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双踪示波器
包含探头2根
三、实验内容
(1)单结晶体管触发电路的调试。
(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。
四、实验方法
(1)观测单结晶体管触发电路:
将DZ01电源控制屏左侧的自藕调压器,将输出的线电压调到220V左右,然后用两根导线将220V交流电压接到DJK03的“外接220V”端,按下“启动”按钮,打开DJK03电源开关,这时挂件中所有的触发电路都开始工作,用双踪示波器观察单结晶体管触发电路(图1-3),经半波整流后“1”点的波形,经稳压管削波得到“2”点的波形,调节移相电位器RP1,观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形;
最后观测输出的“G、K”触发电压波形,其能否在30°
~170°
范围内移相。
图1-1单结晶体管触发电路原理图
(2)记录单结晶体管触发电路各点波形:
当α=60o时,单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘如下,得到结论,与教科书中的各波形一致。
图1-2α=60o时,单结晶体管触发电路的各观测点波形
(3)晶闸管导通条件的测试:
在不加门极触发电压,加正向阳极电压(交流15V)的情况下,观察晶闸管是否导通;
在加阳极反向电压(交流15V),加正向门极触发电压(由单结晶体管触发电路提供)的情况下,观察晶闸管是否导通;
加正向门极触发电压,加正向阳极电压(交流15V)的情况下,观察晶闸管是否导通,并将结果记录到下表。
仅+UAK
-UAK,+UGK
+UAK,+UGK
VT状态
五、思考题
(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系?
(2)单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180°
?
(3)晶闸管的导通条件是什么?
六、实验报告
(1)绘出单结晶体管触发电路各点输出的波形(α=30°
),并与理论值相比较。
(2)根据上表中VT状态,总结晶闸管导通的特点。
(3)写出实验心得。
七、注意事项
双踪示波器有两个探头,可同时观测两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上,否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此,为了保证测量的顺利进行,可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线,这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时,必须在被测电路上找到这两个信号的公共点,将探头的地线接于此处,探头各接至被测信号,只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号,而不发生意外。
八、实验中出现的问题及拟解决方法
(1)无锯齿波和脉冲
答:
原因:
电位器RP1已调到最低点了,使得V4的偏置电压很小,无法使得V4导通。
解决方法:
将RP1反向调节,直到出现锯齿波及脉冲。
附晶闸管导通条件的测试
晶闸管是一种大功率的半导体器件,它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、使用维护简单、控制灵敏等优点。
同时它的功率放大倍数很高,可以用微小的信号功率对大功率的电源进行控制和变换。
在脉冲数字电路中也可以作为功率开关使用。
它的缺点数载能力和抗干扰能力较差,控制电路比较复杂等。
晶体二极管组成的整流电路,电路形式一旦确定,则当输入的交流电压不变时,输出的直流电压值也侍定的,不能任意控制和改变,因此这种整流电路通常称为不可控整流电路。
然而在实际工作中,有时希望整流器的输出直流电压能够根据需要进行调节,例如,交、直流电动机的调速、随动系统和变频电源等等。
这种情况下需要采用可控整流电路,而晶闸管正是可以实现这一要求的可控整流元件。
图1-3晶闸管的内部结构示意图及电路符号
晶闸管有三个电极,阳极A、阴极K和控制极G,图1-3为晶闸管的符号和内部结构。
晶闸管由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:
J1、J2、J3。
从下面的P1层引出阳极A,从N2层引出阴极K,由中间的P2层引出控制极G,用铝片和钼片作为衬底。
一、晶闸管导电实验方法一
(1)实验步骤
第一步:
按图1-4(a)接线,晶闸管不导通,指示灯不亮。
第二步:
见图1-4(b),在晶闸管的栅极阴极间加触发电压UGK,晶闸管导通,指示灯亮。
第三步:
按图1-4(c)接线,去掉触发电压,晶闸管仍导通,指示灯亮。
第四步:
按图1-4(d)接线,去掉触发电压,将电位器阻值加大,晶闸管电流减小,当电流减小到一定值时,晶闸管关断,指示灯熄灭。
第五步:
按图3(e)接线,去掉触发电压,将电源极性反接,晶闸管关断,指示灯熄灭。
图1-4晶闸管导通测试电路
为说明晶闸管的工作原理,把晶闸管看成是由PNP(T1)和NPN(T2)两个三极管所组成,如图1-5所示。
图1-5晶闸管等效为两个三极管
当不加控制极电压时,即IG=0,T2没有输入基极电流,则T1和T2中只有比较小的漏电流,晶闸管处于阻断状态.
