電力電子技術實驗指導書(廖冬初)

1、電力電子技術實驗指導書(第4版)長江大學電信學院目 錄實驗名稱 實驗1 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路與單相橋式半控整流電路實驗實驗2 單結晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實驗實驗3 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗 實驗4 直流斬波電路實驗 實驗5 電力晶體管(GTR)特性與驅動電路研究 實驗6 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅動電路研究 實驗一 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路與單相橋式半控整流電路實驗一 實驗目的1加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握鋸齒波同步觸發(fā)電路的調試方法。3研究單相橋式半控整流電路在電阻負載，電阻電感性負載及反電勢負載時的工作。4進一步理解可控

2、硅的開關條件，了解續(xù)流二極管在電路中的作用。5掌握雙蹤示波器在電力電子線路實驗中的使用特點與方法。二實驗內容 1鋸齒波同步觸發(fā)電路的調試。2鋸齒波同步觸發(fā)電路各點波形觀察，分析3單相橋式半控整流電路供電給電阻性負載。4單相橋式半控整流電路供電給電阻電感性負載（帶續(xù)流二極管）。5單相橋式半控整流電路供電給反電勢負載（帶續(xù)流二極管）。6單相橋式半控整流電路供電給電阻電感性負載（斷開續(xù)流二極管）三實驗設備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏2MCL18組件（適合MCL）或MCL31組件（適合MCL）3MCL33組件或MCL53組件（適合MCL、）4MCL05組件或MCL05A組件5MEL03三相可調

3、電阻器或自配滑線變阻器。6MEL02三相芯式變壓器。4雙蹤示波器5萬用表四實驗方法 1. 觸發(fā)電路實驗（1）如圖1所示，將MCL-05面板上左上角的同步電壓輸入接MCL18的U、V端（如您選購的產品為MCL、，則同步電壓輸入直接與主控制屏的U、V輸出端相連），“觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。（2）三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節(jié)主控制屏輸出電壓Uuv=220v，并打開MCL05面板右下角的電源開關。用示波器觀察各觀察孔的電壓波形，示波器的地線接于“7”端。以下均同.先將控制電壓Uct (即Ug)調到零，同時觀察“1”、“2”孔的波形，了解鋸齒波寬度和“1”點波形的關系。觀察“3

4、”“5”孔波形及輸出電壓UG1K1的波形，調整電位器RP1，使“3”的鋸齒波剛出現平頂，記下各波形的幅值與寬度，比較“3”孔電壓U 3與U 5的對應關系。36018030U2ttU6 圖1。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 圖2。脈沖移相范圍（3）調節(jié)脈沖移相范圍將MCL18的“G”輸出電壓調至0V，即將控制電壓Uct調至零，用示波器觀察U2電壓（即“2”孔）及U5的波形，調節(jié)偏移電壓Ub（即調電位器RP2），使a=180O，其波形如圖2所示。調節(jié)MCL18的給定電位器“Ug”輸出電壓，增加Uct，觀察脈沖的移動情況，要求Uct=0時，a=180O，Uct=Umax時，a=30O，以滿足移相范圍a=30

5、O180O的要求。（4）調節(jié)Uct，使a=60O，觀察并記錄U1U5及輸出脈沖電壓UG1K1，UG2K2的波形，并標出其幅值與寬度。（5）用導線連接“K1”和“K3”端，接雙蹤示波器地線。用雙蹤示波器觀察“G 1”和“G 3”的波形，調節(jié)電位器RP3，使“G 1”和“G 3”間隔1800。（6）將MCL05（或MCL05A，以下均同）面板左上角的同步電壓輸入接MCL18的U、V輸出端， “觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。實驗原理圖如圖3所示。圖3。實驗原理圖三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節(jié)主控制屏輸出電壓Uuv=220v，并打開MCL05面板右下角的電源開關。觀察MCL05鋸齒波

6、觸發(fā)電路中各點波形是否正確，確定其輸出脈沖可調的移相范圍。并調節(jié)偏移電阻RP2，使Uct=0時，=150。注意觀察波形時，須斷開MEL-02和MCL-33（或MCL53組件）的連接線。2單相橋式晶閘管半控整流電路供電給電阻性負載： 按圖4連接MEL-02和MCL-33（或MCL53組件）。（a）把開關S2合向左側連上負載電阻Rd（可選擇900電阻并聯，最大電流為0.8A），并調節(jié)電阻負載至最大。MCL-18（或MCL型主控制屏，以下均同）的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源，調節(jié)主控制屏輸出Uuv=220V。調節(jié)MCL-18的給定電位器RP1，使

