，toff = 3驅(qū)動(dòng)電路的輸入、輸出延時(shí)時(shí)間測(cè)試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“5”與“8”，“6”與“7”，“10” 與“11”，“11” 與“12”，“13”與“14”，“13”與“16”相連，用示波器觀察輸入“1”與“4”及驅(qū)動(dòng)電路輸出“18”與“9”之間波形，記錄延時(shí)時(shí)間toff1 （輸入波形開(kāi)始上升到輸出波形也開(kāi)始上升的時(shí)間）4電阻負(fù)載時(shí)MOSFET開(kāi)關(guān)特性測(cè)試(1) 無(wú)并聯(lián)緩沖時(shí)的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試在上述接線基礎(chǔ)上，將MOSFET單元的“9”與“4”連線斷開(kāi)，再將“20”與“24”，“22”與“23”，“21”與“9”以及主回路的“1”和“4”分

29、別與MOSFET單元的“25”和“21”相連。用示波器觀察 “24”與“21”及“25”與“21”之間的波形，記錄開(kāi)通時(shí)間ton（輸入波形上升10%到輸出電流波形上升到最大值的90%）與存儲(chǔ)時(shí)間tS（輸入波形下降10%到輸出電流波形下降到最大值的10%）。ton1= ，tS1= (2) 有并聯(lián)緩沖時(shí)的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“25”與“27”，“21”與“26”相連，測(cè)試方法同上。ton2= ，tS2= 5電阻、電感負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試(1) 有并聯(lián)緩沖時(shí)的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試將主回路“1”與MOSFET單元的“25”斷開(kāi)，將主回路的“2”與MOSFET單元的“25”相連，測(cè)試方法同上。to

30、n3= ，tS3= (2) 無(wú)并聯(lián)緩沖時(shí)的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試將并聯(lián)緩沖電路斷開(kāi)，觀察，記錄輸出波形與上一步驟的區(qū)別。6不同柵極電阻時(shí)的開(kāi)關(guān)特性測(cè)試電阻、電感負(fù)載，有并聯(lián)緩沖電路(1) 柵極電阻采用R6=200時(shí)的開(kāi)關(guān)特性。(2) 柵極電阻采用R8=1.2k時(shí)的開(kāi)關(guān)特性。7柵源極電容充放電電流測(cè)試電阻負(fù)載，柵極電阻采用R6，用示波器觀察R6兩端波形并記錄該波形的正負(fù)幅值。8消除高頻振蕩試驗(yàn)當(dāng)采用電阻、電感負(fù)載，無(wú)并聯(lián)緩沖，柵極電阻為R6時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的高頻振蕩，通?？捎迷龃髺艠O電阻的方法消除，當(dāng)出現(xiàn)高頻振蕩時(shí)，可將柵極電阻用較大阻值的R8。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，列出MOSFET主要參數(shù)的表格

31、與曲線。2列出快速光耦6N137與驅(qū)動(dòng)電路的延時(shí)時(shí)間與波形。3繪出電阻負(fù)載，電阻、電感負(fù)載，有與沒(méi)有并聯(lián)緩沖時(shí)的開(kāi)關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出ton、toff。4繪出不同柵極電阻時(shí)的開(kāi)關(guān)波形，分析柵極電阻大小對(duì)開(kāi)關(guān)過(guò)程影響的物理原因。5繪出柵源極電容充放電電流波形，試估算出充放電電流的峰值。6消除高頻振蕩的措施與效果。7實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見(jiàn)。七、思考題1增大柵極電阻可消除高頻振蕩，是否柵極電阻越大越好，為什么？請(qǐng)你分析一下，增大柵極電阻能消除高頻振蕩的原因。2從實(shí)驗(yàn)所測(cè)的數(shù)據(jù)與波形，請(qǐng)你說(shuō)明MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的基本要求有哪一些？你能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用化的驅(qū)動(dòng)電路。3從理論上說(shuō)，MOSFET的開(kāi)、

