武汉工程大学电力电子技术试验分析报告

1、武汉工程大学电力电子技术实 验报告作者:日期:我i喽N宛2尊电力电子技术实验报告专业班级学 号学生姓名指导教师学院名称电气自动化2011级02班2011700023胡卫兵电气信息学院完成日期： 2013 年1月2日实验一 电力晶体管(GTR)驱动电路研究1 掌握GTR寸基极驱动电路的要求2 掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法1 连接实验线路组成一个实用驱动电路2. PW波形发生器频率与占空比测试3. 光耦合器输入、输出延时时间与电流传输比测试4. 贝克箝位电路性能测试5. 过流保护电路性能测试三. 实验线路四. 实验设备和仪器1. MCL-07电力电子实验箱2. 双踪示波器3. 万用表4

2、. 教学实验台主控制屏五. 实验方法1. 检查面板上所有开关是否均置于断开位置2. PW波形发生器频率与占空比测试(1) 开关S1、S2打向“通”，将脉冲占空比调节电位器 RP顺时针旋到底，用示波器观察1和2点间的PW波形，即可测量脉冲宽度、幅度与脉冲周期，并计算出频率f与占空比D当S2通, RP右旋时:RP右旋时:当S2通, RF左旋时:0L理亦.当S2断, RF左旋时:(2) 将电位器RF左旋到底，测出f与D。(3) 将开关S2打向“断”，测出这时的f与Db(4) 电位器RP顺时针旋到底，测出这时的f与Db(5) 将S2打在“断”位置，然后调节 RP使占空比D=0.2左右3 光耦合器特性测

3、试(1) 输入电阻为时的开门，关门延时时间测试a 将GTF单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“ 2” 相连，再分别连接GTR单元的“ 3”与“ 5”，“9 ”与“7”及“6”与“ 11”， 即按照以下表格的说明连线。GTR : 1GTk： 6GTR：3GTR： 63aPWM： 1PWM： 2GTR：5GTR： 7GTR： 11b.GT单元的开关S1合向“”，用双踪示波器观察输入“ 1”与“6”及输出“ 7” 与“ 11 ”之间波形，记录开门时间ton (含延迟时间td和下降时间tf )以及关门 时间toff (含储存时间ts和上升时间tr )对应的图为:(2) 输入电

4、阻为时的开门，关门延时时间测试将GT单元的“3”与“5”断开，并连接“ 4”与“ 5”，调节电位器R刊顺时针旋 到底(使RF短接)，其余同上，记录开门、关门时间。（3）输入加速电容对开门、关门延时时间影响的测试断开GT单元的“4”和“ 5”，将“2”、“3”与“5”相连，即可测出具有加速 电容时的开门、关门时间。对应的图为:（4）输入、输出电流传输比（CTR）测定电流传输比定义为CTR输出电流/输入电流GT单元的开关S1合向“ 5V', S2打向“通”，连接GTR勺“ 6”和PW波形发生器 的“ 2”，分别在GT单元的“4”和“5”以及“9”与“7”之间串入直流毫安 表，电位器RP左旋

5、到底，测量光耦输入电流lin、输出电流lout。改变RP（逐渐右旋），分别测量5-6组光耦输入，输出电流，填入表5 5。4 驱动电路输入，输出延时时间测试GT单元的开关S1合向“”，将GT单元的输入“ 1”与“6”分别与PW波形发生 器的输出“ 1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的“ 3”与“ 5”，“9”与“ 7” 及“6”与“ 11”、“ 8”，即按照以下表格的说明连线。GTR I 1GTRj 6GTR： 3 JGTR： 9JGTR： 65PWM： 1PWNG 2GTR： 5GTR： 7GTR： 11 aGTR： 8用双踪示波器观察GT单元输入“ 1”与“6”及驱动电路输出“14”与“