7、=90，測取此時整流電路的輸出電壓Ud=f（t），輸出電流id=f（t）以及晶閘管端電壓UVT=f（t）波形，并測定交流輸入電壓U2、整流輸出電壓Ud，驗證。若輸出電壓的波形不對稱，可分別調整鋸齒波觸發(fā)電路中RP1，RP3電位器。（b）采用類似方法，分別測取=60，=30時的Ud、id、Uvt波形。3單相橋式半控整流電路供電給電阻電感性負載（a）把開關S1合向左側接上續(xù)流二極管，把開關S2合向右側接上平波電抗器，短接直流電動機電樞繞組A1A2。MCL-18的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。三相調壓器逆時針調到底，合上主電源，調節(jié)主控制屏輸出使Uuv=220V。（b）調節(jié)Uct，使=

8、90，測取輸出電壓Ud=f（t），電感上的電流iL=f（t），整流電路輸出電流id=f（t）以及續(xù)流二極管電流iVD=f（t）波形，并分析三者的關系。調節(jié)電阻Rd，觀察id波形如何變化，注意防止過流。（c）調節(jié)Uct，使分別等于60、90時，測取Ud，iL，id，iVD波形。（d）斷開續(xù)流二極管，觀察Ud=f（t），id=f（t）。突然切斷觸發(fā)電路，觀察失控現象并記錄Ud波形。若不發(fā)生失控現象，可調節(jié)電阻Rd。4單相橋式半控整流電路接反電勢負載(1).斷開主電路，改接直流電動機作為反電勢負載（斷開直流電動機電樞繞組A1A2的短接線。）短接平波電抗器，短接負載電阻Rd。MCL-18的給定電位器R

9、P1逆時針調到底，使Uct=0。，合上主電源，調節(jié)主控制屏輸出使Uuv=220V。調節(jié)Uct ，用示波器觀察并記錄不同a角時輸出電壓Ud、電流id及電動機電樞兩端電壓uM的波形，記錄相應的U2和Ud的波形。（可測取=60，90兩點）。2).斷開平波電抗器的短接線，接上平波電抗器（L=700mH），重復以上實驗并加以記錄。五實驗報告1整理，描繪實驗中記錄的各點波形，并標出幅值與寬度。2總結鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調試方法，移相范圍的大小與哪些參數有關？3如果要求Uct=0時，a=90O，應如何調整？4討論分析實際移相范圍能否從a=0O 調起及其它實驗現象。5繪出單相橋式半控整流電路供電給電阻

10、負載，電阻電感性負載以及反電勢負載情況下，當=90時的Ud、id、UVT、iVD等波形圖并加以分析。6作出實驗整流電路的輸入輸出特性Ud=f（Uct），觸發(fā)電路特性Uct=f（）及Ud/U2=f（）曲線。7分析續(xù)流二極管作用及電感量大小對負載電流的影響。六注意事項1雙蹤示波器有兩個探頭，可以同時測量兩個信號，但這兩個探頭的地線都與示波器的外殼相連接，所以兩個探頭的地線不能同時接在某一電路的不同兩點上，否則將使這兩點通過示波器發(fā)生電氣短路。為此，在實驗中可將其中一根探頭的地線取下或外包以絕緣，只使用其中一根地線。當需要同時觀察兩個信號時，必須在電路上找到這兩個被測信號的公共點，將探頭的地線接上，

11、兩個探頭各接至信號處，即能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不致發(fā)生意外。2為保護整流元件不受損壞，需注意實驗步驟：（1）在主電路不接通電源時，調試觸發(fā)電路，使之正常工作。（2）在控制電壓Uct=0時，接通主電路電源，然后逐漸加大Uct，使整流電路投入工作。（3）正確選擇負載電阻或電感，須注意防止過流。在不能確定的情況下，盡可能選擇較大的電阻或電感，然后根據電流值來調整。（4）晶閘管具有一定的維持電流IH，只有流過晶閘管的電流大于IH，晶閘管才可靠導通。實驗中，若負載電流太小，可能出現晶閘管時通時斷，所以實驗中，應保持負載電流不小于100mA。七思考1 在可控整流電路中，續(xù)流二極管VD起什么作用

12、？在什么情況下需要接入？2 能否用雙蹤示波器同時觀察觸發(fā)電路與整流電路的波形？3 敘述可控硅的導通和關斷的過程31圖4。單相橋式半控整流實驗二 單結晶體管觸發(fā)電路及單相半波可控整流電路實驗一實驗目的1熟悉單結晶體管觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。2掌握單結晶體管觸發(fā)電路的調試步驟和方法。3對單相半波可控整流電路在電阻負載及電阻電感負載時工作情況作全面分析。4了解續(xù)流二極管的作用。二實驗內容1單結晶體管觸發(fā)電路的調試。2單結晶體管觸發(fā)電路各點波形的觀察。3單相半波整流電路帶電阻性負載時特性的測定。4單相半波整流電路帶電阻電感性負載時，續(xù)流二極管作用的觀察。三實驗線路及原理將單結晶體管觸發(fā)電路的