32、關(guān)時(shí)間是很短的，一般為納秒級(jí)，但實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的開(kāi)、關(guān)時(shí)間卻要大得多，你能否分析一下其中的原因嗎？實(shí)驗(yàn)二 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與軀動(dòng)電路研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉IGBT主要參數(shù)與開(kāi)關(guān)特性的測(cè)試方法。2掌握混合集成驅(qū)動(dòng)電路EXB840的工作原理與調(diào)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1IGBT主要參數(shù)測(cè)試。2EXB840性能測(cè)試。3IGBT開(kāi)關(guān)特性測(cè)試。4過(guò)流保護(hù)性能測(cè)試。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1MCL-07電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的IGBT與PWM波形發(fā)生器部分。2雙蹤示波器。3毫安表4電壓表5電流表6MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏四實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖2-2五實(shí)驗(yàn)方法1IGBT主要參數(shù)測(cè)試(1) 開(kāi)啟閾值電壓VGS(th)測(cè)

33、試在主回路的“1”端與IGBT的“18”端之間串入毫安表，將主回路的“3”與“4”端分別與IGBT管的“14”與“17”端相連，再在“14”與“17”端間接入電壓表，并將主回路電位器RP左旋到底。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表，當(dāng)漏極電流ID=1mA時(shí)的柵源電壓值即為開(kāi)啟閾值電壓VGS(th)。讀取7組ID、Vgs，其中ID=1mA必測(cè)，填入表2-4。表2-4ID (mA)1Vgs(V)圖2-2 IGBT實(shí)驗(yàn)電路(2) 跨導(dǎo)gFS計(jì)算根據(jù)表2-4的數(shù)據(jù)計(jì)算跨導(dǎo)gFS并描繪其曲線，gFS=IDVGS。(3) 導(dǎo)通電阻RDS測(cè)試將電壓表接入“18”與“17”兩端，其余同上，從小到大改

34、變Vgs，讀取ID與對(duì)應(yīng)的漏源電壓VDS，測(cè)量7組數(shù)據(jù)，填入表2-5。表2-5ID (mA)0.10.40.7151020VDS (V)2EXB840性能測(cè)試(1) 輸入輸出延時(shí)時(shí)間測(cè)試IGBT部分的“1”和“13”分別與PWM波形發(fā)生部分的“l(fā)”和“2”相連，再將IGBT部分的“10”與“13”， “2”與“1”相連，用示波器觀察輸入“1”與“13”及EXB840輸出“12”與“13”之間波形，記錄開(kāi)通與關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。ton= ，toff = (2) 保護(hù)輸出部分光耦延時(shí)時(shí)間測(cè)試將IGBT部分“10”與“13”的連線斷開(kāi)，并將“6”與“7”相連。用示波器觀察“8”和“13”及“4”和“13”

35、之間波形，記錄延時(shí)時(shí)間。下降延時(shí)時(shí)間 ，上升延時(shí)時(shí)間 。(3) 過(guò)流慢速關(guān)斷時(shí)間測(cè)試接線同上，用示波器觀察“1”和“13”及“12”和“13”之間波形，記錄慢速關(guān)斷時(shí)間。(4) 關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓測(cè)試接線同上，用示波器觀察“12”和“17”之間波形，記錄關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓值。(5) 過(guò)流閾值電壓測(cè)試。斷開(kāi) “2”與“1”的相連，分別連接“2”與“3”，“4”與“5”，“6”與“7”，將主回路的“3”和“4”分別與“10”和“17”相連，即按照以下表格的說(shuō)明連線。IGBT：17主回路：4IGBT：10主回路：3IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT7IGBT：2IGBT：3IGBT：12IGBT：

36、14RP左旋到底：用示波器觀察“12”與“17”之間波形，將RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視波形，一但該波形消失時(shí)即停止旋轉(zhuǎn)，測(cè)出主回路“3”與“4”之間電壓值，該值即為過(guò)流保護(hù)閾值電壓值。3開(kāi)關(guān)特性測(cè)試(1) 電阻負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)特性測(cè)試將“1”和“13”分別與波形發(fā)生器“1”和“2”相連，“4”與“5”，“6”與“7”，“2” 與“3” ，“12”與“14”，“10”與“18”，“17”與“16”相連，主回路的“1”和“4”分別和IGBT部分的“18”和“15”相連。即按照以下表格的說(shuō)明連接：IGBT：1PWM：1IGBT：13PWM：2IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2

