电力电子技术实验(课程教案)

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1501-1504班、自动化1501-1504自动化卓越1501教学时间：2017-2018学年第一学期湖南工学院课程基本信息1P 实验一、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验一、本次课主要内容1、晶闸管（SCR）特性实验。

2、可关断晶闸管（GTO）特性实验（选做）。

3、功率场效应管（MOSFET）特性实验。

4、大功率晶体管（GTR）特性实验（选做）。

5、绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。

二、教学目的与要求1、掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。

2、掌握各器件对触发信号的要求。

三、教学重点难点1、重点是掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。

2、难点是各器件对触发信号的要求。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。

五、作业与习题布置撰写实验报告2P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下图所示：3P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、预习要求阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。

六、思考题各种器件对触发脉冲要求的异同点？七、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)；4P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U g调节过程中回路电流I d以及器件的管压降U v。

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。

5P5、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。

八、实验报告根据得到的数据，绘出各器件的输出特性。

九、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。

实验后记：6P 实验二正弦波同步移相触发电路实验一、本次课主要内容1、正弦波同步移相触发电路的调试。

2、正弦波同步移相触发电路中各点波形的观察。

二、教学目的与要求1、熟悉正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。

2、掌握正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。

三、教学重点难点1、重点是正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。

2、难点是正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。

五、作业与习题布置撰写实验报告7P一、实验目的1、熟悉正弦波同步移相触发电路的工作原理和各元件的作用。

2、掌握正弦波同步移相触发电路的调试步骤和方法。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理正弦波同步移相触发电路的原理在1－3节已作介绍。

电路分脉冲形成、同步移相、脉冲放大等几个环节，具体工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。

四、实验内容1、正弦波同步移相触发电路的调试。

2、正弦波同步移相触发电路中各点波形的观察。

五、预习要求1、阅读本教材1-3节及电力电子技术教材中有关正弦波同步移相触发电路的内容，弄清正弦波同步移相触发电路的工作原理。

2、掌握脉冲初始相位的调整方法。

六、思考题1、正弦波同步移相触发电路由哪些主要环节组成?2、正弦波同步移相触发电路的移相范围能否达到180°?8P七、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，用双踪示波器观察正弦波触发电路各观察点的电压波形，并与图2-1中各点波形相比较。

图2-1正弦波同步移相触发电路的各点电压波形(α=00)9P2、确定脉冲的初始相位当U ct=0时（将RP1电位器顺时针旋到底），调节U b(调RP2)，使U1波形与图2-2中的U1波形相同，这时正好有脉冲输出，此时的α接近于180°。

3、保持RP2电位器不变，逆时针旋转RP1（即逐渐增大U ct），用示波器观察同步电压信号及输出脉冲“5”点的波形，注意U ct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。

4、调节U ct(调RP1)，使α=60°，观察并记录面板上观察点“1”～“5”及输出脉冲“G1”、“K1”的电压波形及其幅值。

调节RP3，观测“5”点脉冲宽度的变化。

八、实验报告1、画出α=60°时，观察点“1”～“5”及输出脉冲电压的波形。

2、指出U ct增加时,α应如何变化?移相范围大约等于多少度?指出同步电压的哪一段为脉冲移相范围。

3、分析RP3对输出脉冲宽度的影响。

a)α<180° b)α接近于180°图2-2 初始脉冲相位的确定10P九、注意事项1、参见本教材实验一的注意事项。

2、由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则，无法观察到正确的脉冲波形。

实验后记：11P 实验三、三相交流调压电路实验一、本次课主要内容1、三相交流调压器触发电路的调试。

2、三相交流调压电路带电阻性负载测试。

3、三相交流调压电路带电阻电感性负载测试（选做）。

二、教学目的与要求1、了解三相交流调压触发电路的工作原理。

2、加深理解三相交流调压电路的工作原理。

3、了解三相交流调压电路带不同负载时的工作特性。

三、教学重点难点1、重点是三相交流调压器触发电路的调试和三相交流调压电路带电阻性负载测试。

2、难点是三相交流调压触发电路的工作原理的理解。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。

五、作业与习题布置撰写实验报告P12一、实验目的1、了解三相交流调压触发电路的工作原理。

2、加深理解三相交流调压电路的工作原理。

3、了解三相交流调压电路带不同负载时的工作特性。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理交流调压器应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。

实验装置中使用双窄脉冲。

实验线路如图3-1所示。

图中晶闸管均在DJK02上，用其正桥，将D42三相可调电阻接成三相负载，其所用的交流表均在DJK01控制屏的面板上。

13P四、实验内容1、三相交流调压器触发电路的调试。

2、三相交流调压电路带电阻性负载。

3、三相交流调压电路带电阻电感性负载（选做）。

图3-1三相交流调压实验线路图五、预习要求1、阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握三相交流调压的工作原理。

2、如何使三相可控整流的触发电路用于三相交流调压电路。

六、实验方法1、DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

P14③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

④观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤将DJK06上的“给定”输出U g直接与DJK02-1上的移相控制电压U ct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即U ct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=180°。

⑥适当增加给定U g的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

⑦将DJK02-1面板上的U lf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(2)三相交流调压器带电阻性负载使用正桥晶闸管VT1～VT6，按图3-23连成三相交流调压主电路，其触发脉冲己通过内部连线接好，只要将正桥脉冲的6个开关拨至“接通”，“U lf”端接地即可。

接上三相平衡电阻负载，接通电源，用示波器观察并记录α=30°、60°、90°、120°、150°时的输出电压波形，并记录相应的输出电压有效值，填入下表:3、三相交流调压器接电阻电感性负载（选做）P15要完成该实验，需加上三个电抗器。