13、輸出端“G”“K”端接至晶閘管VT1的門陰極，即可構成如圖4-1所示的實驗線路。四實驗設備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏2MCL18組件（適合MCL）或MCL31組件（適合MCL）3MCL33（A）組件或MCL53組件（適合MCL、）4MCL05組件或MCL05A組件5MEL03三相可調電阻器或自配滑線變阻器6二蹤示波器7萬用表五注意事項1雙蹤示波器有兩個探頭，可以同時測量兩個信號，但這兩個探頭的地線都與示波器的外殼相連接，所以兩個探頭的地線不能同時接在某一電路的不同兩點上，否則將使這兩點通過示波器發(fā)生電氣短路。為此，在實驗中可將其中一根探頭的地線取下或外包以絕緣，只使用其中一根地線。當

14、需要同時觀察兩個信號時，必須在電路上找到這兩個被測信號的公共點，將探頭的地線接上，兩個探頭各接至信號處，即能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不致發(fā)生意外。2為保護整流元件不受損壞，需注意實驗步驟：（1）在主電路不接通電源時，調試觸發(fā)電路，使之正常工作。（2）在控制電壓Uct=0時，接通主電路電源，然后逐漸加大Uct，使整流電路投入工作。（3）正確選擇負載電阻或電感，須注意防止過流。在不能確定的情況下，盡可能選擇較大的電阻或電感，然后根據電流值來調整。（4）晶閘管具有一定的維持電流IH，只有流過晶閘管的電流大于IH，晶閘管才可靠導通。實驗中，若負載電流太小，可能出現晶閘管時通時斷，所以實驗中，應

15、保持負載電流不小于100mA。（5）本實驗中，因用MCL05組件中單結晶觸發(fā)電路控制晶閘管，注意須斷開MCL33（MCL53組件)的內部觸發(fā)脈沖。六實驗方法1單結晶體管觸發(fā)電路調試及各點波形的觀察將MCL05（或MCL05A，以下均同）面板左上角的同步電壓輸入接MCL18的U、V輸出端（如您選購的產品為MCL、，則同步電壓輸入直接與主控制屏的U、V輸出端相連），“觸發(fā)電路選擇”撥至“單結晶”。按照實驗接線圖正確接線，但由單結晶體管觸發(fā)電路連至晶閘管VT1的脈沖UGK不接（將MCL05面板中G、K接線端懸空），而將觸發(fā)電路“2”端與脈沖輸出“K”端相連，以便觀察脈沖的移相范圍。三相調壓器逆時針調

16、到底，合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出，大小通過三相調壓器調節(jié)。本實驗中，調節(jié)Uuv=220V，這時候MCL05內部的同步變壓器原邊接有220V，原邊輸出分別為60V（單結晶觸發(fā)電路）、30V（正弦波觸發(fā)電路）、7V（鋸齒波觸發(fā)電路），通過直鍵開關選擇。注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。以下均同合上MCL05面板的右下角船形開關，用示波器觀察觸發(fā)電路單相半波整流輸出（“1”），梯形電壓（“3”），鋸齒波電壓（“4”）及單結晶體管輸出電壓（“5”、“6”）和脈沖輸出（“G”、“K”）等波形。調節(jié)移相可調電位器RP，觀察

17、輸出脈沖的移相范圍能否在30180范圍內移。注：由于在以上操作中，脈沖輸出未接晶閘管的控制極和陰極，所以在用示波器觀察觸發(fā)電路各點波形時，特別是觀察脈沖的移相范圍時，可用導線把觸發(fā)電路的地端（“2”）和脈沖輸出“K”端相連。但一旦脈沖輸出接至晶閘管，則不可把觸發(fā)電路和脈沖輸出相連，否則造成短路事故，燒毀觸發(fā)電路。采用正弦波觸發(fā)電路、鋸齒波觸發(fā)電路或其它觸發(fā)電路，同樣需要注意，謹慎操作。2單相半波可控整流電路帶電阻性負載斷開觸發(fā)電路“2”端與脈沖輸出“K”端的連接，“G”、“K”分別接至MCL33（或MCL53）的VT1晶閘管的控制極和陰極，注意不可接錯。負載Rd接可調電阻（可把MEL03的90

18、0電阻盤并聯，即最大電阻為450，電流達0.8A），并調至阻值最大。合上主電源，調節(jié)主控制屏輸出電壓至Uuv=220V，調節(jié)脈沖移相電位器RP，分別用示波器觀察a=30、60、90、120時負載電壓Ud，晶閘管VT1的陽極、陰極電壓波形UVt。并測定Ud及電源電壓U2，驗證 U2,ud306090120UdU23單相半波可控整流電路帶電阻電感性負載，無續(xù)流二極管串入平波電抗器，在不同阻抗角（改變Rd數值）情況下，觀察并記錄a=30O、60O、90O、120O時的Ud、id及Uvt的波形。注意調節(jié)Rd時，需要監(jiān)視負載電流，防止電流超過Rd允許的最大電流及晶閘管允許的額定電流。4單相半波可控整流電