37、IGBT：3IGBT：12IGBT：14IGBT：17IGBT：16IGBT：10IGBT：18IGBT：15主回路：4IGBT：18主回路：1用示波器分別觀察“18”和“15”及“14”和“15”的波形，記錄開(kāi)通延遲時(shí)間。(2) 電阻，電感負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)特性測(cè)試將主回路“1”與“18”的連線斷開(kāi)，再將主同路“2”與“18”相連，用示波器分別觀察“18”和“15”及“16”和“15”的波形，記錄開(kāi)通延遲時(shí)間。(3) 不同柵極電阻時(shí)開(kāi)關(guān)特性測(cè)試將“12”與“14”的連線斷開(kāi)，再將“11”與“14”相連，柵極電阻從R5=3k改為R4=27，其余接線同上。用示波器分別觀察并描繪“18”和“15”及“16

38、”和“15”的波形。4并聯(lián)緩沖電路作用測(cè)試(1) 電阻負(fù)載，斷開(kāi)“11”與“14”連線，“12”與“14”相連。有與沒(méi)有緩沖電路時(shí)觀察“14”和“17”及“18”和“17”之間波形。(2) 電阻，電感負(fù)載，有與沒(méi)有緩沖電路時(shí)，觀察描繪波形同上。5過(guò)流保護(hù)性能測(cè)試，柵極電阻用R4在上述接線基礎(chǔ)上，將“4”與“5”，“6”與“7”相連，觀察“14”與“17”之間波形，然后將“10”與“18”之間連線斷開(kāi)，并觀察驅(qū)動(dòng)波形是否消失，過(guò)流指示燈是否發(fā)亮，待故障消除后，撳復(fù)位按鈕即可繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，繪出IGBT的主要參數(shù)的表格與曲線。2繪出輸入、輸出及光耦延時(shí)以及慢速關(guān)斷等波形，并

39、標(biāo)出延時(shí)與慢速關(guān)斷時(shí)間。3繪出所測(cè)的負(fù)柵壓值與過(guò)流閾值電壓值。4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(kāi)關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出tON與tOFF。5繪出電阻負(fù)載與電阻、電感負(fù)載有與沒(méi)有并聯(lián)緩沖電路時(shí)的開(kāi)關(guān)波形，并說(shuō)明并聯(lián)緩沖電路的作用。6過(guò)流保護(hù)性能測(cè)試結(jié)果，并對(duì)該過(guò)流保護(hù)電路作出評(píng)價(jià)。7實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見(jiàn)。，七思考題1試對(duì)由EXB840構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)缺點(diǎn)作出評(píng)價(jià)。2在選用二極管V1時(shí)，對(duì)其參數(shù)有何要求?其正向壓降大小對(duì)IGBT的過(guò)流保護(hù)功能有何影響? 3通過(guò)MOSFET與IGBT器件的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你對(duì)兩者在驅(qū)動(dòng)電路的要求，開(kāi)關(guān)特性與開(kāi)關(guān)頻率，有、無(wú)反并聯(lián)寄生二極管，電流、電壓容量

40、以及使用中的注意事項(xiàng)等方面作一分析比較。實(shí)驗(yàn)三 三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉MCL-18，MCL-33A組件。2熟悉三相橋式全控整流及有源逆變電路的接線及工作原理。3了解集成觸發(fā)器的調(diào)整方法及各點(diǎn)波形。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1三相橋式全控整流電路2三相橋式有源逆變電路3觀察整流或逆變狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時(shí)的波形。三實(shí)驗(yàn)線路及原理實(shí)驗(yàn)線路如圖2-3所示。主電路由三相全控變流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流橋組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。三相橋式整流及有源逆變電路的工作原理可參見(jiàn)“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控

