实验指导书 最终版

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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 1.NMCL-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= ,toff=

(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= ,toff=

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= ,toff=

(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= ,toff=

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= ,toff=

(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= ,toff=

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= ,toff=

。 (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= ,toff=

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 1.NMCL系列教学实验台主控制屏。 2.NMCL—33组件。 3.NMEL—03三相可调电阻。 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1V~2V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=150o。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30o~90o范围内(具体方法和1中的(4)相同),用示波器观察记录=30O、60O、90O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(=30O)。 (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),

UVW

1VT

2VT3VT4VT5VT

6VTC

R

A 1A

2A1

F

2F