19、路帶電阻，電感性負載，有續(xù)流二極管。接入續(xù)流二極管，重復“3”的實驗步驟。七實驗內容1畫出觸發(fā)電路在=90時的各點波形。2畫出電阻性負載，=90時，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。3分別畫出電阻、電感性負載，當電阻較大和較小時，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t）的波形（=90）。4畫出電阻性負載時Ud/U2=f（a）曲線，并與進行比較。5分析續(xù)流二極管的作用。八思考1本實驗中能否用雙蹤示波器同時觀察觸發(fā)電路與整流電路的波形？為什么？2為何要觀察觸發(fā)電路第一個輸出脈沖的位置？3本實驗電路中如何考慮觸發(fā)電路與整流電路的同步問題？實驗三 三相橋式全控整流及有源逆變

20、電路實驗一實驗目的1熟悉MCL-18, MCL-33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)器的調整方法及各點波形。二實驗內容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，模擬電路故障現象時的波形。三實驗線路及原理實驗原理圖如圖1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)電路為數字集成電路，可輸出經高頻調制后的雙窄脈沖鏈。三相橋式整流及有源逆變電路的工作原理可參見“電力電子技術”的有關教材。 圖1。實驗原理圖四實驗設備及儀器1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合

21、MCL）。3MCL33（A）組件或MCL53組件（適合MCL、）4MEL-03可調電阻器（或滑線變阻器1.8K, 0.65A）5MEL-02芯式變壓器6二蹤示波器7萬用表五實驗方法1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）打開MCL-18電源開關，給定電壓有電壓顯示。（2）用示波器觀察MCL-33（或MCL-53，以下同）的雙脈沖觀察孔“1”至“6”，應有間隔均勻，相互間隔60o的幅度相同的雙脈沖。該信號與15V電源共地。（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600，則相序正確，否則，應調整輸入電源。（4）用示波器觀察每只晶閘管的

22、控制極，陰極，應有幅度為1V2V的脈沖。注：將面板上的Ublf（當三相橋式全控變流電路使用I組橋晶閘管VT1VT6時）接地，將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個開關均撥到“接通”。（5）將給定器輸出Ug接至MCL-33面板的Uct端，調節(jié)偏移電壓Ub，在Uct=0時，使a=150o。方法是，將同步電壓“U”接入示波器第一通道，雙脈沖觀察孔“1” 接入示波器第二通道，地線接15V電源地，調節(jié)偏移電壓Ub，使觀察孔“1”第一個脈沖落后“U”相正弦波180o。偏移電壓Ub即調好，此后不再調偏移電壓Ub。 （6）調a=90o。方法是調節(jié)給定器輸出Ug使觀察孔“1”第一個脈沖落后“U”相正弦波120o。2三相橋式全

23、控整流電路 按圖接線，S撥向左邊短接線端，將Rd調至最大(450W)。三相調壓器逆時針調到底，合上主電源，調節(jié)主控制屏輸出電壓Uuv、Uvw、Uwu，從0V調至220V。注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。以下均同調節(jié)Uct，使a在30o90o范圍內，用示波器觀察記錄a=30O、60O、90O時，整流電壓ud=f（t），晶閘管兩端電壓uVT=f（t）的波形，并記錄相應的Ud和交流輸入電壓U2數值。3三相橋式有源逆變電路斷開電源開關后，將S撥向右邊的不控整流橋，調節(jié)Uct，使a仍為150O左右。三相調壓器逆時針調到底，合上主電源，調節(jié)主控制屏輸出電壓Uuv、Uvw、Uwu

24、，從0V調至220V合上電源開關。調節(jié)Uct，觀察a=90O、120O、150O時, 電路中ud、uVT的波形，并記錄相應的Ud、U2數值。4電路模擬故障現象觀察。在整流狀態(tài)時，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導通，觀察并記錄此時的ud波形。說明：如果采用的組件為MCL53或MCL33（A），則觸發(fā)電路是KJ004集成電路，具體應用可參考相關教材。六實驗報告1畫出電路的移相特性Ud=f(a)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，a角為30O、60O、90O時的ud、uVT波形4畫出三相橋式有源逆變電路時，角為150O、1

