電力電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、電力電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院2006年4月目錄MCL V 型電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹1實(shí)驗(yàn)一鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)二單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)5* 實(shí)驗(yàn)三三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)9實(shí)驗(yàn)四 單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)五 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT ）特性與驅(qū)動(dòng)電路研究15* 實(shí)驗(yàn)六單相正弦波（ SPWM ）逆變電源研究21* 實(shí)驗(yàn)七直流斬波電路的性能研究25MCL V 型電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹一、特點(diǎn)（ 1）采用組件式結(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)課程的主要實(shí)驗(yàn)。（ 2）裝置

2、布局合理，外形美觀，面板示意圖明確，直觀，學(xué)生可通過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)大綱要求。控制電路全部采用模擬和數(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流、過壓、 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）

3、面板上有多只發(fā)光二極管指示每一個(gè)脈沖的有無和熔斷器的通斷。 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。二、技術(shù)參數(shù)（1）輸入電源：380V10%50HZ 1HZ（2）工作條件：環(huán)境溫度：5 400C相對(duì)濕度：75%海拔：1000m（3）裝置容量：1KVA（4）電機(jī)容量：200W（5）外形尺寸：長(zhǎng)1800mm X 寬 700mm（長(zhǎng) 1300mm X 寬 700mm）三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（ 1）鋸齒波同步移相觸發(fā)電路（ 2）單相橋式全控整流電路* （3）三相橋式全控整流及有源逆變電路（ 4）單相交流調(diào)壓電路（ 5）絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT ）特性及其驅(qū)動(dòng)電

4、路的研究* （6）單相正弦波（ SPWM）逆變電路實(shí)驗(yàn)* （7）直流斬波電路（升壓斬波、降壓斬波）的性能研究實(shí)驗(yàn)一鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1鋸齒波同步觸發(fā)電路的調(diào)試。2鋸齒波同步觸發(fā)電路各點(diǎn)波形觀察分析。三、實(shí)驗(yàn)線路及原理MCL V 型實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏上MCL54 3KJ004 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路主要由脈沖形成和放大，鋸齒波形成，同步移相等環(huán)節(jié)組成，其工作原理可參見“電力電子技術(shù)”有關(guān)教材。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1 MCL 系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏：） MCL 31 低壓控制電路

5、及儀表） MCL 52 電源控制屏） MCL 543 KJ004 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路2雙蹤示波器（ TDS 1002）3萬用表五實(shí)驗(yàn)方法及步驟1將 MCL V 型實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏上的MCL 52 電源控制面板上的三相交流電輸出線電壓（ 220V）U1、V 1 分別與 MCL 543 面板上的同步電壓1 端、 2 端用導(dǎo)線相連。將 MCL V 型實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏上的MCL 31 低壓控制電路及儀表面板上的Ug 與MCL 54 3 面板上的 UC0 用導(dǎo)線相連，見圖1 1 其中電位器 PR1 為控制角。2調(diào)節(jié)脈沖移相范圍打開 MCL 52 電源控制面板左下角的電源開關(guān),將 MCL 31 面板上的電

6、位器 PR1 逆時(shí)針旋到底使“ Ug”輸出電壓為 0V ，即控制電壓 Uco 為零，控制角=180o。按 MCL 52 電源控制面板上的綠色閉合鍵， 調(diào)節(jié) MCL 31 的給定電位器 RP1，增加 Uc0，觀察脈沖的移動(dòng)情況，要求Uco=0時(shí)，=180，Uco=Umax時(shí)，=30，以滿足移相范圍=30180的要求。用示波器觀察U7 電壓（即“7”孔）及U5 電壓（即“5” 孔）的波形變化。3調(diào)節(jié) Uc0，使=60 ，用示波器觀察MCL 54 3 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路各孔的電壓波形（孔 U7、U3 、U4、U5、U6）及輸出脈沖 UG1K1 、UG2K2、 UG3K3、UG4K4、的相位關(guān)系并

