电路实验指导书 最终版

1电力电子技术实验指导书电气工程及其自动化专业自动化专业适用青岛科技大学自动化学院电气工程教研室2实验一 MOSFET、IGBT 的特性与驱动电路研究一、实验目的1熟悉 MOSFET、IGBT 开关特性的测试方法。2. 掌握 MOSFET、IGBT 对驱动电路的要求。3熟悉 MOSFET、IGBT 主要参数的测量方法。二、实验内容1. MOSFET 的特性与驱动电路研究2. IGBT 的特性与驱动电路研究三、实验设备、仪器1NMCL-07C 电力电子实验箱。2双踪示波器。3万用表。4教学实验台主控制屏四、实验要求1.掌握 MOSFET、IGBT 开关特性，熟悉波形观察。五、注意事项1双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须是两探头的地线同电位（只用一根地线即可） ，以免造成短路事故。2改接线路时，必须先断开电源。六、实验原理图3(a) 测试电路 (b) 开关过程波形图 1.电力 MOSFET 的开关过程图 2. IGBT 的开关过程七、实验方法(一)MOSFET 的开关特性与驱动电路研究1不同负载时 MOSFET 的开关特性测试4（1）电阻负载时开关特性测试MOSFET：将开关 S2 拨到15V，PWM 波形发生器的“21” 与面板上的“20” 相连， “26”与功率器件 MOSFET 的“G” 端、 “D”端与主回路的“1” 、 “S”端与“14” 、 “18”与主回路的“3”相连。接通低压控制电路的低压电源。用示波器分别观察，栅极驱动信号 uGS（“G”端与“18”之间) 的波形及电流 is(“14”与“18”之间) 的波形，记录开通时间 ton，关断时间 toff，并且记录波形。ton= ，t off= （2）电阻、电感负载时开关特性测试除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”断开，而将“2” 相连)，其余接线与测试方法同上，记录开通时间 ton，关断时间 toff，并且记录波形。ton= ，t off= 2不同栅极电流时的开关特性测试分别测量 24 与 26、27、28 之间的电阻大小，并分析不同负载时的开通与关断时间差异。（1）断开 “26”与“G” 端的连接，将栅极回路的“27”与“G”端相连，其余接线同上，测量并记录栅极驱动信号 uGS（“G”端与“18”之间）及电流 is（ “14”与“18” 之间）波形，记录开通时间 ton，关断时间 toff，并且记录波形。ton= ，t off= （2）断开 “27”与“G” 端的连接，将栅极回路的“28”与“G”端相连，其余接线与测试方法同上，并且记录波形。ton= ，t off= 3并联缓冲电路作用测试（1）带电阻负载MOSFET：“6”与 MOSFET 的“D”端相连、 “7”与“S”端相连，观察有与没有缓冲电路时 “G”端与“18”及 MOSFET 的“14”端与 “18”之间波形，记录波形并分析差异。（2）带电阻，电感负载将 1 断开，将 2 接入，有与没有缓冲电路时，观察波形的方法同上。（二）IGBT 的开关特性与驱动电路研究1不同负载时 IGBT 的开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试IGBT：将开关 S2 拨到15V， PWM 波形发生器的“21”与面板上的“20”相连， “26”与功率器件 IGBT 的“G” 端、 “C”端与主回路的“1”、 “E”端与“14” 、 “18”与主回路的“3”相连。用示波器分别观察，栅极驱动信号 ib（“G”端与“18”之间) 的波形及电流 ie(“14”与“18”之间) 的波形，记录开通时间 ton，关断时间 toff，并且记录波形。ton= ，t off= （2）电阻、电感负载时开关特性测试除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”断开，而将“2” 相连)，5其余接线与测试方法同上，并且记录波形。ton= ，t off= 2不同栅极电流时的开关特性测试分别测量 24 与 26、27、28 之间的电阻大小，并分析不同负载时的开通与关断时间差异。（1）断开 “26”与“G” 端的连接，将栅极回路的“27”与“G”端相连，其余接线同上，测量并记录栅极驱动信号 ig（“G”端与“18”之间）及电流 is（“14”与“18”之间）波形，记录开通时间 ton，关断时间 toff，并且记录波形。ton= ，t off= 。（2）断开 “27”与“G” 端的连接，将栅极回路的“28”与“G”端相连，其余接线与测试方法同上，并且记录波形。ton= ，t off= 3并联缓冲电路作用测试（1）带电阻负载IGBT：“4”与 IGBT 的“C”端相连、 “5 与“E” 端相连，观察有与没有缓冲电路时 IGBT的 “G”端与“18”及 IGBT 的“C”端与 “18”之间波形，记录波形并分析差异。（2）带电阻，电感负载将 1 断开，将 2 接入，有与没有缓冲电路时，观察并记录波形，方法同上。七、实验报告1. 绘出电阻负载，电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形，并分析不同负载时开关波形的差异，并在图上标出 ton，toff。2. 绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明并联缓冲电路的作用，并在图上标出 ton，toff。6实验二 三相桥式全控整流电路实验一、实验目的1. 熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。2. 掌握三相桥式全控整流电路正常状态和故障状态下的波形观察。3. 测取直流电动机的调压调速特性。二、实验内容1三相桥式全控整流电路。2. 调试触发电路并测取其各点的波形。3观察整流状态下，模拟电路故障现象时的波形。4. 测取直流电动机的调压调速特性。三、实验设备、仪器1NMCL 系列教学实验台主控制屏。2NMCL33 组件。3NMEL03 三相可调电阻。4. 电机导轨及测速发电机、直流电动机 M03。5双踪示波器。6. 万用表。