電力電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書最新..

1、實驗一電力電子元件測試、實驗?zāi)康?. 觀察晶閘管（SCR）的結(jié)構(gòu)，掌握測試晶閘管好壞的正確方法。2. 觀察IGBT和MOSFET的結(jié)構(gòu)，掌握測試IGBT和MOSFET好壞的正確方法。3驗證晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷條件。4.掌握各種電力電子器件的工作特性。二、實驗設(shè)備序號型號備注1晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷實驗板1塊230V直流穩(wěn)壓電源1臺3指針式萬用表1塊4電壓表1塊5電流表1塊6可調(diào)電阻1個71.5VX3干電池1組8晶閘管若干9IGBT和MOSFET若干三、實驗線路及原理1、晶閘管電極的判定和簡單測試若從外觀上判斷，3個電極形狀各不相同，無需作任何測量就可以識別。小功率晶閘管的門極比陰極細(xì)，大功率的門極則用金屬

2、編制套引出，像一根辮子。有的在陰極上另引出一根較細(xì)的引線，以便和觸發(fā)電路連接，這種晶閘管雖有4個電極，也無需測量就能識別。（2）晶閘管的簡單測試在實際的使用過程中，很多時候需要對晶閘管的好壞進(jìn)行簡單的判斷，我們常常采用萬用表法進(jìn)行判別。1）萬用表檔位放至于歐姆檔RX100,將紅表筆接在晶閘管的陽極，黑表筆接在晶閘管的陰極觀察指針擺動情況，如圖1-1所示。2）將黑表筆接晶閘管的陽極，紅表筆接晶閘管的陰極觀察指針擺動情況，如圖1-2所示。結(jié)果：正反向阻值均很大原因：晶閘管是四層三端半導(dǎo)體器件，在陽極和陰極之間有三個PN結(jié)，無論如何加電壓，總有一個PN結(jié)處于反向阻斷狀態(tài)，因此正反向阻值均很大。3）將

3、紅表筆接晶閘管的陰極，黑表筆接晶閘管的門極觀察指針擺動情況，如圖1-3所示。圖1-3測量門極和陰極間正向電阻4）將黑表筆接晶閘管的陰極，紅表筆接晶閘管的門極觀察指針擺動情況，如圖1-4所示。阻值不大圖1-4測量門極和陰極間反向電阻理論結(jié)果：當(dāng)黑表筆接控制極，紅表筆接陰極時，阻值很??；當(dāng)紅表筆接控制極，黑表筆接陰極時，阻值較大。實測結(jié)果：兩次測量的阻值均不大原因：在晶閘管內(nèi)部控制極與陰極之間反并聯(lián)了一個二極管，對加到控制極與陰極之間的反向電壓進(jìn)行限幅，防止晶閘管控制極與陰極之間的PN結(jié)反向擊穿。2、SCR、MOSFET、IGBT特性實驗將電力電子器件（包括SCR、MOSFET、IGBT三種）和負(fù)

4、載電阻R串聯(lián)后接至直流電源的兩端，由直流電源為新器件提供觸發(fā)電壓信號，給定電壓從零開始調(diào)節(jié)，直至器件觸發(fā)導(dǎo)通，從而可測得在上述過程中器件的V/A特性。四、實驗內(nèi)容及步驟1、鑒別晶閘管的好壞用萬用表RXlk的電阻檔測量兩只晶閘管的陽極（A）-陰極（K）之間以及用RX10或RX100檔測量兩只晶閘管的門極（G）-陰極（K）之間正反向電阻，并將所測數(shù)據(jù)填入表1-1,以判斷被測晶閘管的好壞。表1-1被測晶閘管RakKA.ZagZgAZgKRkg結(jié)論VT1VT22、晶閘管的導(dǎo)通條件實驗電路如圖1-5所示。圖1-5晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷條件實驗電路1）首先將S1S3斷開，閉合S4,加上30V正向陽極電壓，然后讓

5、門極開路或接一4.5V電壓，觀看晶閘管是否導(dǎo)通，燈泡是否亮。2）加30V反向陽極電壓，門極開路、接一4.5V或接+4.5V電壓，觀察晶閘管是否導(dǎo)通,燈泡是否亮。3）陽極、門極都加正向電壓，觀看晶閘管是否導(dǎo)通，燈泡是否亮。4）燈亮后去掉門極電壓，看燈泡是否亮；再加一4.5V反向門極電壓，看燈泡是否繼續(xù)亮，為什么？5）寫出導(dǎo)通條件，說明控制極作用。3、晶閘管關(guān)斷條件1）接通正30V電源，再接通4.5V正向門極電壓使晶閘管導(dǎo)通，燈泡亮，然后斷開門極電壓。2）去掉30V陽極電壓，觀察燈泡是否亮。3）接通30V正向陽極電壓及正向門極電壓使燈亮，然后閉合S1,斷開門極電壓。然后接通S2,看燈泡是否熄滅。4