7、記錄標(biāo)出其幅值與寬度。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1整理，描繪實(shí)驗(yàn)中記錄的各點(diǎn)波形，并標(biāo)出幅值與寬度。2總結(jié)鋸齒波同步觸發(fā)電路移相范圍的調(diào)試方法，移相范圍的大小與哪些參數(shù)有關(guān)？3討論分析其它實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。圖 11鋸齒波同步移相觸發(fā)電路接線圖實(shí)驗(yàn)二單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解單相橋式全控整流電路的工作原理。2研究單相橋式全控整流電路在電阻負(fù)載、電阻電感性負(fù)載時(shí)的工作。3熟悉 MCL 543 鋸齒波觸發(fā)電路的工作。二、實(shí)驗(yàn)線路及原理見圖 21。注： 1）G2、K2接 VT1G4、K4 接 VT6K1、G1 接 VT3G3、K3 接 V T42）負(fù)載 Rd 為 MCL 544 的兩組 300電阻串聯(lián)； 3

8、）電感 L 為 700mH圖 2 1單相橋式全控整流三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1單相橋式全控整流電路供電給電阻負(fù)載。2單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1 MCL 系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏：） MCL 52 電源控制屏） MCL 31 低壓控制電路及儀表） MCL 541 三相變壓器） MCL 543KJ004 鋸齒波移相觸發(fā)電路） MCL 544 電阻、電感性負(fù)載fMCL 545 二級(jí)管2 MCL 53 組件 觸發(fā)電路及晶閘管主回電路3雙蹤示波器（ TDS 1002）4萬用表五、注意事項(xiàng)1電阻 Rd 的調(diào)節(jié)需注意。若電阻過小，會(huì)出現(xiàn)電流過大造成過流保護(hù)動(dòng)作（熔斷絲燒斷，或儀表告警）

9、；若電阻過大，則可能流過可控硅的電流小于其維持電流，造成可控硅時(shí)斷時(shí)續(xù)。2電感的值可根據(jù)需要選擇，需防止過大的電感造成可控硅不能導(dǎo)通。3MCL 543 面板的鋸齒波觸發(fā)脈沖需用導(dǎo)線連到MCL 53 面板，應(yīng)注意連線不可接錯(cuò)，否則易成損壞可控硅。同時(shí)，需要注意同步電壓的相位，若出現(xiàn)可控硅移相范圍太小（正常范圍約30 180），可嘗試改變同步電壓極性。4示波器的兩根地線由于同外殼相連，必須注意需接等電位，否則易造成短路事故。六、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1單相橋式全控整流電路供電給電阻負(fù)載。a）將 MCL V 型實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏上的MCL 52 電源控制面板上的三相交流電輸出線電壓（ 220V）U1、V 1 與

10、 MCL 54 3 面板上的同步電壓1 端、 2 端用導(dǎo)線相連。MCL 543 面板上的 UC0 與 MCL 31 面板上的 Ug 用導(dǎo)線相連。將 MCL 31 面板上的給定電位器RP1 逆時(shí)針調(diào)到底，使UC0 =0，控制角為最大。b）打開 MCL 52 電源控制面板左下角的帶鎖電源開關(guān)，按綠色閉合鍵，用示波器檢查MCL54 3 KJ004 鋸齒波移相觸發(fā)電路是否有脈沖輸出。c）斷開 MCL 52 電源控制面板上的電源開關(guān)，按圖2 1 所示連接將其中的“”與“” 點(diǎn)用導(dǎo)線連接接上電阻負(fù)載（可采用兩只300電阻串聯(lián)），并將 MCL 544 面板上的 Rd 電阻負(fù)載調(diào)到最大。d）合上 MCL 52

11、 電源控制面板上的電源開關(guān)，調(diào)節(jié) MCL 31 面板上的給定電位器RP1（順時(shí)針方向）。順時(shí)針調(diào)方向逐漸增大，Uco 給定電壓逐漸增大，使角逐漸減小，求取在不同 角（ 0、 30、 60、 90）時(shí)整流電路的輸出電壓Ud （），晶閘管的=ft端電壓 UVT1=f （t）的波形，并記錄相應(yīng)時(shí)的 UC0、Ud 和交流輸入電壓 U2值。2單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載斷開 MCL 52 電源控制面板上的電源開關(guān)，斷開電阻負(fù)載Rd（可采用兩只電300阻串聯(lián)）短接線，再用導(dǎo)線將圖2 1 中的“ a”與“ c”、“b”與“ d”用導(dǎo)線連接構(gòu)成電阻電感性負(fù)載（ L=700mH ）。合上 MCL 5

