电力电子技术实验报告 (2)

第1页(共23页)电力电子技术实验报告学院：专业：班级：姓名：实验一锯齿波同步移相触发电路实验一、实验目的(1)加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的第2页(共23页)作用。(2)掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路的原理图见DJK03-1挂件介绍中锯齿波同步移相触发电路原理图。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参见DJK03-1挂件介绍部分和电力电子技术教材中的相关内容。四、实验内容(1)锯齿波同步移相触发电路的调试。(2)锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。五、实验方法(1)将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V±10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线第3页(共23页)将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。(2)调节触发脉冲的移相范围将控制电压Uct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“6”点U6的波形，调节偏移电压Ub(即调RP3电位器)，使α=170°，其波形如下图所示。锯齿波同步移相触发电路(3)调节Uct（即电位器RP2）使α=60°，观察并记录U1～U6第4页(共23页)及输出“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。U1U2U3U4U5U6幅值（V）0.480.340.110.340.80.038宽度（ms）2020207.2510六、实验报告整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其幅值和宽度。数据见表格。实验截图如下：第5页(共23页)七、注意事项(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接第6页(共23页)在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。(2)由于正弦波触发电路的特殊性，我们设计移相电路的调节范围较小，如需将α调节到逆变区，除了调节RP1外，还需调节RP2电位器。(3)由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。八、实验心得体会锯齿波同步移相触发电路1、2由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲放大等环节组成，通过本实验使我更加理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用，并基本掌握掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。实验二新器件特性实验一、实验目的(1)掌握各种电力电子器件的工作特性。第7页(共23页)(2)掌握各器件对触发信号的要求。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。3DJK07新器件特性实验4DJK09单相调压与可调负载5万用表自备三、实验线路及原理将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由DJK06上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09上的可调电阻负载，将两个90Ω的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。实验线路的具体接线如下图所示：第8页(共23页)四、实验内容(1)晶闸管（SCR）特性实验。(2)可关断晶闸管（GTO）特性实验。(3)功率场效应管（MOSFET）特性实验。(4)大功率晶体管（GTR）特性实验。(5)绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。五、实验方法(1)按图3-26接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将DJK06上的给定电位器RP1沿逆时针旋到底，S1拨到“正给定”侧，S2拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调到底，DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置；打开DJK06的电源开关，按下控制屏上的“启动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压Ug调节过程中回路电流Id以及器件的管压降Uv。Ug0.81.742.703.34.67Id0.050.040.030.020.01Uv-95-80-60-45-24(2)按下控制屏的“停止”按钮，将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO），重复上述步骤，并记录数据。Ug03.513.613.643.76Id-0.05-0.05-0.04-0.03-0.01Uv9483665531(3)按下控制屏的“停止”按钮，换成功率场效应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。第9页(共23页)Ug04.794.844.945.01Id-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01Uv9275663524(4)按下控制屏的“停止”按钮，换成大功率晶体管（GTR），重复上述步骤，并记录数据。Ug00.140.150.160.17Id-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01Uv9573563622(5)按下控制屏的“停止”按钮，换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。Ug05.035.065.115.19Id-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01Uv9770574523六、实验报告根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。晶闸管SCR输出特性024612345UgIgUgIdGTO输出特性-202412345UIUgId图一晶闸管SCR输出特性图二GTO输出特性GTO输出特性-202412345UIUgIdMOSFET输出特性-2024612345UIUgId图三GTO输出特性图四MOSFET输出特性第10页(共23页)IGBT输出特性-2024612345UIUgId图五IGBT输出特性实验截图如下：第11页(共23页)七、注意事项(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。(2)为保证功率器件在实验过程中避免功率击穿，应保证管子的功率损耗(即功率器件的管压降与器件流过的电流乘积)小于8W。(3)为使GTR特性实验更典型，其电流控制在0.4A以下。(4)在本实验中，完成的是关于器件的伏安特性的实验项目，老师可以根据自己的实际需要调整实验项目，如可增加测量器件的导通时间等实验项目。八、实验心得体会不同的电力电子器件，因其制造工艺上的不同，其导通即关断过程存在一定的差异，通过对其工作特性曲线的分析可以发现：GTR和GTO是双极性电流驱动器件，具有电导调制效应，通流能力强，但开关速度较低，所需驱动功率大；而电力ＭＯＳＦＥＴ是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小。ＩＧＢＴ综合了GTR和ＭＯＳＦＥＴ的优点，具有良好的特性。第12页(共23页)实验三单相交流调压电路实验一．实验目的（1）加深理解单相交流调压电路的工作原理；（2）加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；（3）了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。二．实验器材（1）DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置；（2）DJK01、DJK02、DJK03-1、D42等挂箱；（3）双踪示波器；（4）万用表。三．实验内容(1)KC05集成移相触发电路的调试。(2)单相交流调压电路带电阻性负载。(3)单相交流调压电路带电阻电感性负载。四．实验电路本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线第13页(共23页)性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-13所示。图中电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联接法，晶闸管则利用DJK02上的反桥元件，交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到，电抗器Ld从DJK02上得到，用700mH。五．实验内容及步骤(l)KCO5集成晶闸管移相触发电路调试将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用示波器观察“1”～“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到170°，记录上述过程中观察到的各点电压波形。(2)单相交流调压带电阻性负载第14页(共23页)将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端“G1”、“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压UvT的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在不同α角时各点波形的变化，并记录α=30°、60°、90°、120°时的波形。(3)单相交流调压接电阻电感性负载a)在进行电阻电感性负载实验时，需要调节负载阻抗角的大小，因此应该知道电抗器的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻，如图3-16所示。电抗器的内阻为：电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图8-14所示。由于电流大时，对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。第15页(共23页)六、注意事项（1）触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正