6、）再把晶閘管導(dǎo)通，斷開門極電壓，然后閉合S3,再立即打開S3,觀察燈泡是否熄滅。5）斷開S4,再使晶閘管導(dǎo)通，斷開門極電壓。逐漸減小陽極電壓，當(dāng)電流表指針由某值突然降到零時刻值就是被測晶閘管的維持電流。此時若再升高陽極電壓，燈泡也不再發(fā)亮，說明晶閘管已經(jīng)關(guān)斷。6）總結(jié)關(guān)斷晶閘管的方法。說出電容的作用。4、各種電力電子器件的特性按圖1-6接線，首先將晶閘管（SCR）接入主電路，在實驗開始時，逐漸升高晶閘管陽極與陰極之間的正向直流電壓，當(dāng)直流電壓升到40V時，停止升高；調(diào)節(jié)給定電位器RP1,逐步增加給定電壓，監(jiān)視電壓表、電流表的讀數(shù)，當(dāng)電壓表指示接近零（表示管子完全導(dǎo)通），停止調(diào)節(jié)，記錄給定電壓U

7、g調(diào)節(jié)過程中回路電流Id以及器件的管壓降uv。實驗線路的具體接線如下圖所示：圖中的電阻R可用白熾燈代替。三相電源輸出2整流及Pib濾波（2）斷電后將圖1-6中的SCR換成功率場效應(yīng)管（MOSFET）,重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。Ugg圖1-6新器件特性實驗原理圖（3）斷電后將圖1-6中的SCR換成絕緣雙極性晶體管（IGBT）,重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UggJUgg五、注意事項1、為保證功率器件在實驗過程中避免功率擊穿，應(yīng)保證管子的功率損耗（即功率器件的管壓降與器件流過的電流乘積）小于8W。2、用萬用表測試晶閘管門極與陰極間正反向電阻時，發(fā)現(xiàn)有的晶閘管正反向電阻很按近，這種現(xiàn)象并不能說明晶閘管已

8、損壞，只要正向電阻比反向電阻小些，該晶閘管就是好的。3、在用萬用表測量晶閘管門極與陰極間電阻時，不能用RXIOkQ檔，以防損壞門極，一般用RX10Q檔測量。六、實驗報告要求1、回答實驗中提出的問題。2、總結(jié)實驗內(nèi)容。實驗二單相整流電路測試一、實驗?zāi)康?熟悉用三極管代替可變電阻的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及電路中各元件作用2對電阻負(fù)載、電阻電感負(fù)載的工作情況及波形作全面分析。3研究晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷條件。4掌握各種電力電子器件的工作特性。5掌握各器件對觸發(fā)信號的要求。二、實驗設(shè)備序號型號備注1JZB-II型或JZB-IA型電力電子變流技術(shù)實驗裝置1臺2滑線變阻器或燈板2個3電抗器1臺4雙蹤示波器

9、1臺5萬用表1塊三、實驗線路及原理實驗電路如圖2-1所示圖2-1單相半控橋?qū)嶒炿娐匪?、實驗?nèi)容及步驟1、實驗準(zhǔn)備1）熟悉電力電子變流技術(shù)實驗裝置，找出單結(jié)晶體管觸發(fā)電路路，所使用的晶閘管、整流二極管的位置，找出需要接線的端子。2）根據(jù)實驗電路圖2-1，把線接好，并找出測試點(diǎn)與測量插孔之間的對應(yīng)關(guān)系。2、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的測試閉合Q，觸發(fā)電路接通電源。用示波器逐一觀察觸發(fā)電路中整流輸出A點(diǎn)、削波B點(diǎn)、鋸齒波C點(diǎn)、單結(jié)晶體管輸出D點(diǎn)及脈沖變壓器輸出脈沖波形。調(diào)節(jié)移相電位器RP,觀察鋸齒波電壓uc的變化及輸出脈沖的移動情況。估計觸發(fā)電路的移相范圍。3、電阻負(fù)載1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路測試正常后，可在