12、2 電源控制面板上的電源開關(guān)，求取在不同控制電壓UC0 時(shí)的輸出電壓U =f （t），負(fù)載電流 i=f（t）以及晶閘管端電壓 UVT1=f（ t）波形并記錄相應(yīng) UC0時(shí)的 U、dddU2值。注意：負(fù)載電流不能過小，否則造成可控硅時(shí)斷時(shí)續(xù)，可調(diào)節(jié)負(fù)載電阻 Rd，但負(fù)載電流不能超過 0.8A， UC0 從零起調(diào)。斷開 MCL 52 電源控制面板上的電源開關(guān)，改變電感值（ L=100mH ），觀察 =90， Ud=f （t）、i d=f（t）的波形，并加以分析。注意：調(diào)節(jié) MCL 31 面板上的給定電位器 RP1 增加 UC0 使 前移時(shí)，若電流太大， 可增加與 L 相串聯(lián)的電阻加以限流。3單相橋

13、式全控整流電路供給電感性負(fù)載將圖 21 中的“a”與“ c”、“b”與“d”用導(dǎo)線連接構(gòu)成電阻電感性負(fù)載 （L=700mH ）。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻 Rd（逆時(shí)方向逐漸減?。樽钚?，調(diào)節(jié)MCL 31 面板上的給定電位器 PR1順時(shí)針調(diào)方向逐漸增大，使 Uco 給定電壓逐漸增大，角逐漸減小，求取=90時(shí)整流電路的輸出電壓 Ud=f（），晶閘管的端電壓UVT1=f（）的波形，并記錄時(shí)的Uco、tt=90Ud 和交流輸入電壓U2 值。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻負(fù)載情況下，當(dāng)=0，30，60，90時(shí)的 Ud、UVT1 波形，并加以分析。2繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻電感

14、性負(fù)載情況下，當(dāng)=90時(shí)的 Ud、i d、UVT1 波形，并加以分析。3給出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電感性負(fù)載情況下，若=90時(shí) Ud、id 、UVT1 組形，并加以分析。4作出實(shí)驗(yàn)整流電路的輸入輸出特性Ud=f（ Uc0），觸發(fā)電路特性 Uc0=f（ ）及 Ud/U 2=f（ ）。5實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)。* 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 31、MCL 52 、MCL 53 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

15、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 31 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“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。RCA ：直流電流表L ：平波電抗器?？扇?00mHRd：負(fù)載電阻，可取MCL-54.4 中的兩組300 歐的電阻串聯(lián)圖 3-1三相橋式整流及有源逆變四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1 MCL 系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏：a）MCL 52 電源控制屏b） MCL 31 低壓控制電路及儀表c）MCL 541 三相變壓器d） MCL 544 電阻、電感性負(fù)載f）M

16、CL 545 二極管2 MCL 53 組件觸發(fā)電路及晶閘管主回電路3雙蹤示波器（ TDS 1002）4萬用表五、實(shí)驗(yàn)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）合上 MCL 52 電源控制屏開關(guān)，給定電壓有電壓顯示，使電源控制屏U、V 、W 輸出電壓至線電壓為220V。（2）用示波器觀察 MCL 53 組件觸發(fā)電路及晶閘管主回電路的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔60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60，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

17、度為1V2V的脈沖。注：將 MCL 53 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 V T1VT6時(shí)）接地，將 I 組橋式觸發(fā)脈沖的六個(gè)開關(guān)均撥到“接通”。（5）將 MCL 31 面板上的輸出Ug 接至 MCL 53 面板的 Uco 端，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub（即 MCL 31 上的電位器 PR1），在 Uco=0 時(shí)，使控制角=150 。2三相橋式全控整流電路及三相橋式有源逆變電路按圖 3 1 接線，將“ a”端與“ c”端用導(dǎo)線連接，將“ b”端與“ d”端用導(dǎo)線連接將 Rd 調(diào)至最大（ 600 ）（MCL 544 電阻、電感性負(fù)載） 。（1）整流電路合上 MCL 52 主