图1-6晶闸管的导电原理图1-7与的关系曲线
当阳极和阴极之间加正向电压UAK,控制极和阴极之间加正向电压UGK时,如图1-6所示,控制极电流IG(IG=IB2)就产生,经过T2放大后,形成集电极电流IC2=B2IB2,这个电流又是T1的基极电流IB1,即IB1=IC2,同样经过T1放大,产生集电极电流IC1=B1B2IB2,此电流又作为T2的基极电流再次放大,如此循环往复,形成一个正反馈过程。
每循环一次,管子中的电流增大B1B2倍,T1和T2的值与通过的电流大小有关,如图1-7所示,当IG增大到满足条件
B1B2>
1时,即使撤去IG,电流也能自行保持且不断增长,于是在极短时间内很快使两个管子充分饱和,使晶闸管处于导通状态。
导通以后,晶闸管的阳极电流很大,而管子两端的压降很小,约1V左右,此时外加的电源电压UAK基本上都降落在负载电阻RL上。
晶闸管导通以后,T2中的基极电流比原来外加的电流IG大得多,所以即使此时将控制极电压去掉,晶闸管仍能继续导通,成为不可控,所以为使晶闸管导通,控制极只需加一个正的触发脉冲。
为使晶闸管由导通变为阻断状态,可以采用降低电源电压,或增大负载电阻,或改变电源电压极性等方法使阳极电流IA减小到某一特定数值以下,才能使晶闸管重新阻断。
这是由于当
IA减小时,相当于三极管T1、T2的电流也随之减小,当IE很小时,值下降。
此时在两个三极管中电流将愈来愈小,因而很快使晶闸管阻断。
二、晶闸管导电实验二
图1-8晶闸管导电接线图
(1)当S1未按下时,Q2基极无回路﹒没有IB2产生,则IC2=0,无IB1供给Q1,则IC1=0,故两电晶体均截止,即使A、K之间加上电压;
也无法使电流从A流到K。
(2)若按开关S1则VGG电压加于G、K之间,使G流入电流IG,IG供给Q2基极电流,使Q2产生集极电流IC2,供Q1产生基极电流IB1,如因此有IC1流动,IC1再供给Q2基极电流,如此正回授使Q1、Q2在很短时间内成为导通状态,虽然S1断开两三极管仍然维持导通。
(3)欲使A、K之间恢复截止状态,可将开关S2断开令IAK中断,则Q1、Q2又成为截止。
综上所述,晶闸管的导通条件为:
在晶闸管的阳极和阴极之间加上一定大小的正向电压;
在控制极和阴极之间加上正向触发电压。
满足这两个条件,晶闸管才能导通,否则处于阻断状态。
值得注意的是,晶闸管一旦触发导通后,控制极就失去了控制作用,这时要使电路阻断,必须使阳极电压降到足够小,以使阳极电流降到IH(晶闸管的最小维持电流)以下。
在晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压而控制极不加电压时,由于PN结J2为反向偏置,所以晶闸管不导通,即处于阻断状态;
而当外加电压极性相反时,由于J1和J3反向偏置,晶闸管仍然阻断。
这两种情况均相当于开关处于断开状态。
如果在阳极和阴极之间加正向电压的同时,在控制极与阴极之间也加上一个正向电压,则晶闸管就由阻断变为导通,而且管压降很小,约1V左右,相当于开关处于闭合状态。
可见,晶闸管相当于一个可以控制的单方向导电的开关。
与二极管相比,它具有可控性;
与三极管相比,它不具有阳极电流随控制极电流按比例增大的特性,只有当控制极电流达到某一数值时(一般为几十毫安),阳极与阴极之间由阻断突然变为导通。
晶闸管导通后,可以通过几十至上千安培的电流),并且一旦导通后,控制极一般就不再起控制作用,从而保持其导通状态。
如欲使其关断,可将阳极电流减小到某一数值或加上反向电压来实现。
关断后可重新恢复其控制能力。
实验二单相半波可控整流电路实验
一、实验目的
(1)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
(2)掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。
(3)了解续流二极管的作用。
型号
备注
DJK02三相变流桥路
包含“晶闸管”,以及“电感”等几个模块。
DJK03晶闸管触发电路实验
包含“单结晶体管触发电路”模块。
4
DJK06给定﹑负载及吸收电路
包含“二极管”以及“开关”等几个模块。
5
DK04 滑线变阻器
串联形式:
0.65A,2kΩ
并联形式:
1.3A,500Ω
6
自备
7
万用表
三、预习要求
(1)阅读教材中有关单结晶体管的内容,弄清单结晶体管触发电路的工作原理。
(2)复习单相半波可控整流电路,掌握其接电阻性负载时的工作波形。
(3)掌握单相半波可控整流电路接不同负载时Ud、Id的计算方法。
四、实验线路及原理
将DJK03挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极,并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭(防止误触发),图中的R负载用DK04滑线变阻器接成并联形式。
二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上,电感Ld在DJK02面板上,有100mH、200mH、700mH三档可供选择,本实验中选用700mH。
直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。
图2-1单相半波可控整流电路
五、实验内容
(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。
(3)单相半波整流电路带电阻性负载时Ud/U2=f(α)特性的测定。
(4)单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。
(选做)
六、实验方法
(1)单结晶体管触发电路的调试
将DZ01电源控制屏左侧的自藕调压器,将输出的线电压调到220V左右,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电源开关,用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。
调节移相电位器RP1,观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30°
范围内移动?
