电力电子技术实验指导书最新

1、实验一 电力电子元件测试一、实验目的1观察晶闸管（SCR）的结构，掌握测试晶闸管好坏的正确方法。2观察IGBT和MOSFET的结构，掌握测试IGBT和MOSFET好坏的正确方法。3验证晶闸管导通与关断条件。4掌握各种电力电子器件的工作特性。二、实验设备 序号型号备注1晶闸管导通关断实验板 1块230V直流稳压电源 1台3指针式万用表 1块4电压表 1块5电流表 1块6可调电阻 1个71.5V×3干电池 1组8晶闸管 若干9IGBT和MOSFET 若干三、实验线路及原理1、晶闸管电极的判定和简单测试若从外观上判断，3个电极形状各不相同，无需作任何测量就可以识别。小功率晶闸管的门极比阴极

2、细，大功率的门极则用金属编制套引出，像一根辫子。有的在阴极上另引出一根较细的引线，以便和触发电路连接，这种晶闸管虽有4个电极，也无需测量就能识别。（2）晶闸管的简单测试在实际的使用过程中，很多时候需要对晶闸管的好坏进行简单的判断，我们常常采用万用表法进行判别。1）万用表档位放至于欧姆档R×100，将红表笔接在晶闸管的阳极，黑表笔接在晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图1-1所示。阻值无穷大图1-1 测量阳极和阴极间反向电阻2）将黑表笔接晶闸管的阳极，红表笔接晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图1-2所示。阻值无穷大图1-2 测量阳极和阴极间正向电阻结果：正反向阻值均很大原因：晶闸管是四层

3、三端半导体器件，在阳极和阴极之间有三个PN结，无论如何加电压，总有一个PN结处于反向阻断状态，因此正反向阻值均很大。3）将红表笔接晶闸管的阴极，黑表笔接晶闸管的门极观察指针摆动情况，如图1-3所示。阻值不大图1-3 测量门极和阴极间正向电阻4）将黑表笔接晶闸管的阴极，红表笔接晶闸管的门极观察指针摆动情况，如图1-4所示。阻值不大图1-4 测量门极和阴极间反向电阻理论结果：当黑表笔接控制极，红表笔接阴极时，阻值很小；当红表笔接控制极，黑表笔接阴极时，阻值较大。实测结果：两次测量的阻值均不大原因：在晶闸管内部控制极与阴极之间反并联了一个二极管，对加到控制极与阴极之间的反向电压进行限幅，防止晶闸管控

4、制极与阴极之间的PN结反向击穿。2、SCR、MOSFET、IGBT特性实验将电力电子器件(包括SCR、MOSFET、IGBT三种)和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由直流电源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。四、实验内容及步骤1、鉴别晶闸管的好坏用万用表R×1k的电阻档测量两只晶闸管的阳极（A）-阴极（K）之间以及用R×10或R×100档测量两只晶闸管的门极（G）-阴极（K）之间正反向电阻，并将所测数据填入表1-1，以判断被测晶闸管的好坏。表1-1被测晶闸管RAKRKARAGRGARGKR

5、KG结 论VT1VT22、晶闸管的导通条件实验电路如图1-5所示。 图1-5 晶闸管导通与关断条件实验电路 1)首先将S1S3断开，闭合S4，加上30V正向阳极电压，然后让门极开路或接一4.5V电压，观看晶闸管是否导通，灯泡是否亮。 2)加30V反向阳极电压，门极开路、接4.5V或接4.5V电压，观察晶闸管是否导通，灯泡是否亮。 3)阳极、门极都加正向电压，观看晶闸管是否导通，灯泡是否亮。 4)灯亮后去掉门极电压，看灯泡是否亮；再加4.5V反向门极电压，看灯泡是否继续亮，为什么？ 5)写出导通条件，说明控制极作用。3、晶闸管关断条件1）接通正30V电源，再接通4.5V正向门极电压使晶闸管导通，

6、灯泡亮，然后断开门极电压。 2）去掉30V阳极电压，观察灯泡是否亮。 3）接通30V正向阳极电压及正向门极电压使灯亮，然后闭合S1，断开门极电压。然后接通S2，看灯泡是否熄灭。 4）再把晶闸管导通，断开门极电压，然后闭合S3，再立即打开S3，观察灯泡是否熄灭。 5）断开S4，再使晶闸管导通，断开门极电压。逐渐减小阳极电压，当电流表指针由某值突然降到零时刻值就是被测晶闸管的维持电流。此时若再升高阳极电压，灯泡也不再发亮，说明晶闸管已经关断。6）总结关断晶闸管的方法。说出电容的作用。 4、各种电力电子器件的特性(1)按图1-6接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，逐渐升高晶闸管阳极