18、電源，使主控制屏輸出電壓Uuv、 Uvw 、Uwu 為 220V。將 MCL 31 上的開關(guān) S1 打向正給定調(diào)節(jié) UC0（即 MCL 31 上的電位器PR1），使 在 30 90范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄=30 、=f（t）的波形，并記錄相應(yīng)的Ud60 、90時(shí)，整流電壓 Ud=f（t），晶閘管兩端電壓 UVT1和交流輸入電壓 U2 數(shù)值。（2）有源逆變電路當(dāng)上的開關(guān) S1 打向負(fù)給定，這時(shí)電路處于逆變狀態(tài)，調(diào)節(jié)= =90 時(shí)，將 MCL 31C0d、 VT1、60、30 時(shí),逆變電路中 UU （即 MCL 31 上的電位器 PR2），用示波器觀察 =90U的電壓波形，并記錄相應(yīng)的Ud、 U2

19、 數(shù)值。4電路模擬故障現(xiàn)象觀察在整流狀態(tài)時(shí)，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導(dǎo)通，用示波器觀察并記錄此時(shí)的Ud 波形。采用的組件為 MCL 53，則觸發(fā)電路是KJ004 集成電路，具體應(yīng)用可參考相關(guān)教材。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告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U /U =f（）。d 2畫出三相橋式全控整流電路時(shí)，角為VT1波形。30、60、90時(shí)的 Ud、U3畫出三相橋式有源逆變電路時(shí)，角為VT1波形。90、60 、 30 時(shí)的 Ud、U45簡(jiǎn)單分析模擬故障現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)四單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深理解單相交流調(diào)壓電路的工作原理

20、。2加深理解交流調(diào)壓感性負(fù)載時(shí)對(duì)移相范圍要求。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載。2單相交流調(diào)壓器帶電阻電感性負(fù)載。三、實(shí)驗(yàn)線路及原理本實(shí)驗(yàn)采用了鋸齒波移相觸發(fā)器。該觸發(fā)器適用于雙向晶閘管或兩只反并聯(lián)晶閘管電路的交流相位控制，具有控制方式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。晶閘管交流調(diào)壓器的主電路由兩只反向晶閘管組成，見圖41。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1 MCL 系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏：a）MCL 52 電源控制屏b） MCL 31 低壓控制電路及儀表c）MCL 541 三相變壓器d） MCL 543KJ004 鋸齒波移相觸發(fā)電路e）MCL 544 電阻、電感性負(fù)載f）MCL 545 二級(jí)管2MCL 53 組件觸發(fā)電

21、路及晶閘管主回電路3雙蹤示波器（ TDS 1002）4萬用表五、注意事項(xiàng)在電阻電感負(fù)載時(shí)， 當(dāng)時(shí)，若脈沖寬度不夠會(huì)使負(fù)載電流出圈套的直流分量。損壞元件。為此主電路可通過變壓器降壓供電，這樣即可看到電流波形不對(duì)稱現(xiàn)象，又不會(huì)損壞設(shè)備。六、實(shí)驗(yàn)方法1單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載將 MCL 53 面板上的兩只晶閘管 VT1 ，VT4 反并聯(lián)而成交流電調(diào)壓器，將觸發(fā)器的輸出脈沖端 G1、 K1，G3、K 3 分別接至主電路相應(yīng) VT1 和 VT4 的門極和陰極。把圖 41 中 a 端與 b 端用導(dǎo)線相連，接上電阻性負(fù)載 R（d可采用兩只 300電阻串聯(lián)），并調(diào)節(jié)電阻負(fù)載 Rd 至最大。將 MCL 31