6、11 ”之 间波形，记录驱动电路的输入，输出延时时间。nn对应的图为:5 贝克箝位电路性能测试（1）不加贝克箝位电路时的GT存贮时间测试。GT单元的开关S1合向“”，将GT单元的输入“ 1”与“6”分别与PW波形发生 器的输出“ 1”与“2”相连，再分别连接GT单元的” 2 “、“3”与“5”，“9” 与“ 7”，“14” 与“ 19”，“ 29” 与“ 21”，以及 GT单元的“ 8”、“11”、“ 18”与主回路的“ 4”，GT单元的“22”与主回路的“ 1”，即按照以下表格 的说明连线。GTR : 1GTR： 6GTR： 3GTR： 9GTR： 8GTR： 14GTR： 29GTR： 2

7、2030055QPWM： 1PWM： 2GIR： 2UGTR： 5GTR： 7GTR： 11GIK： 19GTR： 21主冋路：iGTR： IS主冋路；4用双踪示波器观察基极驱动信号ub （“19”与“18”之间）及集电极电流ic （“22”与“18”之间）波形，记录存贮时间ts对应的图为:（2）加上贝克箝位电路后的GT存贮时间测试 在上述条件下，将20与 14相连，观察与记录ts的变化6. 过流保护性能测试在实验5接线的基础上接入过流保护电路，即断开“ 8”与“ 11 ”的连接，将“36”与“ 21”、“ 37”与“8”相连，开关S3放在“断”位置。用示波器观察“19”与“18”及“21”与

8、“18”之间波形，将S3合向“通”位 置，（即减小比较器的比较电压，以此来模拟采样电阻R8两端电压的增大），此时 过流指示灯亮，并封锁驱动信号。将S3放到断开位置，按复位按钮，过流指示灯灭，即可继续进行试验。实验二功率场效应晶体管(MOSFET特性与驱动电路研究一. 实验目的：1 熟悉MOSFE主要参数的测量方法2.掌握MOSEE对驱动电路的要求3 掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法二. 实验内容1. MOSFE主要参数：开启阀值电压VGS(th),跨导gFS,导通电阻RdS俞出特性ID=f(Vsd)等的测试2. 驱动电路的输入，输出延时时间测试.3. 电阻与电阻、电感性质载时，MOSF

9、E开关特性测试4. 有与没有反偏压时的开关过程比较5. 栅-源漏电流测试三. 实验设备和仪器1. MCL-07电力电子实验箱中的MOSFE与PW波形发生器部分2. 双踪示波器3. 毫安表4 .电流表5.电压表四. 实验线路见图五. 实验方法1. MOSFE主要参数测试(1)开启阀值电压VGS(th)测试开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时(通常取漏极电 流ID=1mA)的最小栅源电压。在主回路的“ 1”端与MOS管的“25”端之间串入 毫安表，测量漏极电流ID，将主回路的“ 3”与“4”端分别与MOST的“ 24” 与“23”相连，再在“ 24”与“23”端间接入电压表，测

10、量MOS?的栅源电压 Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0b2-JUL ,MOSFET" +5V6 ij u *-fet4O遵5-2 MOSFFTt 电鬲当漏极电流ID=1mA寸的将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数, 栅源电压值即为开启阀值电压 VGS(th )。读取67组ID、Vgs,其中ID=1mA必测，测的数据如图所示：/(2)跨导gFS测试双极型晶体管(GTR通常用hFE ( B )表示其增益，功率MOSFEf件以跨导gFS表示其增益。跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS= ID/ VGS典型的跨导额定值是在1/2额

11、定漏极电流和VDS=15下测得，受条件限制，实验中 只能测到1/5额定漏极电流值。根据表5 6的测量数值，计算gFS(3)转移特性ID = f (VGS栅源电压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。根据表46的测量数值，绘出转移特性。导通电阻RD测试导通电阻定义为RDS=VDS/ID将电压表接至MOS管的“25”与“23”两端，测量UDS其余接线同上。改变 VGS从小到大读取ID与对应的漏源电压VDS测量5-6组数值。测得数据如图所示:IID = f (VSD测试ID = f (VSD系指VG&0时的VDS!性，它是指通过额定电流时，并联寄生二极 管的正向压降。a. 在主回路的“