25、20O、90O 時的ud、uVT波形4 簡單分析模擬故障現象圖2。三相橋式全控整流及有源逆變實驗四 直流斬波電路研究一實驗目的1掌握直流斬波BuckBoost變換器的工作原理、特點與電路組成。2熟悉直流斬波BuckBoost變換器連續(xù)與不連續(xù)工作模式的工作波形圖。3掌握直流斬波BuckBoost變換器的調試方法。二實驗內容1連接實驗線路，構成一個實用的直流斬波BuckBoost變換器。2調節(jié)占空比，測出電感電流iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時的占空比D，并與理論值相比較。3將電感L增大一倍，測出iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時的占空比D，并與理論值相比較。4測出連續(xù)與不連續(xù)工作狀態(tài)時的Vbe、Vc

26、e、VD、VL、iL、iC、iD等波形。5測出直流電壓增益M=VO/VS與占空比D的函數關系。6測試輸入、輸出濾波環(huán)節(jié)分別對輸入電流iS與輸出電流iO影響。三實驗線路見圖55。四實驗設備和儀器1MCL-08直流斬波及開關電源實驗掛箱2萬用表3雙蹤示波器五實驗方法1檢查PWM信號發(fā)生器與驅動電路工作是否正常連接有關線路，觀察信號發(fā)生器輸出與驅動電路的輸出波形是否正常，如有異常現象，則先設法排除故障。2電感L=1.6mH，電感電流iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時的占空比D測試將“16”與“18”、“21”與“4”、“22”與“5”、“19”與“6”、“1”與“4”、“9”與“12”相連，即按照以下表

27、格連線。 16 1821422519614912合上開關S1與S2、S3、S4，用示波器觀察“7”與“13”（即iL）之間波形，然后調節(jié)RP1使iL處于連續(xù)與不連續(xù)的臨界狀態(tài)，記錄這時候的占空比D與工作周期T。3L=1.6mH，測出處于連續(xù)與不連續(xù)臨界工作狀態(tài)時的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形調節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界工作狀態(tài)，用示波器測出GTR基-射極電壓Vbe與集-射極電壓Vce；二極管VD陰極與陽極之間電壓VD；電感L3兩端電壓VL；電感電流iL；三極管集電極電流iC以及二極管電流iD等波形。4L=1.6mH,測出連續(xù)工作狀態(tài)時的Vbe、Vce、VD、iL、iC

28、、iD等波形調節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)工作狀態(tài)，用雙蹤示波器觀察上述波形。5L=1.6mH,測出不連續(xù)工作狀態(tài)時的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形調節(jié)RP1，使iL處于不連續(xù)工作狀態(tài)，用雙蹤示波器觀察上述波形。6L=1.6mH，iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時的占空比D測試將開關S2斷開，觀察iL波形，調節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)與不連續(xù)的臨界狀態(tài)，記錄這時候的占空比D與工作周期T。7L=3.2mH，測出連續(xù)工作狀態(tài)時的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形調節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)工作狀態(tài)，測試方法同前。8L=3.2mH，測出不連續(xù)工作狀態(tài)時的Vbe、Vce、VD、iL、iC、

29、iD等波形9測出M=VO/VS與占空比D的函數關系（1）L=1.6mH，占空比D 從最小到最大范圍內，測試56個D數據，以及與此對應的輸出電壓VO。DVo（V）（2）L=3.2mH，測試方法同上。DVo（V）9輸入濾波器功能測試有與沒有輸入濾波器時，電源電流（即1514兩端）波形測試。10輸出濾波器功能測試有與沒有輸出濾波器時，輸出電流紋波測試。五實驗報告1分別在L=1.6mH與3.2mH條件下,列出iL連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時的占空比D,并與理論值相比較。理論上iL連續(xù)與斷續(xù)的臨界條件為LC=（1-D）2/2，式中LC=L/RT為連續(xù)與斷續(xù)臨界狀態(tài)時的臨界時間常數，負載電阻R=300，工作周期

30、T按實測數據。2畫出不同L，連續(xù)與斷續(xù)時的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形，并與理論上的正確波形相比較。3根據不同的L值，按所測的D，VO值計算出M值，列出表格，并畫出曲線。連續(xù)工作狀態(tài)時的直流電壓增益表達式為M=D/（1-D），請在同一圖上畫出該曲線，并在圖上注明連續(xù)工作與斷續(xù)工作區(qū)間。4試對Buck-Boost變換器的優(yōu)缺點作一評述。5試說明輸入、輸出濾波器在該變換中起何作用？6實驗的收獲、體會與改進意見。六思考題試分析連續(xù)工作狀態(tài)時，輸出電壓VO由哪個參數決定？當斷續(xù)工作狀態(tài)時，VO又由哪些參數決定？實驗五 電力晶體管(GTR)特性與驅動電路研究一實驗目的1掌握GTR對基極驅