22、面板上的給定電位器 RP1 逆時(shí)針調(diào)到底，使 Uc0=0， =150。合上 MCL 52 電源控制屏電源開關(guān)， 使主控制屏輸出電壓Uuv=220V 。用示波器觀察負(fù)載電壓 u=f（ t），晶閘管兩端電壓uVT1 = f（t ）的波形，調(diào)節(jié) UC0，用示波器觀察不同角時(shí)各波形的變化，并記錄= 30，60 ，90 ， 120 時(shí)的電壓波形。2單相交流調(diào)壓器接電阻電感性負(fù)載（ 1）在做電阻電感實(shí)驗(yàn)時(shí)需調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗角的大小，因此須知道電抗器的內(nèi)阻和電感量。可采用直流伏安法來測(cè)量?jī)?nèi)阻，如圖41 所示，電抗器的內(nèi)阻為：RL=UL /I電抗器的電感量可用交流伏安法測(cè)量，如圖41 所示，由于電流大時(shí)對(duì)電抗器的

23、電感量影響較大，采用自耦調(diào)壓器調(diào)壓多測(cè)幾次取其平均值，從而可得交流阻抗。ZL=UL/I電抗器的電感量為：LLZL2 RL2 /(2 f )這樣即可求得負(fù)載阻抗角tg1L1RdRL在實(shí)驗(yàn)過程中，欲改變阻抗角，只需改變電阻器的數(shù)值即可。（2）斷開 MCL 52 主電源開關(guān)，將“ a”端與“ c”端用導(dǎo)線相連，“b”端與“ d”端用導(dǎo)線相連，接入電感（L=700mH ）。合上 MCL 52 主電源主電源，使主控制屏輸出電壓Uuv=220V。調(diào)節(jié) UC0，使 =450。用示波器同時(shí)觀察負(fù)載電壓u 和負(fù)載電流 i 的波形。調(diào)節(jié)電阻 Rd 的數(shù)值（由大至?。^察在不同角時(shí)波形的變化情況。記錄，=，三種情

24、況下負(fù)載兩端電壓u 和流過負(fù)載的電流i 的波形。也可使阻抗角為一定值，調(diào)節(jié)觀察波形。注：調(diào)節(jié)電阻 Rd 時(shí)，需觀察負(fù)載電流，不可大于0.8A。說明：采用 MCL 型，則觸發(fā)電路為KJ004 集成電路，具體應(yīng)用可參考相關(guān)教材。電阻性負(fù)載可采用兩只300電阻相串聯(lián)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1整理實(shí)驗(yàn)中記錄下的各類波形2分析電阻電感負(fù)載時(shí)，角與角相應(yīng)關(guān)系的變化對(duì)調(diào)壓器工作的影響。3分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。圖 41單相交流調(diào)壓實(shí)驗(yàn)五絕緣柵雙極型晶體管（IGBT ）特性與驅(qū)動(dòng)電路研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉 IGBT 主要參數(shù)與開關(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1IG

25、BT 主要參數(shù)測(cè)試。2EXB840 性能測(cè)試。3IGBT 開關(guān)特性測(cè)試。4過流保護(hù)性能測(cè)試。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1MCL 系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏2MCL 07 電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的IGBT 與 PWM 波形發(fā)生器部分。3萬用表二塊4雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)線路見圖 51。五、實(shí)驗(yàn)方法1 IGBT 主要參數(shù)測(cè)試（1）開啟閥值電壓 V GS（ th） 測(cè)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)

26、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啟閥值電壓V GS（ th）。讀取 67 組 ID、，其中D=1mA必測(cè)，填入表 。VgsI5 1表 51ID（ mA ）1Vgs（ V ）（2）跨導(dǎo) gFS 測(cè)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 I D 與對(duì)應(yīng)的 V GS 值，測(cè)量 56 組數(shù)據(jù)，填入表 52。表 52ID （mA ）1Vgs（V ）（ 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，從小到大改變V GS，讀取 I D 與對(duì)應(yīng)的漏源電壓 V DS，測(cè)量

27、 6組數(shù)據(jù)，填入表5 。53表 53ID （mA ）1Vgs（V ）2 EXB840 性能測(cè)試（ 1）輸入輸出延時(shí)時(shí)間測(cè)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(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，并將“ 6”與“ 7”相連。用示波器觀察“ 8” 與“ 13”及“ 4”與“ 13”

