武漢工程大學電力電子技術(shù)試驗分析報告

1、武漢工程大學電力電子技術(shù)實 驗報告作者:日期:我i嘍N宛2尊電力電子技術(shù)實驗報告專業(yè)班級學 號學生姓名指導(dǎo)教師學院名稱電氣自動化2011級02班2011700023胡衛(wèi)兵電氣信息學院完成日期： 2013 年1月2日實驗一 電力晶體管(GTR)驅(qū)動電路研究1 掌握GTR寸基極驅(qū)動電路的要求2 掌握一個實用驅(qū)動電路的工作原理與調(diào)試方法1 連接實驗線路組成一個實用驅(qū)動電路2. PW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三. 實驗線路四. 實驗設(shè)備和儀器1. MCL-07電力電子實驗箱2. 雙蹤示波器3. 萬用表4

2、. 教學實驗臺主控制屏五. 實驗方法1. 檢查面板上所有開關(guān)是否均置于斷開位置2. PW波形發(fā)生器頻率與占空比測試(1) 開關(guān)S1、S2打向“通”，將脈沖占空比調(diào)節(jié)電位器 RP順時針旋到底，用示波器觀察1和2點間的PW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當S2通, RP右旋時:RP右旋時:當S2通, RF左旋時:0L理亦.當S2斷, RF左旋時:(2) 將電位器RF左旋到底，測出f與D。(3) 將開關(guān)S2打向“斷”，測出這時的f與Db(4) 電位器RP順時針旋到底，測出這時的f與Db(5) 將S2打在“斷”位置，然后調(diào)節(jié) RP使占空比D=0.2左右3 光耦合器特性測

3、試(1) 輸入電阻為時的開門，關(guān)門延時時間測試a 將GTF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 : 1GTk： 6GTR：3GTR： 63aPWM： 1PWM： 2GTR：5GTR： 7GTR： 11b.GT單元的開關(guān)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(guān)門 時間toff (含儲存時間ts和上升時間tr )對應(yīng)的圖為:(2) 輸入電

4、阻為時的開門，關(guān)門延時時間測試將GT單元的“3”與“5”斷開，并連接“ 4”與“ 5”，調(diào)節(jié)電位器R刊順時針旋 到底(使RF短接)，其余同上，記錄開門、關(guān)門時間。（3）輸入加速電容對開門、關(guān)門延時時間影響的測試斷開GT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(guān)門時間。對應(yīng)的圖為:（4）輸入、輸出電流傳輸比（CTR）測定電流傳輸比定義為CTR輸出電流/輸入電流GT單元的開關(guān)S1合向“ 5V', S2打向“通”，連接GTR勺“ 6”和PW波形發(fā)生器 的“ 2”，分別在GT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

5、到底，測量光耦輸入電流lin、輸出電流lout。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5 5。4 驅(qū)動電路輸入，輸出延時時間測試GT單元的開關(guān)S1合向“”，將GT單元的輸入“ 1”與“6”分別與PW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”、“ 8”，即按照以下表格的說明連線。GTR I 1GTRj 6GTR： 3 JGTR： 9JGTR： 65PWM： 1PWNG 2GTR： 5GTR： 7GTR： 11 aGTR： 8用雙蹤示波器觀察GT單元輸入“ 1”與“6”及驅(qū)動電路輸出“14”與“

6、11 ”之 間波形，記錄驅(qū)動電路的輸入，輸出延時時間。nn對應(yīng)的圖為:5 貝克箝位電路性能測試（1）不加貝克箝位電路時的GT存貯時間測試。GT單元的開關(guān)S1合向“”，將GT單元的輸入“ 1”與“6”分別與PW波形發(fā)生 器的輸出“ 1”與“2”相連，再分別連接GT單元的” 2 “、“3”與“5”，“9” 與“ 7”，“14” 與“ 19”，“ 29” 與“ 21”，以及 GT單元的“ 8”、“11”、“ 18”與主回路的“ 4”，GT單元的“22”與主回路的“ 1”，即按照以下表格 的說明連線。GTR : 1GTR： 6GTR： 3GTR： 9GTR： 8GTR： 14GTR： 29GTR： 2

7、2030055QPWM： 1PWM： 2GIR： 2UGTR： 5GTR： 7GTR： 11GIK： 19GTR： 21主冋路：iGTR： IS主冋路；4用雙蹤示波器觀察基極驅(qū)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對應(yīng)的圖為:（2）加上貝克箝位電路后的GT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6. 過流保護性能測試在實驗5接線的基礎(chǔ)上接入過流保護電路，即斷開“ 8”與“ 11 ”的連接，將“36”與“ 21”、“ 37”與“8”相連，開關(guān)S3放在“斷”位置。用示波器觀察“19”與“18”及“21”與