31、動電路的要求2掌握一個實用驅動電路的工作原理與調試方法3熟悉(GTR)的開關特性與二極管的反向恢復特性及其測試方法5 掌握GTR緩沖電路的工作原理與參數設計要求二實驗內容1連接實驗線路組成一個實用驅動電路2PWM波形發(fā)生器頻率與占空比測試3光耦合器輸入、輸出延時時間與電流傳輸比測試4貝克箝位電路性能測試5過流保護電路性能測試6不同負載時的GTR開關特性測試。7不同基極電流時的開關特性測試。8有與沒有基極反壓時的開關過程比較。9并聯沖電路性能測試。10串聯沖電路性能測試。11二極管的反向恢復特性測試。三實驗線路見圖51 四實驗設備和儀器1MCL-07電力電子實驗箱2雙蹤示波器3萬用表6 教學實驗

32、臺主控制屏五實驗方法1檢查面板上所有開關是否均置于斷開位置2PWM波形發(fā)生器頻率與占空比測試（1）開關S1、S2打向“通”，將脈沖占空比調節(jié)電位器RP順時針旋到底，用示波器觀察1和2點間的PWM波形，即可測量脈沖寬度、幅度與脈沖周期，并計算出頻率f與占空比D，填入表51。表51幅度（Vp-p）寬度（ms）周期（ms）頻率f（kHz）占空比DS2：通RP：右旋S2：通RP：左旋S2：斷RP：右旋S2：斷RP：左旋（2）將電位器RP左旋到底，測出f與D，填入表51。（3）將開關S2打向“斷”，測出這時的f與D，填入表51。（4）電位器RP順時針旋到底，測出這時的f與D，填入表51（5）將S2打在“

33、斷”位置，然后調節(jié)RP，使占空比D=0.2左右。3光耦合器特性測試（1）輸入電阻為R1=1.6KW時的開門，關門延時時間測試a將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的“3”與“5”，“9”與“7”及“6”與“11”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：5GTR：9GTR：7GTR：6GTR：11bGTR單元的開關S1合向“ ”，用雙蹤示波器觀察輸入“1”與“6”及輸出“7”與“11”之間波形，記錄開門時間ton（含延遲時間td和下降時間tf）以及關門時間toff（含儲存時間ts和上升

34、時間tr），填入表52。表52 R=1.6ktdtftontstrtoff（2）輸入電阻為R2=150W時的開門，關門延時時間測試將GTR單元的“3”與“5”斷開，并連接“4”與“5”， 調節(jié)電位器RP順時針旋到底（使RP短接），其余同上，記錄開門、關門時間，填入表53。表53 R=150tdtftontstrtoff（3）輸入加速電容對開門、關門延時時間影響的測試斷開GTR單元的“4”和“5”，將“2”、“3”與“5”相連，即可測出具有加速電容時的開門、關門時間，填入表54。表54 接有加速電容tdtftontstrtoff（4）輸入、輸出電流傳輸比(CTR)測定電流傳輸比定義為CTR=輸出

35、電流/輸入電流GTR單元的開關S1合向“5V”，S2打向“通”，連接GTR的“6”和PWM波形發(fā)生器的“2”，分別在GTR單元的“4”和“5”以及“9”與“7”之間串入直流毫安表，電位器RP左旋到底，測量光耦輸入電流Iin、輸出電流Iout。改變RP(逐漸右旋)，分別測量5-6組光耦輸入，輸出電流，填入表55。表55 輸入、輸出電流傳輸比(CTR)測定Iin（mA）Iout（mA）CTR4驅動電路輸入，輸出延時時間測試GTR單元的開關S1合向“ ”， 將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的“3”與“5”，“9”與“7”及“6”與“

36、11”、“8”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：5GTR：9GTR：7GTR：6GTR：11 GTR：8用雙蹤示波器觀察GTR單元輸入“1”與“6”及驅動電路輸出“14”與“11”之間波形，記錄驅動電路的輸入，輸出延時時間。td=5貝克箝位電路性能測試（1）不加貝克箝位電路時的GTR存貯時間測試。GTR單元的開關S1合向“ ”， 將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的”2“、“3”與“5”，“9”與“7”，“14”與“19”，“29”與“21”，以及GTR單元的“8”、“11”

37、、“18”與主回路的“4”，GTR單元的“22”與主回路的“1”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：2GTR：5GTR：9GTR：7GTR：8GTR：11 GTR：18主回路：4GTR：14GTR：19GTR：29GTR：21GTR：22主回路：1用雙蹤示波器觀察基極驅動信號ub（“19”與“18”之間）及集電極電流ic（“22”與“18”之間）波形，記錄存貯時間ts。ts=（2）加上貝克箝位電路后的GTR存貯時間測試在上述條件下，將20與14相連，觀察與記錄ts的變化。ts=6過流保護性能測試在實驗5接線的基礎上接入過流保護電路，即斷開“8