28、 之間波形，記錄延時(shí)時(shí)間。（ 3）過流慢速關(guān)斷時(shí)間測(cè)試接線同上，用示波器觀察“1”與“ 13”及“ 12”與“ 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)試斷開“ 10”與“ 13”的相連，其余接線同上，用示波器觀察“12”與“ 17”之間波形，記錄關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓值。（ 5）過流閥值電壓測(cè)試斷開“ 10”與“ 13”，“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”與“4”分別和“ 10”與“17”相連，即按照以下表格的說明連線。IGBT ：17 IGBT ：10IGBT ：4IGBT ：6IGBT ：2IGBT ： 1

29、2主回路： 4 主回路： 3IGBT ：5IGBT ：7IGBT ：3IGBT ： 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，一旦該波形消失時(shí)即停止旋轉(zhuǎn)，測(cè)出主回路“ 3”與“ 4”之間電壓值，該值即為過流保護(hù)閥值電壓值。（ 6） 4 端外接電容器 C1 功能測(cè)試供教師研究用EXB840 使用手冊(cè)中說明該電容器的作用是防止過流保護(hù)電路誤動(dòng)作（絕大部分場(chǎng)合不需要電容器）。aC1 不接，測(cè)量“ 8”與“ 13”之間波形。b“9”與“ 13”相連時(shí)，測(cè)量“ 8”與“ 13” 之間波形，并與上述波形相比較。3開關(guān)特性測(cè)試（ 1）電阻負(fù)載時(shí)

30、開關(guān)特性測(cè)試將“ 1”與“ 13”分別與波形發(fā)生器“ 1”與“ 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”與“ 4”分別和 IGBT 部分 的“ 18”與“ 15”相連。即按照以下表格的說明連線。IGBT ：1IGBT ： 13IGBT ：4IGBT ：6IGBT ：2IGBT ： 12PWM ：1PWM：2IGBT ：5IGBT：7IGBT ：3IGBT ：14IGBT ： 17IGBT ：10IGBT ：15IGBT ：18IGBT ： 16IGBT ： 18主回路： 4主回路

31、： 1用示波器分別觀察“ 18”與“ 15”及“ 14”與“ 15”的波形，記錄開通延遲時(shí)間。（ 2）電阻，電感負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測(cè)試將主回路“ 1”與“ 18”的連線斷開，再將主回路“ 2”與“ 18”相連，用示波器分別觀察“ 18”與“ 15”及“ 16”與“ 15”的波形，記錄開通延遲時(shí)間。 。（ 3）不同柵極電阻時(shí)開關(guān)特性測(cè)試將“ 12”與“ 14”的連線斷開，再將“11”與“ 14”相連，柵極電阻從R5 3k改為R4=27，其余接線與測(cè)試方法同上。4并聯(lián)緩沖電路作用測(cè)試（ 1）電阻負(fù)載，有與沒有緩沖電路時(shí)觀察“ 14”與“ 17”及“ 18”與“ 17”之間波形。（ 2）電阻，電感負(fù)載，

32、有與沒有緩沖電路時(shí)，觀察波形同上。5過流保護(hù)性能測(cè)試，柵計(jì)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，并觀察驅(qū)動(dòng)波形是否消失，過流指示燈是否發(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、輸出及對(duì)光耦延時(shí)以及慢速關(guān)斷等波形，并標(biāo)出延時(shí)與慢速關(guān)斷時(shí)間。3繪出所測(cè)的負(fù)柵壓值與過流閥值電壓值。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

33、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。6過流保護(hù)性能測(cè)試結(jié)果，并對(duì)該過流保護(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。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V 1 時(shí)，對(duì)其參數(shù)有何要求？其正向壓降大小對(duì)IGBT 的過流保護(hù)功能有何影響？3通過 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(xiàng)等方面作一分析比較。IGBTS13S2+5VR152+18VRR74C191819121&1461106EXB840VD4VD272431114RR+