8、“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(qū)動信號。將S3放到斷開位置，按復(fù)位按鈕，過流指示燈滅，即可繼續(xù)進行試驗。實驗二功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET特性與驅(qū)動電路研究一. 實驗?zāi)康模? 熟悉MOSFE主要參數(shù)的測量方法2.掌握MOSEE對驅(qū)動電路的要求3 掌握一個實用驅(qū)動電路的工作原理與調(diào)試方法二. 實驗內(nèi)容1. MOSFE主要參數(shù)：開啟閥值電壓VGS(th),跨導(dǎo)gFS,導(dǎo)通電阻RdS俞出特性ID=f(Vsd)等的測試2. 驅(qū)動電路的輸入，輸出延時時間測試.3. 電阻與電阻、電感性質(zhì)載時，MOSF

9、E開關(guān)特性測試4. 有與沒有反偏壓時的開關(guān)過程比較5. 柵-源漏電流測試三. 實驗設(shè)備和儀器1. MCL-07電力電子實驗箱中的MOSFE與PW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. 實驗線路見圖五. 實驗方法1. MOSFE主要參數(shù)測試(1)開啟閥值電壓VGS(th)測試開啟閥值電壓簡稱開啟電壓，是指器件流過一定量的漏極電流時(通常取漏極電 流ID=1mA)的最小柵源電壓。在主回路的“ 1”端與MOS管的“25”端之間串入 毫安表，測量漏極電流ID，將主回路的“ 3”與“4”端分別與MOST的“ 24” 與“23”相連，再在“ 24”與“23”端間接入電壓表，測

10、量MOS?的柵源電壓 Vgs，并將主回路電位器RP左旋到底，使Vgs=0b2-JUL ,MOSFET" +5V6 ij u *-fet4O遵5-2 MOSFFTt 電鬲當漏極電流ID=1mA寸的將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表的讀數(shù), 柵源電壓值即為開啟閥值電壓 VGS(th )。讀取67組ID、Vgs,其中ID=1mA必測，測的數(shù)據(jù)如圖所示：/(2)跨導(dǎo)gFS測試雙極型晶體管(GTR通常用hFE ( B )表示其增益，功率MOSFEf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與相應(yīng)的柵源電壓小變化量之比，即gFS= ID/ VGS典型的跨導(dǎo)額定值是在1/2額

11、定漏極電流和VDS=15下測得，受條件限制，實驗中 只能測到1/5額定漏極電流值。根據(jù)表5 6的測量數(shù)值，計算gFS(3)轉(zhuǎn)移特性ID = f (VGS柵源電壓Vgs與漏極電流ID的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性。根據(jù)表46的測量數(shù)值，繪出轉(zhuǎn)移特性。導(dǎo)通電阻RD測試導(dǎo)通電阻定義為RDS=VDS/ID將電壓表接至MOS管的“25”與“23”兩端，測量UDS其余接線同上。改變 VGS從小到大讀取ID與對應(yīng)的漏源電壓VDS測量5-6組數(shù)值。測得數(shù)據(jù)如圖所示:IID = f (VSD測試ID = f (VSD系指VG&0時的VDS!性，它是指通過額定電流時，并聯(lián)寄生二極 管的正向壓降。a. 在主回路的“

12、 3”端與MO管的“ 23”端之間串入安培表，主回路的“ 4”端與 MO管的“ 25”端相連，在MO管的“ 23”與“ 25”之間接入電壓表，將RP右旋轉(zhuǎn) 到底，讀取一組ID與VS啲值。數(shù)據(jù)如圖所示：b. 將主回路的“ 3”端與MO管的“ 23”端斷開，在主回路“ 1”端與MO管的“23”端之間串入安培表，其余接線與測試方法同上，讀取另一組ID與VSD勺值數(shù)據(jù)如圖所示:c. 將“T端與“ 23”端斷開，在在主回路“ 2”端與“ 23”端之間串入安培表, 其余接線與測試方法同上，讀取第三組ID與VSD勺值。數(shù)據(jù)如圖所示:2快速光耦6N137俞入、輸出延時時間的測試將MOSFET元的輸入“ 1”與

13、“4”分別與PW波形發(fā)生器的輸出“ T與“ 2”相 連，再將MOSFET元的“ 2”與“ 3”、“9”與“4”相連，用雙蹤示波器觀察輸 入波形(“1”與“ 4”)及輸出波形(“ 5”與“9”之間)，記錄開門時間ton、 關(guān)門時間toff 。 3驅(qū)動電路的輸入、輸出延時時間測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“5”與“ 8”、“6”與“ 7”、“10”、“ 11”與“ 12”、 “ 13”、“ 14”與“16”相連，用示波器觀察輸入“ 1”與“4”及驅(qū)動電路輸出 “ 18”與“9”之間波形，記錄延時時間toff。4 電阻負載時MOSFET關(guān)特性測試(1) 無并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，將MO

14、SFET元的“ 9”與“4”連線斷開，再將“ 20”與“ 24”、“ 22”與“ 23”、“ 21”與“9”以及主回路的“ 1”與“4”分別和MOSFET元的“ 25”與“21”相連。用示波器觀察“ 22”與“ 21”以及“24”與“21”之間波形(也可觀察“ 22”與“21”及“ 25”與“ 21”之間的波形)，記 錄開通時間ton與存儲時間ts o(2) 有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試在上述接線基礎(chǔ)上，再將“25”與“ 27”、“ 21”與“26”相連，測試方法同上。5 電阻、電感負載時的開關(guān)特性測試(1)有并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試將主回路“ 1”與MOSFET元的“25”斷開，將主回路的“