7、与阴极之间的正向直流电压，当直流电压升到40V时，停止升高；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。实验线路的具体接线如下图所示：图中的电阻R可用白炽灯代替。图1-6 新器件特性实验原理图UgIdUv(2) 断电后将图1-6中的SCR换成功率场效应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。UgIdUv(3) 断电后将图1-6中的SCR换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。UgIdUv五、注意事项1、为保证功率器件在实验过程中避免功率击

8、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。2、用万用表测试晶闸管门极与阴极间正反向电阻时，发现有的晶闸管正反向电阻很按近，这种现象并不能说明晶闸管已损坏，只要正向电阻比反向电阻小些，该晶闸管就是好的。3、在用万用表测量晶闸管门极与阴极间电阻时，不能用R×10k档，以防损坏门极，一般用R×10档测量。六、实验报告要求1、回答实验中提出的问题。2、总结实验内容。实验二 单相整流电路测试一、实验目的1熟悉用三极管代替可变电阻的单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件作用。2对电阻负载、电阻电感负载的工作情况及波形作全面分析。3研究晶闸管导通与关

9、断条件。4掌握各种电力电子器件的工作特性。5掌握各器件对触发信号的要求。二、实验设备序号型号备 注1JZB-型或JZB-A型电力电子变流技术实验装置 1台2滑线变阻器或灯板 2个3电抗器 1台4双踪示波器 1台5万用表 1块三、实验线路及原理实验电路如图2-1所示 图2-1 单相半控桥实验电路四、实验内容及步骤1、实验准备1）熟悉电力电子变流技术实验装置，找出单结晶体管触发电路路，所使用的晶闸管、整流二极管的位置，找出需要接线的端子。2）根据实验电路图2-1，把线接好，并找出测试点与测量插孔之间的对应关系。2、单结晶体管触发电路的测试闭合Q，触发电路接通电源。用示波器逐一观察触发电路中整流输出

10、A点、削波B点、锯齿波C点、单结晶体管输出D点及脉冲变压器输出脉冲波形。调节移相电位器RP，观察锯齿波电压uc的变化及输出脉冲的移动情况。估计触发电路的移相范围。3、电阻负载1）单结晶体管触发电路测试正常后，可在主电路d、o端接上电阻负载Rd，做单相桥式半控整流电路电阻负载实验。按接通按钮，接触器KM吸合，主电路接通电源。用示波器观察负载电压ud、晶闸管两端电压uVT、及整流二极管两端电压uVD的波形。调节移相电位器RP，用示波器观察并记录不同角时的ud、uVT、uVD波形、测量各电源电压U2及负载Ud的数值，验证Ud=0.9U2（1+cos）/2的关系，并将测量的结果记录于表2-1中。2）用

11、双踪示波器观察ud与ug之间的相位关系。4、电阻电感负载按停止按钮，主电路切断电源，然后在d、0端换接上电阻电感负载（即Rd与Ld串联，见图2-1）(1)不接续流二极管1）按接通按钮，主电路接通电源，然后用示波器观察不同导通角时ud、id、uVT的波形，同时测量U2、Ud的数值记入表中。作出Ud/U2=f()曲线，并与Ud=0.9U2（1+cos）/2进行比较分析。2）调节Rd的大小，观察id波形的变化。3）当ug突然消失时，观察失控现象并记录ud波形。(2)接续流二极管在用电力电子变流技术实验装置时，续流二极管可在主电路单元六个二极管中选用。重复上述步骤，并观察脉冲消失时有无失控现象。 表2

12、-1负载性质U2Udud波形id波形uVT波形电阻电阻电感不带VD电阻电感带VD五、注意事项双踪示波器在同时使用两个探头测量时，必须将两探头的地线端接在电路的同一电位点上，否则会因两探头地线造成被测量电路短路事故。六、实验报告要求1、作出电阻和电阻电感负载时Ud/U2=f（）关系曲线。2、讨论分析实验结果，并对实验中出现的异常现象进行分析。实验三 触发电路实验一、实验目的1进一步理解集成触发器KC04的工作原理。2掌握集成触发器KC04的接线与调试方法。3熟悉集成触发器KC04各点的波形。二、实验设备序号型号备注1JZB-型或JZB-A型电力电子变流技术实验装置 1台2双踪示波器 1台3万用表