10、主電路d、o端接上電阻負(fù)載Rd,做單相橋式半控整流電路電阻負(fù)載實驗。按接通按鈕，接觸器KM吸合，主電路接通電源。用示波器觀察負(fù)載電壓ud、晶閘管兩端電壓uVT、及整流二極管兩端電壓uVD的波形。調(diào)節(jié)移相電位器RP，用示波器觀察并記錄不同a角時的ud、uVT、uVD波形、測量各電源電壓U2及負(fù)載Ud的數(shù)值，驗證Ud=0.9U2(1+cosa)/2的關(guān)系，并將測量的結(jié)果記錄于表2-1中。2)用雙蹤示波器觀察ud與ug之間的相位關(guān)系。4、電阻電感負(fù)載按停止按鈕，主電路切斷電源，然后在d、0端換接上電阻電感負(fù)載(即Rd與Ld串聯(lián),見圖2-1)(1) 不接續(xù)流二極管1) 按接通按鈕，主電路接通電源，然后

11、用示波器觀察不同導(dǎo)通角時ud、id、uVT的波形，同時測量U2、Ud的數(shù)值記入表中。作出Ud心2=f(a)曲線，并與Ud=0.9U2(1+cosa)/2進(jìn)行比較分析。2) 調(diào)節(jié)Rd的大小，觀察id波形的變化。3) 當(dāng)ug突然消失時，觀察失控現(xiàn)象并記錄ud波形。(2) 接續(xù)流二極管在用電力電子變流技術(shù)實驗裝置時，續(xù)流二極管可在主電路單元六個二極管中選用。重復(fù)上述步驟，并觀察脈沖消失時有無失控現(xiàn)象。表2-1負(fù)載性質(zhì)aU2Udud波形id波形uVT波形電阻電阻電感不帶VD電阻電感帶VD五、注意事項雙蹤示波器在同時使用兩個探頭測量時，必須將兩探頭的地線端接在電路的同一電位點(diǎn)上，否則會因兩探頭地線造成被

12、測量電路短路事故。六、實驗報告要求1、作出電阻和電阻電感負(fù)載時Ud/U2=f(a)關(guān)系曲線。2、討論分析實驗結(jié)果，并對實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析。實驗三觸發(fā)電路實驗一、實驗?zāi)康?進(jìn)一步理解集成觸發(fā)器KC04的工作原理。2. 掌握集成觸發(fā)器KC04的接線與調(diào)試方法。3. 熟悉集成觸發(fā)器KC04各點(diǎn)的波形。二、實驗設(shè)備序號型號備注1JZB-II型或JZB-IA型電力電子變流技術(shù)實驗裝置1臺2雙蹤示波器1臺3萬用表1塊三、實驗線路及原理集成觸發(fā)器KC04的電路原理如圖31所示。圖31鋸齒波同步觸發(fā)電路工作原理：KC04的內(nèi)電路見圖1,與分立器件的鋸齒波移相電路相似，由同步、鋸齒波形產(chǎn)生、移相控制、

13、脈沖形成、功率放大等部分組成。圖中VT1VT3等組成同步檢測電路，VT5與外接電容C2構(gòu)成自舉式（密勒）積分器為鋸齒波產(chǎn)生電路。同步正弦電壓UT由腳引入，在UT的正負(fù)半周內(nèi)VT1和VT2、VT3交替導(dǎo)通，使VT1、VT3的集電極在對應(yīng)的半周內(nèi)輸出低電位使VT4截止，電源經(jīng)電阻R6、R14為外接電容C2充電，形成線性增大的鋸齒波電壓。在UT電壓的過零點(diǎn)絕對值小于0.7V范圍內(nèi)，VT1VT3均截止導(dǎo)至VT4飽和，C2迅速放電，使每半周期的鋸齒波電壓起點(diǎn)一致。VT6及外接元件組成脈沖移相環(huán)節(jié)，腳輸入的移相控制電壓UK、偏移電壓UP和C2上的鋸齒波電壓并聯(lián)迭加，當(dāng)VT6的基極電壓達(dá)到0.7時，VT6導(dǎo)

14、通其集電極輸出低電平，經(jīng)011、O12腳外接電容C1微分耦合到VT7的基極使其由飽和轉(zhuǎn)為截止，一個電源周期內(nèi)，在VT7的集電極得到間隔180°的兩組由R12、C1時間常數(shù)決定其寬度的高電平脈沖，經(jīng)VT8、VT12分別封鎖其正負(fù)半周，由兩組功率放大級VT9VT11和VT13VT15分別放大后從、015輸出。O13、O14腳為脈沖列調(diào)制和脈沖封鎖控制端用于三相控制。四、實驗內(nèi)容及步驟1、根據(jù)實驗電路圖找出主要測試點(diǎn)與測量插孔的對應(yīng)關(guān)系。2、按圖3-1接通各直流電源及同步電壓。3、用雙蹤示波器觀察各主要點(diǎn)的波形。4、調(diào)節(jié)移相控制電位器，觀察波形的變化，并記錄某一a角時各點(diǎn)波形于表3-1中，

