电力电子技术实验教案

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课程教案

课程名称:电力电子技术实验

任课教师:张振飞

所属院部:电气与信息工程学院

教学班级:电气专1201-1202、电气本1105 教学时间:2013—2014学年第二学期

湖南工学院

课程基本信息

实验一、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验(专、本)

一、实验目的

(1)掌握各种电力电子器件的工作特性。

(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

该控制屏包含“三相电源输出”,

1 DJK01 电源控制屏

“励磁电源”等几个模块。

DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”以及“开关”。

2

3 DJK07 新器件特性实验

4 DJK09 单相调压与可调负载

5 万用表

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图1-1所示:

图1-1 新器件特性实验原理图

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1-1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。

(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。

(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。

(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。

(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。

六、实验报告

根据得到的数据,绘出各器件的输出特性。

七、注意事项

(1) 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。

(2) 为使GTR特性实验更典型,其电流控制在0.4A以下。

(3) 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。

实验二、锯齿波同步移相触发电路实验实验(本)

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如图1-11所示。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1-3节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U

3和“6”点电压U

6

的对应关系。

(2)调节触发脉冲的移相范围

将控制电压U

ct

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U

6的波形,调节偏移电压U

b

(即调RP3电位器),使α=170°,其波

形如图2-1所示。

图2-1锯齿波同步移相触发电路

(3)调节U

ct (即电位器RP2)使α=60°,观察并记录U

1

~U

6

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)

宽度(ms)

六、实验报告

(1)整理、描绘实验中记录的各点波形,并标出其幅值和宽度。

(2)总结锯齿波同步移相触发电路移相范围的调试方法,如果要求在U

ct

=0的条件下,使α=90°,如何调整?

(3)讨论、分析实验中出现的各种现象。

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