電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書最新

1、實(shí)驗(yàn)一 電力電子元件測試一、實(shí)驗(yàn)?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(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號型號備注1晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷實(shí)驗(yàn)板 1塊230V直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)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(gè)71.5V×3干電池 1組8晶閘管 若干9IGBT和MOSFET 若干三、實(shí)驗(yàn)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(gè)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

2、細(xì)，大功率的門極則用金屬編制套引出，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(gè)電極，也無需測量就能識別。（2）晶閘管的簡單測試在實(shí)際的使用過程中，很多時(shí)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R×100，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(dòng)情況，如圖1-1所示。阻值無窮大圖1-1 測量陽極和陰極間反向電阻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(dòng)情況，如圖1-2所示。阻值無窮大圖1-2 測量陽極和陰極間正向電阻結(jié)果：正反向阻值均很大原因：晶閘管是四層

3、三端半導(dǎo)體器件，在陽極和陰極之間有三個(gè)PN結(jié)，無論如何加電壓，總有一個(gè)PN結(jié)處于反向阻斷狀態(tài)，因此正反向阻值均很大。3）將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(dòng)情況，如圖1-3所示。阻值不大圖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(dòng)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(shí)，阻值很??；當(dāng)紅表筆接控制極，黑表筆接陰極時(shí)，阻值較大。實(shí)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(gè)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

4、制極與陰極之間的PN結(jié)反向擊穿。2、SCR、MOSFET、IGBT特性實(shí)驗(yàn)將電力電子器件(包括SCR、MOSFET、IGBT三種)和負(fù)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、鑒別晶閘管的好壞用萬用表R×1k的電阻檔測量兩只晶閘管的陽極（A）-陰極（K）之間以及用R×10或R×100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RAKRKARAGRGARGKR

5、KG結(jié) 論VT1VT22、晶閘管的導(dǎo)通條件實(shí)驗(yàn)電路如圖1-5所示。 圖1-5 晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷條件實(shí)驗(yàn)電路 1)首先將S1S3斷開，閉合S4，加上30V正向陽極電壓，然后讓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，

6、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）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(shí)刻值就是被測晶閘管的維持電流。此時(shí)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(1)按圖1-6接線，首先將晶閘管（SCR）接入主電路，在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，逐漸升高晶閘管陽極

7、與陰極之間的正向直流電壓，當(dāng)直流電壓升到40V時(shí)，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Ug調(diào)節(jié)過程中回路電流Id以及器件的管壓降Uv。實(shí)驗(yàn)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。圖1-6 新器件特性實(shí)驗(yàn)原理圖UgIdUv(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)。UgIdUv(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)。UgIdUv五、注意事項(xiàng)1、為保證功率器件在實(shí)驗(yàn)過程中避免功率擊

8、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(shí)，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(shí)，不能用R×10k檔，以防損壞門極，一般用R×10檔測量。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、回答實(shí)驗(yàn)中提出的問題。2、總結(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)二 單相整流電路測試一、實(shí)驗(yàn)?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)

9、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(shí)驗(yàn)設(shè)備序號型號備 注1JZB-型或JZB-A型電力電子變流技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置 1臺(tái)2滑線變阻器或燈板 2個(gè)3電抗器 1臺(tái)4雙蹤示波器 1臺(tái)5萬用表 1塊三、實(shí)驗(yàn)線路及原理實(shí)驗(yàn)電路如圖2-1所示 圖2-1 單相半控橋?qū)嶒?yàn)電路四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1）熟悉電力電子變流技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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

10、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(dòng)情況。估計(jì)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(shí)驗(yàn)。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角時(shí)的ud、uVT、uVD波形、測量各電源電壓U2及負(fù)載Ud的數(shù)值，驗(yàn)證Ud=0.9U2（1+cos）/2的關(guān)系，并將測量的結(jié)果記錄于表2-1中。2）用

11、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，然后用示波器觀察不同導(dǎo)通角時(shí)ud、id、uVT的波形，同時(shí)測量U2、Ud的數(shù)值記入表中。作出Ud/U2=f()曲線，并與Ud=0.9U2（1+cos）/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(shí)，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(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，續(xù)流二極管可在主電路單元六個(gè)二極管中選用。重復(fù)上述步驟，并觀察脈沖消失時(shí)有無失控現(xiàn)象。 表2

12、-1負(fù)載性質(zhì)U2Udud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(xiàng)雙蹤示波器在同時(shí)使用兩個(gè)探頭測量時(shí)，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(huì)因兩探頭地線造成被測量電路短路事故。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、作出電阻和電阻電感負(fù)載時(shí)Ud/U2=f（）關(guān)系曲線。2、討論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)三 觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)設(shè)備序號型號備注1JZB-型或JZB-A型電力電子變流技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置 1臺(tái)2雙蹤示波器 1臺(tái)3萬用表

13、 1塊三、實(shí)驗(yàn)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、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

14、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(shí)，VT6導(dǎo)通其集電極輸出低電平，經(jīng)11、12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(gè)電源周期內(nèi)，在VT7的集電極得到間隔180º的兩組由R12、C1時(shí)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、15輸出。13、14腳為脈沖列調(diào)制和脈沖封鎖控制端用于三相控制。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖找出主

15、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，并記錄某一角時(shí)各點(diǎn)波形于表3-1中，同時(shí)標(biāo)出各波形的幅值與寬度。usuc5ub6uc6ub7uc7ue11ue15 表3-1五、注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)前先接通三相電源線，再按起動(dòng)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(shí)使用兩個(gè)探頭時(shí)，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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中出

16、現(xiàn)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)四 單相逆變電路的測試一、實(shí)驗(yàn)?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、電阻電感負(fù)載的工作情況及波形作全面分析。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號型號備注1JZB-型晶閘管變流技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置 1臺(tái)2電抗器 1臺(tái)3變阻器 1臺(tái)4雙蹤示波器 1臺(tái)5頻率計(jì) 1塊6萬用表1塊7直流電流表 1塊三、實(shí)驗(yàn)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(shí)基電路為基礎(chǔ)振蕩源，通過J

17、K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(shí)驗(yàn)電路 555集成電路的時(shí)鐘頻率f可用下式計(jì)算 式中的為RP的阻值與R2的阻值之和。 因此，在R1=3k，C=1F的情況下，要使負(fù)載上得到50Hz交流電，555集成電路時(shí)鐘頻率就應(yīng)為f=100Hz（這因?yàn)镴K觸發(fā)器二分頻后就得到50Hz的觸發(fā)脈沖）。這樣就可算出為 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

18、小，否則無法換向，但也不能太大，太大了會(huì)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(jì)算： 式中 I1m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(shí)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。 為限流電阻，在電源容量允許的條件下，可短接。四、實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)表明逆變