13、 1块三、实验线路及原理集成触发器KC04的电路原理如图31所示。 图31 锯齿波同步触发电路工作原理：KC04的内电路见图1，与分立器件的锯齿波移相电路相似，由同步、锯齿波形产生、移相控制、脉冲形成、功率放大等部分组成。图中VT1VT3等组成同步检测电路，VT5与外接电容C2构成自举式（密勒）积分器为锯齿波产生电路。同步正弦电压UT由脚引入，在UT的正负半周内VT1和VT2、VT3交替导通，使VT1、VT3的集电极在对应的半周内输出低电位使VT4截止，电源经电阻R6、R14为外接电容C2充电，形成线性增大的锯齿波电压。在UT电压的过零点绝对值小于0.7V范围内，VT1VT3均截止导至VT4饱

14、和，C2迅速放电，使每半周期的锯齿波电压起点一致。 VT6及外接元件组成脉冲移相环节，脚输入的移相控制电压UK、偏移电压UP和C2上的锯齿波电压并联迭加，当VT6的基极电压达到0.7时，VT6导通其集电极输出低电平，经11、12脚外接电容C1微分耦合到VT7的基极使其由饱和转为截止，一个电源周期内，在VT7的集电极得到间隔180º的两组由R12、C1时间常数决定其宽度的高电平脉冲，经VT8、VT12分别封锁其正负半周，由两组功率放大级VT9VT11和VT13VT15分别放大后从、15输出。13、14脚为脉冲列调制和脉冲封锁控制端用于三相控制。四、实验内容及步骤1、根据实验电路图找出主

15、要测试点与测量插孔的对应关系。2、按图3-1接通各直流电源及同步电压。3、用双踪示波器观察各主要点的波形。4、调节移相控制电位器，观察波形的变化，并记录某一角时各点波形于表3-1中，同时标出各波形的幅值与宽度。usuc5ub6uc6ub7uc7ue11ue15 表3-1五、注意事项1、实验前先接通三相电源线，再按起动按钮，闭合Q，接通触发电路电源。2、注意双踪示波器的使用，在同时使用两个探头时，应将两探头的地线端接在一起或分别接在变压器的一、二次侧，防止发生短路事故。六、实验报告要求1、整理实验中记录的波形并与原理图对照，分析记录波形的正确性。2、总结集成触发器有哪些优点？3、讨论分析实验中出

16、现的现象。实验四 单相逆变电路的测试一、实验目的1进一步了解并联逆变器的工作原理，了解各元件的作用。2研究并联逆变器对触发脉冲的要求。3研究换向电容、电感对逆变电路的影响。4对电阻、电阻电感负载的工作情况及波形作全面分析。二、实验设备序号型号备注1JZB-型晶闸管变流技术实验装置 1台2电抗器 1台3变阻器 1台4双踪示波器 1台5频率计 1块6万用表1块7直流电流表 1块三、实验线路及原理1、图4-1是常见的单相并联逆变器原理图，交替地导通与关断晶闸管VT1、VT2就能在逆变变压器的二次侧得到交变电压，其频率取决于VT1、VT2交替通断的频率，现以“555”集成块时基电路为基础振荡源，通过J

17、K触发器二分频得到相位相差180°的触发脉冲，经V1、V2进行功率放大后交替触发VT1、VT2两只晶闸管，调节RP就能使负载获得约30160Hz的交变电压。 图4-1 单相并联逆变器实验电路 555集成电路的时钟频率f可用下式计算 式中的为RP的阻值与R2的阻值之和。 因此，在R1=3k，C=1F的情况下，要使负载上得到50Hz交流电，555集成电路时钟频率就应为f=100Hz（这因为JK触发器二分频后就得到50Hz的触发脉冲）。这样就可算出为 由此看来，只要R1、R2、RP、C的数值选择的合适，调节RP就能方便得到要求频率的输出电压。 换向电容是用来强迫关断晶闸管的，其电容量不能太

18、小，否则无法换向，但也不能太大，太大了会增加损耗，降低逆变器的效率。L为换向电感，用业限制充放电电流，换向电容、换向电感的数值一般用下式计算： 式中 I1m逆变变压器一次峰值电流(A); E直流电源电压(V); tq晶闸管关断时间(s)。VD1、VD2是用来防止换向电容通过逆变变压器的一次绕组放电。VD3、VD4为反馈二极管，为电感L提供了一条释放磁能的通路。 为限流电阻，在电源容量允许的条件下，可短接。四、实验内容及步骤1、首先接通+5V及+15V直流电源，用示波器观察A点波形，调节RP，观察555集成时基电路的频率是否连续可调。 观察B、C点波形是否频率为A点的一半，是否B、C点的相位正好相差180°。 2、观察E、D点及输出脉冲ug1、ug2的波形，检查逆变触发电路工作是否正常。 3、闭合换向电容开关Q1、Q2，暂不接负载，接通12V直流电源，此时电流表应有较小的读数。用示波器观察逆变器的输出电压uo应为交流波形。调节555电位器RP，交流电压的频率应连续可调，此时表明逆变