15、2”與MOSFET元的“ 25”相連，測試方法同上。(2)無并聯(lián)緩沖時的開關(guān)特性測試 將并聯(lián)緩沖電路斷開，測試方法同上。6 有與沒有柵極反壓時的開關(guān)過程比較(1) 無反壓時的開關(guān)過程上述所測的即為無反壓時的開關(guān)過程。(2) 有反壓時的開關(guān)過程將反壓環(huán)節(jié)接入試驗電路，即斷開 MOSFE單元的“9”與“21”的相連，連接 “9”與“ 15”，“17”與“ 21”，其余接線不變，測試方法同上，并與無反壓 時的開關(guān)過程相比較。7不同柵極電阻時的開關(guān)特性測試電阻、電感負載，有并聯(lián)緩沖電路(1) 柵極電阻采用R6=200Q時的開關(guān)特性。(2) 柵極電阻采用R7=470Q時的開關(guān)特性。(3) 柵極電阻采用R

16、8=1.2kQ時的開關(guān)特性。8 柵源極電容充放電電流測試電阻負載，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幅值。9.消除咼頻振蕩試驗當采用電阻、電感負載，無并聯(lián)緩沖，柵極電阻為R6時，可能會產(chǎn)生較嚴重的高頻振蕩，通?？捎迷龃髺艠O電阻的方法消除，當出現(xiàn)高頻振蕩時，可將柵極電 阻用較大阻值的R&實驗三絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅(qū)動電路研究一. 實驗?zāi)康?. 熟悉IGBT主要參數(shù)與開關(guān)特性的測試方法。2. 掌握混合集成驅(qū)動電路EXB840勺工作原理與調(diào)試方法。二. 實驗內(nèi)容1. IGBT主要參數(shù)測試。2. EXB84性能測試。3. IGBT開關(guān)特性測試。4. 過

17、流保護性能測試。三. 實驗設(shè)備和儀器1. MCL-07電力電子實驗箱中的IGBT與PW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6. MC系列教學實驗臺主控制屏四. 實驗報告1. IGBT主要參數(shù)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(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表，當漏極電流ID=1mA寸的柵源電 壓值即為開啟閥值電壓VGS(th )。讀取67組ID

18、、Vgs,其中ID=1mA必測，填入表5&ID (MA0.080.230.5211.5222.98VGS( V)5.85.966.086.176.246.296.35(2)跨導(dǎo)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(zhuǎn)，讀取ID與對應(yīng)的VG值，測量5-6組數(shù)據(jù)，填入表ID (MA0.230，420.7111.371.832VGS( V)15.0014.9914.9814.9714.9614.9314.92(3)導(dǎo)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(yīng)

19、的漏源電 壓Vds，測量5-6組數(shù)據(jù)，填入表ID (MA0.080.230.5211.5222.98VGS( V)5.85.966.086.196.256.306.352. EXB84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PW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EXB84輸出“12”與“13”之間波形，記錄開通與關(guān)斷延時時 間。ton= 1US，toff=17USUltDS1062C5WTAI OSClllOSCOrTiw五、思考題1. 試對由EXB84構(gòu)

20、成的驅(qū)動電路的優(yōu)缺點作出評價。2在選用二極管V1時，對其參數(shù)有何要求？其正向壓降大小對IGBT勺過流保護 功能有何影響？3. 通過MOSFE與IGBT器件的實驗，請你對兩者在驅(qū)動電路的要求，開關(guān)特性 與開關(guān)頻率，有、無反并聯(lián)寄生二極管，電流、電壓容量以及使用中的注意事項 等方面作一分析比較。答：1、 EXB40具有過流檢測及切斷電路的功能，并且對10卩S以下的過流信號不予響應(yīng)一旦確認出現(xiàn)過流，它就低速切斷電路而慢速關(guān)斷 IGBT。2、3、MOSFE是柵極電壓來控制柵極電流的，驅(qū)動電路簡單，需要驅(qū)動功率小，IGBT 的驅(qū)動電路與MOSFE相似但是需要注意對過電流和過電壓的保護。MOSFE的開關(guān)容

21、量比IGBT的開關(guān)容量小，但開關(guān)頻率高，且無反并聯(lián)寄生二極管。MOSFET的電流，電壓容量小。實驗五三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗一. 實驗?zāi)康? .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(diào)整方法及各點波形。二. 實驗內(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)象時的波形。三. 實驗線路及原理實驗線路如圖4-12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

22、變電路的工作原理可參見“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教 材。四. 實驗設(shè)備及儀器1. MC系列教學實驗臺主控制屏。2. MC 18組件(適合MC H )或MC31組件(適合MC 川)。3. MC33 (A)組件或 MC53組件(適合 MC U、M、V)4. MEL-03調(diào)電阻器(或滑線變阻器1.8K, 0.65A )5. MEL-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-186源開關(guān)，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，應(yīng)有間隔均 勻，相互間隔60o的幅度相同的雙脈沖。(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600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。(4) 用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V 2V勺脈沖。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VT1VT時)接 地，將I組