12、 3”端与MO管的“ 23”端之间串入安培表，主回路的“ 4”端与 MO管的“ 25”端相连，在MO管的“ 23”与“ 25”之间接入电压表，将RP右旋转 到底，读取一组ID与VS啲值。数据如图所示：b. 将主回路的“ 3”端与MO管的“ 23”端断开，在主回路“ 1”端与MO管的“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取另一组ID与VSD勺值数据如图所示:c. 将“T端与“ 23”端断开，在在主回路“ 2”端与“ 23”端之间串入安培表, 其余接线与测试方法同上，读取第三组ID与VSD勺值。数据如图所示:2快速光耦6N137俞入、输出延时时间的测试将MOSFET元的输入“ 1”与

13、“4”分别与PW波形发生器的输出“ T与“ 2”相 连，再将MOSFET元的“ 2”与“ 3”、“9”与“4”相连，用双踪示波器观察输 入波形(“1”与“ 4”)及输出波形(“ 5”与“9”之间)，记录开门时间ton、 关门时间toff 。 3驱动电路的输入、输出延时时间测试在上述接线基础上，再将“5”与“ 8”、“6”与“ 7”、“10”、“ 11”与“ 12”、 “ 13”、“ 14”与“16”相连，用示波器观察输入“ 1”与“4”及驱动电路输出 “ 18”与“9”之间波形，记录延时时间toff。4 电阻负载时MOSFET关特性测试(1) 无并联缓冲时的开关特性测试在上述接线基础上，将MO

14、SFET元的“ 9”与“4”连线断开，再将“ 20”与“ 24”、“ 22”与“ 23”、“ 21”与“9”以及主回路的“ 1”与“4”分别和MOSFET元的“ 25”与“21”相连。用示波器观察“ 22”与“ 21”以及“24”与“21”之间波形(也可观察“ 22”与“21”及“ 25”与“ 21”之间的波形)，记 录开通时间ton与存储时间ts o(2) 有并联缓冲时的开关特性测试在上述接线基础上，再将“25”与“ 27”、“ 21”与“26”相连，测试方法同上。5 电阻、电感负载时的开关特性测试(1)有并联缓冲时的开关特性测试将主回路“ 1”与MOSFET元的“25”断开，将主回路的“

15、2”与MOSFET元的“ 25”相连，测试方法同上。(2)无并联缓冲时的开关特性测试 将并联缓冲电路断开，测试方法同上。6 有与没有栅极反压时的开关过程比较(1) 无反压时的开关过程上述所测的即为无反压时的开关过程。(2) 有反压时的开关过程将反压环节接入试验电路，即断开 MOSFE单元的“9”与“21”的相连，连接 “9”与“ 15”，“17”与“ 21”，其余接线不变，测试方法同上，并与无反压 时的开关过程相比较。7不同栅极电阻时的开关特性测试电阻、电感负载，有并联缓冲电路(1) 栅极电阻采用R6=200Q时的开关特性。(2) 栅极电阻采用R7=470Q时的开关特性。(3) 栅极电阻采用R

16、8=1.2kQ时的开关特性。8 栅源极电容充放电电流测试电阻负载，栅极电阻采用R6,用示波器观察R6两端波形并记录该波形的正负幅值。9.消除咼频振荡试验当采用电阻、电感负载，无并联缓冲，栅极电阻为R6时，可能会产生较严重的高频振荡，通常可用增大栅极电阻的方法消除，当出现高频振荡时，可将栅极电 阻用较大阻值的R&实验三绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一. 实验目的1. 熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法。2. 掌握混合集成驱动电路EXB840勺工作原理与调试方法。二. 实验内容1. IGBT主要参数测试。2. EXB84性能测试。3. IGBT开关特性测试。4. 过