34、5V+3&R512C9172513+&1 +52015 R6 16PWMS1+5VSRV+R84111L12RRP732135551RR6VD23251RRP3S224CC12圖 5-1IGBT 實(shí)驗(yàn)電路VT 1、 VT 2 輪流導(dǎo)通，再經(jīng)推挽變壓器升壓后，即可在負(fù)載端得* 實(shí)驗(yàn)六 單相正弦波（ SPWM）逆變電源研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握單相正弦波 （SPWM）逆變電源的組成、 工作原理、特點(diǎn)、波形分析與使用場(chǎng)合。2熟悉正弦波發(fā)生電路、PWM 專用集成電路 SG3525 的工作原理與使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1正弦波發(fā)生電路調(diào)試。2PWM 專用集成電路 SG3525 性能測(cè)試。3帶與不帶濾波環(huán)節(jié)時(shí)的

35、負(fù)載兩端電壓波形測(cè)試。三、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理能把直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路稱為逆變電路，或稱逆變器。單相逆變器的結(jié)構(gòu)可分為半橋逆變器、全橋逆變器和推挽逆變器等形式。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)單相推挽逆變電路進(jìn)行研究。推挽逆變器的主要優(yōu)點(diǎn)是在任何時(shí)刻導(dǎo)通的開關(guān)不會(huì)多于一個(gè)，對(duì)于輸出相同的功率，開關(guān)損耗比較小，因此，特別適用于由低直流電壓（如電池）供電的場(chǎng)合。另外，兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是共地的，可簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，其不足是變壓器原邊繞組利用率低，當(dāng)變壓器原邊兩個(gè)繞組不完全對(duì)稱時(shí)或者兩開關(guān)器件特性不對(duì)稱時(shí)，還可能出現(xiàn)直流磁化飽和現(xiàn)象。逆變器主電路開關(guān)管采用功率MOSFET 管，具有開關(guān)頻率高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)

36、效率較高的特點(diǎn)。當(dāng)開關(guān)其間到所需頻率與幅值的交流電源。脈寬調(diào)制信號(hào)由專用集成芯片SG3525 產(chǎn)生。SG3525 芯片不僅能產(chǎn)生頻率靈活可變的方波，而且可輸出正弦PWM（SPWM）信號(hào)，以提高后接變壓器的工作頻率。為了使SG3525產(chǎn)生一個(gè) SPWM 信號(hào)，可在芯片的 9 腳處加入一個(gè)幅度可變的50Hz 正弦波（我們這里僅需得到頻率固定的50Hz 可變電源，若需獲得頻率也可變的交變電源，則只需在9 腳處加入一個(gè)幅值與頻率均可變的正弦波即可） ，與 5 腳處的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，從而獲得SPWM 控制信號(hào)，改變正弦波的幅值，即改變調(diào)制度 M （調(diào)制度定義為正弦波調(diào)制波峰 Urm 與鋸齒波載波峰值

37、 Utm 之比，即 M=U rm/Utm）就可以改變輸出電壓的幅值，正常 M 1。考慮到 5 腳處的鋸齒波如圖 61a 所示，鋸齒波的頂點(diǎn) UH 約為 3.3V，谷點(diǎn) U L 約為 0.9V 。UU SW50HzUHULttab圖 61為此，正弦波信號(hào)必須如圖6 1b 所示，即其峰峰值必須在0.9V3.3V 范圍內(nèi)變化。正弦波發(fā)生電路如圖63 所示。RP1RP2-8-8+RCC R圖 6 2 正弦波發(fā)生電路由圖 62 可知，正弦波發(fā)生器由兩部分組成，前半部分為 RC 串并聯(lián)型正弦波振蕩器，振蕩頻率設(shè)定在 50Hz，調(diào)節(jié)電位器 RP（即實(shí)驗(yàn)掛箱面板上的幅度調(diào)節(jié)電位器） ，即可調(diào)節(jié)正弦波峰峰值，從