(2)单相半波可控整流电路接电阻性负载
触发电路调试正常后,按图2-1电路图接线。
将滑线变阻器调在最大阻值位置,按下“启动”按钮,用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压UVT的波形,调节电位器RP1,观察α=30°
、60°
、90°
、120°
、150°
时Ud、UVT的波形,并测量直流输出电压Ud和电源电压U2,记录于下表中。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
Ud(记录值)
Ud/U2
Ud(计算值)
Ud=0.45U2(1+cosα)/2
(3)单相半波可控整流电路接电阻电感性负载(选做)
将负载电阻R改成电阻电感性负载(由滑线电阻器与平波电抗器Ld串联而成)。
暂不接续流二极管VD1,在不同阻抗角[阻抗角φ=tg-1(ωL/R),保持电感量不变,改变R的电阻值,注意电流不要超过1A]情况下,观察并记录α=30°
时的直流输出电压值Ud及UVT的波形。
接入续流二极管VD1,重复上述实验,观察续流二极管的作用,以及UVD1波形的变化。
计算公式:
Ud=0.45U2(l十cosα)/2
七、思考题
(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中电容C1的数值有什么关系?
(2)单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?
如何解决?
(选做)
八、实验报告
(1)画出α=90°
时,电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。
(2)画出电阻性负载时Ud/U2=f(α)的实验曲线,并与计算值Ud的对应曲线相比较。
(3)分析实验中出现的现象,写出体会。
九、注意事项
(1)参照实验一的注意事项。
(2)在本实验中触发电路选用的是单结晶体管触发电路,同样也可以用锯齿波同步移相触发电路来完成实验。
(3)在实验中,触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极,此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置,并将Ulf及Ulr悬空,避免误触发。
(4)为避免晶闸管意外损坏,实验时要注意以下几点:
①在主电路未接通时,首先要调试触发电路,只有触发电路工作正常后,才可以接通主电路。
②在接通主电路前,必须先将控制电压Uct调到零,且将负载电阻调到最大阻值处;
接通主电路后,才可逐渐加大控制电压Uct,避免过流。
③要选择合适的负载电阻和电感,避免过流。
在无法确定的情况下,应尽可能选用大的电阻值。
④由于晶闸管具有一定的维持电流,故要使晶闸管可靠工作,其通过的电流不能太小,否则会造成晶闸管时断时续,在本实验装置中,要保证晶闸管正常工作,负载电流必须大于50mA以上。
(5)在实验中要注意同步电压与触发相位的关系,例如在单结晶体管触发电路中,触发脉冲产生的位置是在同步电压的上半周,而在锯齿波触发电路中,触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周,所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题,否则实验就无法顺利完成。
(6)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A。
十、实验中出现的问题及拟解决方法
(1)线路连接好后,电流、电压表无读数
a检查线路的连线看是否有接触不好的地方;
b导线是否断路;
c触发电路相位和主电路相位反相,将电源电压反接即可;
d晶闸管是否击穿;
e可能需要共地。
实验三SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验
(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。
型 号
备 注
该控制屏包含“三相电源输出”,“励磁电源”等几个模块。
该挂件包含“二极管”以及“开关”。
DJK07新器件特性实验
DJK02
取其中的直流电压表
D31
取其中的伏特表和安培表
阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。
实验线路如图:
图3-1新器件特性实验原理图
将电力电子器件和负载电阻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信号,使器件触发导通。
图中的电阻R用DJK06上的灯泡负载,接成并联形式,直流电压和电流表可从DZ01电源控制屏上获得,电力电子器件在DJK07挂箱上,直流电源从电源控制屏的励磁电源取得。