38、”與“11”的連接，將“36”與“21”、“37”與“8”相連，開關S3放在“斷”位置。用示波器觀察“19”與“18”及“21”與“18”之間波形，將S3合向“通”位置，(即減小比較器的比較電壓，以此來模擬采樣電阻R8兩端電壓的增大)，此時過流指示燈亮，并封鎖驅動信號。將S3放到斷開位置，按復位按鈕，過流指示燈滅，即可繼續(xù)進行試驗。7不同負載時GTR開關特性測試（1）電阻負載時的開關特性測試GTR單元的開關S1合向“ ”， 將GTR單元的輸入“1”與“6”分別與PWM波形發(fā)生器的輸出“1”與“2”相連，再分別連接GTR單元的 “3”與“5”，“9”與“7”，“15”、“16”與“19”，“29

39、”與“21”，以及GTR單元的“8”、“11”、“18”與主回路的“4”， GTR單元的“22”與主回路的“1”，即按照以下表格的說明連線。GTR ：1PWM：1GTR：6PWM：2GTR：3GTR：5 GTR：9GTR：7GTR：8GTR：11 GTR：18 主回路：4GTR：15GTR：16GTR：19GTR：29GTR：21GTR：22主回路：1用示波器觀察，基極驅動信號ib（“19”與“18”之間）及集電極電流ic（“21”與“18”之間）波形，記錄開通時間ton，存貯時間ts、下降時間tf。ton= us，ts= us，tf= us（2）電阻、電感性負載時的開關特性測試 除了將主回器

40、部分由電阻負載改為電阻、電感性負載以外（即將“1”與“22”斷開而將“2”與“22”相連)，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts= us，tf= us8不同基極電流時的開關特性測試（1）基極電流較小時的開關過程 斷開GTR單元“16”與“19”的連接，將基極回路的“15”與“19”相連，主回路的“1”與GTR單元的“22”相連，其余接線同上，測量并記錄基極驅動信號ib（“19”與“18”之間）及集電極電流ic（“21”與“18”之間）波形，記錄開通時間ton，存貯時間ts、下降時間tf。ton= us，ts= us，tf= us （2）基極電流較大時的開關過程將GTR單元的“15”與“

41、19”的連線斷開，再將“14”與“19”相連，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts= us，tf= us9有與沒有基極反壓時的開關過程比較（1）沒有基極反壓時的開關過程測試-與上述2（2）測試方法相同。（2）有基極反壓時的開關過程測試a將GTR單元的“18”與“11”斷開，并將“18”與“17”以及“12”與“11”相連，其余接線與測試方法同上。ton= us，ts= us，tf= usb將GTR單元的“18”與“17”，“12”與“11”，“14”與“19”斷開，將“15”、“16”與“19”、“18”與“11”相連，這時的基極反壓系由電容C3兩端電壓產生，其余接線與測試方法同上。t

42、on= us，ts= us，tf= us10并聯緩沖電路性能測試，基極電阻用R6，加貝克箝位電路(1)、電阻負載（將主回路1與22相連）時，不同并聯緩沖電路參數時的性能測試a大電阻、小電容時的緩沖特性將GTR單元的“26”、“27”與“31”相連，“32”與“18”相連，其余接線同上，測量并描繪“21”與“18”及“22”與“18”之間波形(包括GTR導通與關斷時的波形，下同)。b大電阻、大電容時的緩沖特性斷開GTR單元的“26”、“27”與“31”的相連，將“26”、“27”與“30”相連，測量并描繪“21”與“18”及“22”與“18”之間波形。c小電阻大電容時的緩沖特性斷開GTR單元的“

43、26”、“27”與“30”的相連，將“26”、“28”與“30”相連，測試方法同上。d小電阻大電容時的緩沖特性斷開GTR單元的“26”、“28”與“30”的相連，將“26”、“28”與“31”相連，測試方法同上。 (2)、電阻、電感負載（主回路2與22相連）時，不同并聯緩沖電路參數時的性能測試a無并聯緩沖時測量“21”與“18”及“22”與“18”之間波形。B、加上并聯緩沖，即將“26”、“28”與“30”相連，測量“21”與“18”及“22”與“18” 之間波形。11串聯緩沖電路性能（1）較大串聯電感時的緩沖特性將主回路的“1”與GTR單元的“23”相連，“25”與“22”相連，其余接線同上

44、，測量“21”與“18”及“22”與“18”之間波形。（2）較小串聯電感時的緩沖特性將GTR單元的“25”與“22”斷開，將“24”與“22”相連，其余接線與測試方法同上。12二極管的反向恢復特性測試（1）快恢復二極管的恢復特性測試將主回路的“1”與GTR單元的“22”相連，“26”與“34”，“33” 、“27”與“30”相連，其余接線同上 。觀察電阻R11兩端的波形。測試條件：調節(jié)PWM波形發(fā)生器的RP，脈沖的占空比足夠大，使GTR的關斷時間比集-射極電壓UCe(即UC4)上升到穩(wěn)態(tài)值的時間短，這樣，在GTR關斷過程中通過二極管對C4的充電電流還未結束時，GTR又一次導通，這時即可在采樣電