38、而調(diào)節(jié) SPWM 信號(hào)的脈沖寬度以及逆變電源輸出基波電壓的大小。正弦波發(fā)生器的后半部分為移位電路，將正負(fù)對(duì)稱的正弦波移位到第一象限，并使正弦波的谷點(diǎn)在 0.9V 之上。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1MCL 11 實(shí)驗(yàn)掛箱2萬用表3雙蹤示波器（ TDS 1002）五、實(shí)驗(yàn)方法1認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與有關(guān)教材掌握用 SG3525 芯片產(chǎn)生 SPWM 信號(hào)的原理與 RC 串并聯(lián)正弦波發(fā)生器的工作原理，以及推挽式單相正弦波逆變電源的工作原理、特點(diǎn)、波形分析與使用場(chǎng)合。2主電路接線見圖 63。將主電路的“ 9”與“ 12”端用導(dǎo)線相連。（1）正弦波發(fā)生器測(cè)試測(cè)量1 端正弦波信號(hào)的頻率，最大與最小峰峰值，正弦波的谷點(diǎn)

39、偏離橫坐標(biāo)的數(shù)值以及正弦波上、下半波的對(duì)稱性。（2）SG3525性能的測(cè)試a鋸齒波周期與頂點(diǎn)UH 、谷點(diǎn) U L 測(cè)量（分開關(guān) S2 合上與斷開兩種情況） 。b正弦波與鋸齒波的配合調(diào)試。當(dāng)正弦波發(fā)生器的幅度調(diào)節(jié)電位器在任意位置時(shí)，都能與鋸齒波有符合要求的相交點(diǎn)，使在“ 3”端能得到正確的SPWM 控制信號(hào)。+15S1Vcc6.076斷通正弦波發(fā)生器1539 1011121VT1L9N11幅度調(diào)節(jié)13SG5C1R163525CR5VT2C2S2R27N12斷通1281342圖58 單相正弦波 (SPWM)逆變電源圖 63 單相正弦波（ SPWM）逆變電源3不帶濾波環(huán)節(jié)時(shí)的負(fù)載端波形測(cè)試（ 1）主

40、電路接線同上， S2 放在斷開位置，幅度調(diào)節(jié)電位器旋轉(zhuǎn)到大致中間的位置。（ 2）觀察并記錄負(fù)載端波形。4帶濾波環(huán)節(jié)時(shí)的負(fù)載端波形測(cè)試（1）斷開“ 9”與“ 12”端的連線，將主電路的“ 9”與“ 10”及“ 11”與“ 12”相連，幅度調(diào)節(jié)電位器旋轉(zhuǎn)到大致中間的位置。（2）觀察并記錄負(fù)載端波形。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1列出正弦波信號(hào)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。2在開關(guān) S2 斷開與合上條件下，畫出SG3525 的 5 腳的鋸齒波，并注明周期、頂點(diǎn)UH 、谷點(diǎn) UL。3在開關(guān) S2 斷開與合上條件下，畫出不帶與帶濾波環(huán)節(jié)時(shí)的負(fù)載電壓波形，并與理想波形相比較，試分析兩者相差的原因。4實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見。七、注意事項(xiàng)

41、開機(jī)步驟：在合上交流電源開關(guān)之前，應(yīng)檢查15V 電源開關(guān) S1 是否處于斷開狀態(tài)。關(guān)機(jī)步驟：先關(guān) MCL 52 電源控制屏總開關(guān)，將幅度調(diào)節(jié)器調(diào)到最小，將S1 開關(guān)打到關(guān)，最后關(guān)MCL 11 實(shí)驗(yàn)掛箱上的電源開關(guān)。* 實(shí)驗(yàn)七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?Buck Chopper）和升壓斬波電路（ Boost Chopper）的工作原理，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。3MCL 544 電阻（ 300/0.71A）。4萬用表。5雙蹤示波器（ TDS 1002）四、實(shí)驗(yàn)方法1 SG3525 的調(diào)試原理框圖見圖 7 1。a) 將扭子開關(guān) S1 打向“直流斬波”側(cè)，將“ 3”端和“ 4”端用導(dǎo)線短接，將 S2 扭子開關(guān)打向“ ON”。用示波器觀察“ 1”端輸出電壓波形應(yīng)為鋸齒波，并記錄其波形的頻率和幅值。b) 將扭子開關(guān) S2 打向“ OFF”，用導(dǎo)線分別連接“ 5”、“6”、“9”，再將扭子開關(guān) S2 打向“ ON”，用示波器觀察“ 5”端波形，并記錄其波形、頻率、幅