四、实验要求1. 掌握三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。2. 熟悉集成触发器的调整方法及各点波形。3. 掌握三相桥式全控整流电路正常状态和故障状态下的波形观察。4. 综合电机与拖动基础 ，掌握直流电动机的调压调速特性。五、注意事项1双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须是两探头的地线同电位（只用一根地线即可） ，以免造成短路事故。2改接线路时，必须先断开电源。3触发脉冲的观测孔不要用导线与晶闸管的门极相连，否则会烧坏触发板。4电动机在工作前要先加上励磁。5电动机起动前要先检查给定旋钮是否在零位上，以避免突加电压起动造成过流。7六、实验步骤1未上主电源之前，先检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）打开 NMCL-31 上的低压电源开关，用示波器观察 NMCL-33 的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔 60o的幅度相同的双脉冲。（2）检查相序：用示波器观察“1” ， “2”脉冲观察孔，若“1” 脉冲超前“2” 脉冲 600，则相序正确，否则，应调整输入交流电源的相序。检查完毕后，断开“低压直流电源” 。（3）将 NMCL-33 板上的 Ublf接地，将 I 组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”（处于弹起状态） 。接通“低压电源” ，用示波器的一个探头逐个观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为 1V2V 的双脉冲。 （注意：此时要逐个测试，不得同时观察两个晶闸管上的脉冲）（4)NMCL-31 面板上给定器输出 Ug 接至 NMCL-33 面板的 Uct 端，调节偏移电压 Ub，在 Uct=0 时，使=150 o。具体方法为：用双踪示波器的一路接.U 相同步电压，另一路接1#脉冲孔的触发脉冲，调节偏移电压 Ub 电位器，使得脉冲出现的位置刚好对应于 U 相同步电压的 180o位置（即 U 相的负过零电） 。 （注意：示波器两路输入的横轴必须重合，否则将会产生误差）2三相桥式全控整流电路按图 3-1 接线，将 Rd 调至最大(450)。图 3-1 三相桥式全控整流电路合上主电源。调节 Uct（即给定器输出 Ug 电位器） ，使在 30o90o范围内（具体方法和 1 中的（4）相同） ，用示波器观察记录=30 O、60 O、90 O时，整流电压 ud=f（ t） ，晶闸管两端电压 uVT=f（ t）的波形，并记录相应的 Ud 和交流输入电压 U2数值。3电路模拟故障现象观察（=30 O） 。（1）在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关（依次按下触发脉冲的六个开关中其中一个） ，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并分别记录此时的ud波形。（2）断开两只晶闸管元件的触发脉冲开关（任意按下触发脉冲六个开关中其中两个），观察并分别记录此时的 ud波形。（3）断开三只晶闸管元件的触发脉冲开关（任意按下触发脉冲六个开关中其中三个）UVW1T2V3456CRA121F28，观察并分别记录此时的 ud波形。4晶闸管直流电动机系统的调压调速特性(1) 系统零位调整Uct 接地，用双踪示波器同时观察 NMCL-33 板上的 U 相同步信号和 1 号孔触发脉冲,观察触发脉冲的相位是否为 =90 (注意:同步信号 30的点为自然换向点,即 =0的点.),若不对,应调节偏移电压电位器,使 =90。也可以同时观察 V 相同步信号和 1 号孔触发脉冲，调节偏移电压使 1 号触发脉冲与 V 相电压的正向过零点相对应。触发脉冲的相位关系如下图所示。（2）按图 3-2 所示接好线，将电阻负载换为直流电动机，将电流表串联到电枢回路中，直流电动机接上励磁。电动机空载。打开测速表电源。图 3-2 三相桥式全控整流电路电机负载电路（2）将 Ug调为零，合上直流励磁电源和交流电源，在保证有励磁电流的前提下，逐渐增加 Ug，使电动机起动起来。此时注意观察电流表的数值，应在 0.1A 左右（如果电动机不转，且电流表的读数迅速增大，说明励磁电源未接上） 。观察转速值，在 01600r/min 之间取 10 个左右数据，同时测量电枢两端的电压，记UVW1T2V3456CRAM03121F29录在表 1 中。表 1 Ud（V）n（r/min）七、实验报告要求1画出电路的移相特性 Ud=f()曲线；2作出整流电路的输入输出特性 Ud/U2=f（ ） ；3画出三相桥式全控整流电路时，角为 30O、60 O、90 O时的 ud、u VT波形；4画出模拟故障的波形图并简单分析模拟故障现象。5. 根据实验数据画出直流电动机空载时的电压-速度特性 n=f(Ud)曲线。八、思考题1在三相桥式全控整流电路实验过程中，示波器观察到的整流输出电压波形不整齐，请问是什么原因？2触发电路的调试和波形观察时，出现 1#和 2#双脉冲观察孔的脉冲等相位，请问是什么原因？3. 电路模拟故障现象观察时，为什么断掉不同晶闸管脉冲对应的整流输出电压波形不同？请以 VT1 和 VT2 为例说明。10实验三 直流斩波电路的性能研究一、实验目的熟悉降压斩波电路（Buck Chopper） 、升压斩波电路(Boost Chopper)、升降压斩波电路（buck-boost chopper）的工作原理，掌握这三种基本斩波电路的工作状态及波形情况。二、实验内容1降压斩波电路的波形观察及电压测试。2升压斩波电路的波形观察及电压测试。3升降压斩波电路的波形观察及电压测试。三、实验仪器、设备1电力电子教学实验台主控制屏。2NMCL-22 组件。3万用表。4双踪示波器四、实验要求1掌握降压斩波电路的工作原理、波形观察及电压测试。2掌握升压斩波电路的工作原理、波形观察及电压测试。3掌握升降压斩波电路的工作原理、波形观察及电压测试。五、实验方法（按照面板上各种斩波器的电路图，取用