(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。
(1)按图3-1接线,将晶闸管(SCR)接入电路,在实验开始时,将给定电位器沿逆时针旋到底,即最小位置“0”(防止器件触发电压的不同使得某些低电压触发的管子被击穿,后面没做完一个器件都应该将其归位到“0”),关闭励磁电压。
按下“启动”按钮,打开DJK06的开关,然后打开励磁开关,缓慢调节给定输出,同时监视电压表、电流表的读数,使之指示接近零(表示管子完全导通),记录给定电压Ug、回路电流Id以及器件的管压降Uv。
Ug
Id
Uv
(2)关闭DJK06的开关,关闭励磁电压,按下“停止”按钮,给定电位器沿逆时针旋到底,将晶闸管换成可关断晶闸管(GTO),重复上述步骤,并记录数据。
(导通和关断均需测量)
(3)关闭DJK06的开关,关闭励磁电压,按下“停止”按钮,给定电位器沿逆时针旋到底,将可关断晶闸管(GTO)换成功率场效应管(MOSFET),重复上述步骤,并记录数据。
(4)关闭DJK06的开关,关闭励磁电压,按下“停止”按钮,给定电位器沿逆时针旋到底,将功率场效应管(MOSFET)换成大功率晶体管(GTR),重复上述步骤,并记录数据。
(5)关闭DJK06的开关,关闭励磁电压,按下“停止”按钮,给定电位器沿逆时针旋到底,将大功率晶体管(GTR)换成绝缘双极性晶体管(IGBT),重复上述步骤,并记录数据。
各种器件对触发脉冲要求的异同点?
根据得到的数据,绘出各器件的输出特性。
(1)注意每测完一个器件的特性时,一定要将给定电位器沿逆时针旋到底,以防对下次要用的器件造成损伤。
(2)更换器件时注意关断各个电源,且注意关断顺序,切忌带电接插线。
(3)当灯泡由暗到明时,如果亮度不再变化,停止增加给定电压,以免器件损坏。
(1)接好线路后,检查线路无误,灯仍不亮
触发电路的地没有和新器件的阴极共在一起。
将新器件的阴极与给定信号的地连接起来。
实验四三相交流调压电路实验
(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。
型 号
备 注
包含“晶闸管”以及“电感”等。
包含“给定”以及“开关”等模块。
DK04滑线变阻器2只
D33交流电压表
三只交流电压表
(1)阅读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。
交流调压器采用宽脉冲触发。
实验装置中使用后沿固定、前沿可变的宽脉冲链。
实验线路如图3-1所示。
图中晶闸管在DJK02上,用其正桥,三个电阻可利用二个双臂滑线变阻器接成三相负载,其所用的交流表均在D33上。
(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。
图3-1三相交流调压实验线路图
(1)DJK02上“触发电路”的调试
①打开DZ01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打开DJK02电源开关,拨动“触发脉冲指示”钮子开关,使“宽”发光管亮。
③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。
④将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02上的移相控制电压Uct相连,将给定开关S2拨到接地位置(即Uct=0时),调节DJK02上的偏移电压电位器,用双踪示波器观察A相锯齿波和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形,使α=170°
(此为设备无差异,且α如实验一里所给的范围0-170°
时适用),或者如果主电路接通,可使得负载输出为最小值,者使得输出波形刚好消失。
(三种判断方法,以第二种最为可靠,第三种较可靠,第一种需要有前提)
⑤适当增加给定Ug的正电压输出,观测DJK02上“触发脉冲观察孔”的波形,此时应观测到后沿固定,前沿可调的宽脉冲。
⑥将DJK02面板上的Ulf端接地,将“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3-1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”,“Ulf”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°
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:
α
30°
60°
90°
120°
150°
U
七、实验报告
(1)整理并画出实验中记录的波形,作不同负载时的U=f(α)的曲线。
(2)讨论、分析实验中
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- 电力 电子技术 实验 指导书 10519