41、制屏。2MCL-18組件。3MCL-33(A)組件4MEL-03可調(diào)電阻器5MEL-02芯式變壓器6二蹤示波器7萬(wàn)用表五實(shí)驗(yàn)方法1按圖2-3接線另需將MCL-33A(Up下方)與MCL-18(Ug下方)的地線相連，MCL-33A的Ub1f下方接地，MCL-33A的S1按下（置電力電子位置）,圖中MEL-02即為MEL-35(注意變壓器各線圈端點(diǎn)的標(biāo)號(hào))，在做全控整流實(shí)驗(yàn)時(shí)不接不控整流橋及后續(xù)部分。不控整流橋及后續(xù)部分在做逆變實(shí)驗(yàn)時(shí)接入，不控整流橋與RP串聯(lián)。未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。(1) 打開(kāi)MCL-18電源開(kāi)關(guān)，給定電壓有電壓顯示。(2) 用示波器觀察MCL-33A的雙脈沖

42、觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔60、幅度基本相同的雙脈沖。(3) 檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖60，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源相序。圖2-3 三相橋式全控整流及有源逆變(4) 用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為12V的脈沖。注：將面板上的Ublf(當(dāng)三相橋式全控變流電路使用I組橋晶閘管VT1VT6時(shí))接地，將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個(gè)開(kāi)關(guān)均撥到“接通”。(5) 將MCL-18中給定器輸出Ug接至MCL-33面板的Uco端，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub，在Uco=0時(shí)，使=150。2三相橋式全控整流電路將Rd調(diào)至最大(450)。三相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)

43、到底，合上主電源，調(diào)節(jié)主控制屏輸出電壓UUV、UVW、UWU，從0V調(diào)至220V。調(diào)節(jié)Uco，使在3090范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄=30、60、90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。在整流狀態(tài)時(shí)，分別斷開(kāi)某一（或幾個(gè)）晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開(kāi)關(guān)，則該元件無(wú)觸發(fā)脈沖即該支路不能導(dǎo)通，觀察，記錄并比較此時(shí)的ud波形。說(shuō)明：觸發(fā)電路是KJ004集成電路，具體應(yīng)用可參考相關(guān)教材。4三相橋式有源逆變電路斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)后，將右邊的不控整流橋串聯(lián)接入負(fù)載，調(diào)節(jié)Uco，使仍為150左右。三相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)到底，

44、合上主電源，調(diào)節(jié)主控制屏輸出電壓UUV、UVW、UWU，從0V調(diào)至220V后合上電源開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)Uco，觀察=90、120、150時(shí)，電路中ud、uVT的波形，并記錄相應(yīng)的Ud、U2數(shù)值。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫(huà)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UdU2 = f() 曲線。3畫(huà)出三相橋式全控整流電路時(shí)，角為30、60、90時(shí)的ud、uVT波形。4畫(huà)出三相橋式有源逆變電路時(shí)，角為150、120、90時(shí)的ud、uVT波形。5簡(jiǎn)單分析模擬故障現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)四 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?Buck Chopper)和升壓斬波電路(Boost Chopper)的工

45、作原理，掌握這兩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1SG3525芯片的調(diào)試。2降壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。3升壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2MCL-16組件。3MEL-03電阻箱(9000.41A)或其它可調(diào)電阻盤(pán)。4萬(wàn)用表。5雙蹤示波器圖2-4 PWM波形發(fā)生62A直流安培表(MCL-2A直流毫安表為數(shù)字式儀表，MCL- 2A直流安培表為指針式儀表，其他型號(hào)可能為MEL-06)。四實(shí)驗(yàn)方法1SG3525的調(diào)試。原理框圖見(jiàn)圖2-4。將扭子開(kāi)關(guān)S1打向“直流斬波”側(cè)，S2電源開(kāi)關(guān)打向“ON”，將“3”端和“4”端用導(dǎo)線短接，用示

46、波器觀察“1”端和左側(cè)地之間的輸出電壓波形應(yīng)為鋸齒波，并記錄其波形的頻率和幅值。扭子開(kāi)關(guān)S2扳向“OFF”，用導(dǎo)線分別連接“5”、“6”、“9”，再將S2扳向“ON”，用示波器觀察“5”端波形，并記錄其波形、頻率、幅度。調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，記錄其最大占空比和最小占空比。Dmax= Dmin=2實(shí)驗(yàn)接線圖見(jiàn)圖2-5。圖2-5 直流斬波電路(1)將“主電源2”的 “2”端和“直流斬波電路”的“2”端相連，將“PWM波形發(fā)生”的“7”、“8”端分別和直流斬波電路VT1的G1、S1端相連，“直流斬波電路”的“4”、“5”端串聯(lián)MEL-03電阻箱(將兩組9000.4lA的電阻并聯(lián)起來(lái)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