15、同時標(biāo)出各波形的幅值與寬度。表3-1ausuc5ub6uc6ub7uc7uellue15五、注意事項1、實驗前先接通三相電源線，再按起動按鈕，閉合Q,接通觸發(fā)電路電源。2、注意雙蹤示波器的使用，在同時使用兩個探頭時，應(yīng)將兩探頭的地線端接在一起或分別接在變壓器的一、二次側(cè)，防止發(fā)生短路事故。六、實驗報告要求1、整理實驗中記錄的波形并與原理圖對照，分析記錄波形的正確性。2、總結(jié)集成觸發(fā)器有哪些優(yōu)點(diǎn)？3、討論分析實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象。實驗四單相逆變電路的測試一、實驗?zāi)康?進(jìn)一步了解并聯(lián)逆變器的工作原理，了解各元件的作用。2研究并聯(lián)逆變器對觸發(fā)脈沖的要求。3研究換向電容、電感對逆變電路的影響。4對電阻、電

16、阻電感負(fù)載的工作情況及波形作全面分析。二、實驗設(shè)備序號型號備注1JZB-I型晶閘管變流技術(shù)實驗裝置1臺2電抗器1臺3變阻器1臺4雙蹤示波器1臺5頻率計1塊6萬用表1塊7直流電流表1塊三、實驗線路及原理1、圖4-1是常見的單相并聯(lián)逆變器原理圖，交替地導(dǎo)通與關(guān)斷晶閘管VT1、VT2就能在逆變變壓器的二次側(cè)得到交變電壓,其頻率取決于VT1、VT2交替通斷的頻率，現(xiàn)以“555”集成塊時基電路為基礎(chǔ)振蕩源，通過JK觸發(fā)器二分頻得到相位相差180°的觸發(fā)脈沖，經(jīng)V1、V2進(jìn)行功率放大后交替觸發(fā)VT1、VT2兩只晶閘管，調(diào)節(jié)RP就能使負(fù)載獲得約30160Hz的交變電壓。圖4-1單相并聯(lián)逆變器實驗電

17、路555集成電路的時鐘頻率f可用下式計算f_1.44f_(R+2R')C12式中的R'為RP的阻值與R2的阻值之和。22因此，在R=3kQ，C=1pF的情況下，要使負(fù)載上得到50Hz交流電，555集成電路時鐘頻率就應(yīng)為f=100Hz(這因為JK觸發(fā)器二分頻后就得到50Hz的觸發(fā)脈沖)。這樣就可算出R'為211.4411.44R'=(-R)=(-3000)kQ=5.7kQ22fCi2100x1x10-6由此看來，只要R1、R2、RP、C的數(shù)值選擇的合適，調(diào)節(jié)RP就能方便得到要求頻率的輸出電壓。換向電容是用來強(qiáng)迫關(guān)斷晶閘管的，其電容量不能太小，否則無法換向，但也不能

18、太大，太大了會增加損耗，降低逆變器的效率。L為換向電感，用業(yè)限制充放電電流，換向電容、換向電感的數(shù)值一般用下式計算：ItC沁1mq0.7EEtLuq0.5I1m式中!1m逆變變壓器一次峰值電流(A)；E直流電源電壓(V);tq晶閘管關(guān)斷時間(“s)。VD1、VD2是用來防止換向電容通過逆變變壓器的一次繞組放電。VD3、VD4為反饋二極管，為電感L提供了一條釋放磁能的通路。R'為限流電阻，在電源容量允許的條件下，R'可短接。四、實驗內(nèi)容及步驟1、首先接通+5V及+15V直流電源，用示波器觀察A點(diǎn)波形，調(diào)節(jié)RP,觀察555集成時基電路的頻率是否連續(xù)可調(diào)。觀察B、C點(diǎn)波形是否頻率為A點(diǎn)的一半，是否B、C點(diǎn)的相位正好相差180°。2、觀察E、D點(diǎn)及輸出脈沖ug1、ug2的波形，檢查逆變觸發(fā)電路工作是否正常。3、閉合換向電容開關(guān)Q1、Q2，暫不接負(fù)載，接通12V直流電源，此時電流表應(yīng)有較小的讀數(shù)。用示波器觀察逆變器的輸出電壓uo應(yīng)為交流波形。調(diào)節(jié)555電位器RP，交流電壓的頻率應(yīng)連續(xù)可調(diào)，此時表