45、阻R11(為1)兩端觀察到反向恢復過程。（2）普通二極管的恢復特性測試斷開GTR單元的“26”、“34”的相連，將“35”與“22” ，“33”、“27” 與“30”相連,其余接線與測試方法同上。六實驗報告1畫出PWM波形，列出PWM波形發(fā)生器S2在“通”與“斷”位置時的頻率f與最大，最小占空比。2畫出光耦合器在不同輸入電阻及帶有加速電容時的輸入、輸出延時時間曲線，探討能縮短開門、關門延時時間的方法。3列出光耦輸入、輸出電流，并畫出電流傳輸比曲線。4列出有與沒有貝克箝位電路時的GTR存貯時間ts，并說明使用貝克箝位電路能縮短存貯時間ts的物理原因以及對貝克箝位二極管V1的參數選擇要求。7 試說

46、明過流保護電路的工作原理。7繪出電阻負載與電阻、電感負載時的GTR開關波形，并在圖上標出ton、tS與tf，并分析不同負載時開關波形的差異。8繪出不同基極電流時的開關波形并在圖上標出ton、tS與tf，并分析理想基極電流的形狀，探討獲得理想基極電流形的方法。9繪出有與沒有基極反壓時的開關波形，分析及其對關斷過程的影響。試分析實驗中所采用的兩種基極反壓方案的優(yōu)缺點，你能否設計另一種獲得反壓的方案。10繪出不同負載，不同并聯緩沖電路參數時的開關波形，對不同波形的形狀從理論上加以說明。11試分析串并聯緩沖電路對GTR開關損耗的影響。12繪出二極管的反向恢復特性曲線，并估算出反向恢復峰值電流值(電源電

47、壓為15V，R11=1)，試說明二極管V2、V3應選用具有何種恢復特性的二極管。13實驗的收獲，體會與改進意見。七思考題1波形發(fā)生器中R1=160，RP=1k，R2=3k，C1=0.022uF，C2=0.22uF，試對所測的f、Dmax、Dmin與理論值作一比較，能否分析一下兩者相差的原因？2實驗中的光耦為TLP521，試對實測的開門、關門延時時間與該器件的典型延時時間作一比較，能否分析一下兩者相差的原因。3試比較波形發(fā)生器輸出與驅動電路輸出處的脈沖占空比，并分析兩者相差的原因，你能否提出一種縮小兩者差異的電路方案。4根據實測的光耦電流傳輸比以及盡量短的開關門延時時間，請對C1、R1及R3等參

48、數作出選擇。5試說明如何正確選用并聯緩沖電阻與電容，當GTR的最小導通時間已知為ton(min)時，你能否列出選擇R、C應滿足的條件？6GTR的開關特性是指開通與關斷過程中集電極電流與基極電流之間的相互變化關系，但因基極電流與集電極電流之間無共地點，因此無法用雙蹤示波器同時測試。實驗中用基極電壓來代替基極電流，試分析這種測試方法的優(yōu)缺點，你能否設計出更好的測試方法?實驗六 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅動電路研究一實驗目的1熟悉IGBT主要參數與開關特性的測試方法。2掌握混合集成驅動電路EXB840的工作原理與調試方法。二實驗內容1IGBT主要參數測試。2EXB840性能測試。3IGB

49、T開關特性測試。4過流保護性能測試。三實驗設備和儀器1MCL-07電力電子實驗箱中的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系列教學實驗臺主控制屏四實驗線路見圖53五實驗方法1IGBT主要參數測試（1）開啟閥值電壓VGS（th）測試在主回路的“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，邊旋轉邊監(jiān)視毫安表，當漏極電流ID=1mA時的柵源電壓值即為開啟閥值電壓VGS（th）。讀取67組ID、Vgs

50、，其中ID=1mA必測，填入表58。表58ID（mA）1Vgs（V） （2）跨導gFS測試在主回路的“2”端與IGBT的“18”端串入安培表，將RP左旋到底，其余接線同上。將RP逐漸向右旋轉，讀取ID與對應的VGS值，測量5-6組數據，填入表59。表59ID（mA）1Vgs（V）（3）導通電阻RDS測試將電壓表接入“18”與“17”兩端，其余同上，從小到大改變VGS，讀取ID與對應的漏源電壓VDS，測量5-6組數據，填入表510。表510ID（mA）1Vgs（V）2EXB840性能測試（1）輸入輸出延時時間測試IGBT部分的“1”與“13”分別與PWM波形發(fā)生部分的“1”與“2”相連，再將IGBT部分的“10”與“13”、與門輸入“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，記錄開通與關斷延時時間。ton= ，t