17、流保护性能测试。三. 实验设备和仪器1. MCL-07电力电子实验箱中的IGBT与PW波形发生器部分。2. 双踪示波器。3. 毫安表4. 电压表5 .电流表6. MC系列教学实验台主控制屏四. 实验报告1. IGBT主要参数测试(1)开启阀值电压VGS(th )测试在主回路的“ 1”端与IGBT的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“ 3”与“4”端分别与IGBT管的“14”与“17”端相连，再在“14”与“ 17”端间接入 电压表，并将主回路电位器RP左旋到底。将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流ID=1mA寸的栅源电 压值即为开启阀值电压VGS(th )。读取67组ID

18、、Vgs,其中ID=1mA必测，填入表5&ID (MA0.080.230.5211.5222.98VGS( V)5.85.966.086.176.246.296.35(2)跨导gFS测试在主回路的“ 2”端与IGBT的 “18”端串入安培表，将RP左旋到底，其余接线同 上。将RP逐渐向右旋转，读取ID与对应的VG值，测量5-6组数据，填入表ID (MA0.230，420.7111.371.832VGS( V)15.0014.9914.9814.9714.9614.9314.92(3)导通电阻Rds测试将电压表接入“ 18”与“ 17”两端，其余同上，从小到大改变 Vgs，读取Id与对应

19、的漏源电 压Vds，测量5-6组数据，填入表ID (MA0.080.230.5211.5222.98VGS( V)5.85.966.086.196.256.306.352. EXB84性能测试(1)输入输出延时时间测试IGBT部分的“1”与“13”分别与PW波形发生部分的“1”与“ 2”相连，再将IGBT部分的“ 10”与“13”、与门输入“ 2”与“ 1”相连，用示波器观察输入“ 1”与“13”及EXB84输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时 间。ton= 1US，toff=17USUltDS1062C5WTAI OSClllOSCOrTiw五、思考题1. 试对由EXB84构

20、成的驱动电路的优缺点作出评价。2在选用二极管V1时，对其参数有何要求？其正向压降大小对IGBT勺过流保护 功能有何影响？3. 通过MOSFE与IGBT器件的实验，请你对两者在驱动电路的要求，开关特性 与开关频率，有、无反并联寄生二极管，电流、电压容量以及使用中的注意事项 等方面作一分析比较。答：1、 EXB40具有过流检测及切断电路的功能，并且对10卩S以下的过流信号不予响应一旦确认出现过流，它就低速切断电路而慢速关断 IGBT。2、3、MOSFE是栅极电压来控制栅极电流的，驱动电路简单，需要驱动功率小，IGBT 的驱动电路与MOSFE相似但是需要注意对过电流和过电压的保护。MOSFE的开关容

21、量比IGBT的开关容量小，但开关频率高，且无反并联寄生二极管。MOSFET的电流，电压容量小。实验五三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一. 实验目的1 .熟悉 MCL-18, MCL-33组件。2 熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。3.了解集成触发器的调整方法及各点波形。二. 实验内容1. 三相桥式全控整流电路2. 三相桥式有源逆变电路3. 观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。三. 实验线路及原理实验线路如图4-12所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三 相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲 链。三相桥式整流及有源逆

22、变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教 材。四. 实验设备及仪器1. MC系列教学实验台主控制屏。2. MC 18组件(适合MC H )或MC31组件(适合MC 川)。3. MC33 (A)组件或 MC53组件(适合 MC U、M、V)4. MEL-03调电阻器(或滑线变阻器1.8K, 0.65A )5. MEL-02芯式变压器6. 二踪示波器7. 万用表五. 实验方法1. 按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。(1) 打开MCL-186源开关，给定电压有电压显示。(2) 用示波器观察MCL-33(或MCL-53以下同)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。(3) 检查相序，用示波器观察“ 1”，“ 2”单脉冲观察孔，“ 1”脉冲超前“ 2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。(4) 用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V 2V勺脉冲。注：将面板上的Ublf (当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1VT时)接 地，将I组