47、調(diào)至阻值最大約450)，和直流安培表(將量程切換到2A擋)。(2) 檢查接線正確后，接通控制電路的電源（“PWM波形發(fā)生”中的S2。注意：必須先接通控制電路電源），再將“降壓斬波電路”的“1”端和“主電源”的“1”端相連。改變脈沖占空比，每改變一次，分別觀察輸出電壓uO波形，記錄PWM信號(hào)占空比D，ui、uO的平均值Ui和UO。(3) 改變負(fù)載R的值使負(fù)載電流為0.4A，重復(fù)上述(2)的內(nèi)容。(4) 切斷主電路電源，斷開(kāi)“主電路2” 和“降壓斬波電路”的連接，斷開(kāi)“PWM波形發(fā)生”與VTl的連接，分別將 “直流斬波電路”的“7”和“主電路2”的“2”端相連，將VT2的G2、S2分別接至“PWM

48、波形發(fā)生”的“7”和“8”端，直流斬波電路的“10”、“11”端，分別串聯(lián)MEL-03電阻箱(兩組分別并聯(lián)，然后串聯(lián)在一起順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約900)和直流安培表(將量程切換到2A擋)。檢查接線正確后，先接通控制電路的電源（“PWM波形發(fā)生”中的S2。注意：必須先接通控制電路電源），再將“升壓斬波電路”的“6”端和“主電源2”的“1”端相連。改變脈沖占空比D，每改變一次，分別觀察輸出電壓uO波形，記錄PWM信號(hào)占空比D，ui、uO的平均值Ui和UO。(5) 改變負(fù)載R的值，使負(fù)載電流為0.3A，重復(fù)上述(4)的內(nèi)容。(6) 實(shí)驗(yàn)完成后，斷開(kāi)主電路電源，拆除所有導(dǎo)線。五注意事項(xiàng)：(1)“主電

49、路電源2”的實(shí)驗(yàn)輸出電壓為15V，輸出電流為1A，當(dāng)改變負(fù)載電路時(shí)，注意R值不可過(guò)小，否則電流太大，有可能燒毀電源內(nèi)部的熔斷絲。(2) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中先加控制信號(hào)，后加“主電路電源2”。(3) 做升壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意“PWM波形發(fā)生器”的“S1”一定要打在“直流斬波”，如果打在“半橋電源”極易燒毀“主電路電源2”內(nèi)部的熔斷絲。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1分析PWM波形發(fā)生的原理2記錄在某一占空比D下，降壓斬波電路中MOSFET的柵源電壓波形、輸出電壓uO波形、輸出電流iO的波形、并繪制降壓斬波電路的UiUO-D曲線、與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，并討論產(chǎn)生差異的原因。實(shí)驗(yàn)五 單相交直交變頻電路的性能研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜蜗?/p>

50、交直交變頻電路的組成，重點(diǎn)熟悉其中的單相橋式PWM逆變電路中元器件的作用，工作原理，對(duì)單相交直交變頻電路在電阻負(fù)載、電阻電感負(fù)載時(shí)的工作情況及其波形作全面分析，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)量SPWM波形產(chǎn)生過(guò)程中的各點(diǎn)波形。2觀察變頻電路輸出在不同的負(fù)載下的波形。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1電力電子及電氣傳動(dòng)主控制屏。2MCL-16組件。3電阻、電感元件(MEL-03、700mH電感)。4雙蹤示波器。5萬(wàn)用表。四實(shí)驗(yàn)原理單相交直交變頻電路的主電路如圖2-6所示。本實(shí)驗(yàn)中主電路中間直流電壓ud由交流電整流而得，而逆變部分別采用單相橋式PWM逆變電路。逆變電路中功率器件采用600V8A

51、的IGBT單管（含反向二極管，型號(hào)為ITH08C06），IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用美國(guó)國(guó)際整流器公司生產(chǎn)的大規(guī)模MOSFET和IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)集成電路1R2110，控制電路如圖512所示，以單片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038為核心組成，生成兩路PWM信號(hào)，分別用于控制VT1、VT4和VT2、VT3兩對(duì)IGBT。ICL8038僅需很小的外部元件就可以正常工作，用于發(fā)生正弦波、三角波、方波等，頻率范圍0.001到500kHz。五實(shí)驗(yàn)方法1SPWM波形的觀察（1）觀察正弦波發(fā)生電路輸出的正弦信號(hào)Ur波形（“2”端與“地”端），改變正弦波頻率調(diào)節(jié)電位器，測(cè)試其頻率可調(diào)范圍。（2）觀察三角形載波Uc的波形（“

52、1”端與“地”端），測(cè)出其頻率，并觀察Uc和U2的對(duì)應(yīng)關(guān)系：（3）觀察經(jīng)過(guò)三角波和正弦波比較后得到的SPWM波形（“3”端與“地”端），并比較“3”端和“4”端的相位關(guān)系。（4）觀察對(duì)VT1、VT2進(jìn)行控制的SPWM信號(hào)（“5”端與“地”端）和對(duì)VT3、VT4進(jìn)行控制的SPWM信號(hào)(“6”端與“地”端)，仔細(xì)觀察“5”端信號(hào)和“6”端防號(hào)之間的互鎖延遲時(shí)間。2驅(qū)動(dòng)信號(hào)觀察在主電路不接通電源情況下，S3扭子開(kāi)關(guān)打向“OFF”，分別將“SPWM波形發(fā)生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“單相交直交變頻電路”的對(duì)應(yīng)端相連。經(jīng)檢查接線正確后，S3扭子開(kāi)關(guān)打向“ON”，對(duì)比VTI和VT2的驅(qū)

53、動(dòng)信號(hào)，VT3和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，仔細(xì)觀察同一相上、下兩管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形，幅值以及互鎖延遲時(shí)間。3S3扭子開(kāi)關(guān)打向“OFF”，分別將“主電源2”的輸出端“1”和“單相交直交變頻電路”的“1”端相連， “主電源2”的輸出端“2”和“單相交直交變頻電路”的“2”端相連，將“單相交直交變頻電路”的“4”、“5”端分別串聯(lián)MEL-03電阻箱 （將一組900/0.41A并聯(lián)，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約450） 和直流安培表（將量程切換到2A擋）。將經(jīng)檢查無(wú)誤后，S3扭子開(kāi)關(guān)打向“ON”，合上主電源（調(diào)節(jié)負(fù)載電阻阻值使輸出負(fù)載電壓波形達(dá)到最佳值，電阻負(fù)載阻值在90360時(shí)波形最好）。4當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，觀

54、察負(fù)載電壓的波形，記錄其波形、幅值、頻率。在正弦波Ur的頻率可調(diào)范圍內(nèi)，改變Ur的頻率多組，記錄相應(yīng)的負(fù)載電壓、波形、幅值和頻率。5當(dāng)負(fù)載為電阻電感時(shí)，觀察負(fù)載電壓和負(fù)載電流的波形。六注意事項(xiàng)1“輸出端”不允許開(kāi)路，同時(shí)最大電流不允許超過(guò)“1A”。2注意電源要使用“主電源2”的“15V”電壓其他同“直流斬波”電路相同。七實(shí)驗(yàn)報(bào)告1繪制完整的實(shí)驗(yàn)電路原理圖。2電阻負(fù)載時(shí)，列出數(shù)據(jù)和波形，并進(jìn)行討論分析。3電阻電感負(fù)載時(shí)，列出數(shù)據(jù)和波形，并進(jìn)行討論及分析。4分析說(shuō)明實(shí)驗(yàn)電路中的PWM控制是采用同步調(diào)制還是異步調(diào)制。5為使輸出波形盡可能的接近正弦波，可以采取什么措施。6分析正弦波與三角波之間不同的載波比情況下的負(fù)載波形，理解改變載波比對(duì)輸出功率管和輸出波形的影響。實(shí)驗(yàn)六 半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜さ湫烷_(kāi)關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)，元器件和工作原理，要求主要了解以下內(nèi)容。1主電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。2PWM控制電路的原