电力电子技术实验报告张小芳.docx
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电力电子技术实验报告张小芳.docx
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电力电子技术实验报告张小芳
《电力电子技术》
实验报告
姓名:
卢雪飞
班级:
0831104
学号:
2011212893
指导老师:
李敏
实验一单结晶体管触发电路实验
一、实验目的
(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。
(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
(3)验证晶闸管的导通条件。
二、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DZ01电源控制屏
包含“三相电源输出”等几个模块
2
DJK03晶闸管触发电路
包含“单结晶体管触发电路”等模块
3
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
导通
导通
关断
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?
答:
C1越大,振荡频率越小。
2.单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180°?
答:
最大移相范围为0°—180°,故可以到180°。
3.晶闸管的导通条件是什么?
答:
①要有适当的正向阳极电压;
②有适当的正向门极电压,且晶体管一旦导通,门极就将失去作用。
六、实验结果
1、单结晶体管触发电路各点输出的波形(α=30°)如下:
“2”点的波形
“3”点的波形
“4”点的波形
“5”点的波形
“G、K”两点的输出波形
2、晶闸管导通特点
①当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通
②晶闸管一旦导通,门极就失去控制
③要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值下
3、实验总结
通过本次实验,我了解了单结晶体管的基本特性,熟悉了双踪示波器的使用方法,掌握了晶闸管导通的具体条件并能熟记于心,也学会了怎么得到单脉冲信号,加深了我对触发脉冲信号的理解。
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。
二、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DZ01电源控制屏
2
DJK02三相变流桥路
包含“晶闸管”,以及“电感”等几个模块。
3
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
双踪示波器
自备
7
万用表
自备
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
(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。
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°~170°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
220
220
220
220
Ud(记录值)
94.8
77.3
52
31
8.6
I1(mA)
41.5
35.3
27.2
20.2
10.6
Ud/U2
0.43
0.35
0.24
0.14
0.04
Ud(计算值)
92.4
74.3
49.5
24.5
6.6
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
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°、60°、90°、120°时的直流输出电压值Ud及UVT的波形。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
220
220
220
220
Ud(记录值)
94.4
77.2
53
27
0.2
I1(mA)
41.3
35.5
28
19.6
0.9
Ud/U2
0.43
0.35
0.24
0.12
0.00091
Ud(计算值)
92.4
74.3
49.5
24.8
6.6
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。
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220
220
220
220
220
I1(mA)
41.3
35.8
27.9
19.5
9.1
Ud(记录值)
99
83
57
31
8.7
Ud/U2
0.45
0.38
0.26
0.14
0.04
Ud(计算值)
92.4
74.3
49.5
24.8
16
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?
答:
在一个梯形波周期内,V6可能导通、关断多次,但对晶闸管的触发只有第一个触发脉冲起作用。
电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定,调节RP1改变C1的充电时间,控制第一个尖脉冲的充电时刻,实现脉冲的移相控制。
(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?
答:
输出电压平均值减小。
由于电感中感应电动势要阻碍电流的减小,到输入电压变负时,id并未下降到0,此时负载上的电压为负值。
由于出现了负值部分,所以输出电压平均值减小;输出电压产生振荡现象。
没有续流,感性负载在愣次定律作用下,自感电势导致振荡,从理论上说,使用可控硅做半波整流带感性负载,触发脉冲宽度足够、触发时可控硅两侧有足够的正向电压,是不会有振荡现象的,但实际电路的电源、负载特性复杂,做不到。
解决办法:
在感性负载上并联一个续流二极管就可以解决问题。
八、实验结果
(1)α=90°时,电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。
电阻性负载电阻电感性负载
(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)实验总结
本次实验稍稍难一点,主要是针对触发脉冲的调试,不过在老师的悉心指导下还是学会了。
再一个就是单相半波可控整流电路对不同的触发角的波形情况,虽然理论课上已经说的很清楚了,但是经过这次实验后才深刻体会到其针对不同的负载有着不同的输出。
在实验过程中有个很重要的步骤,负载是感性负载时必须接上个续流二极管,防止输出电压出现振荡现象。
实验三SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验
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
1
DZ01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”,“励磁电源”等几个模块。
2
DJK06给定﹑负载及吸收电路
该挂件包含“二极管”以及“开关”。
3
DJK07新器件特性实验
4
DJK02
取其中的直流电压表
5
D31
取其中的伏特表和安培表
6
万用表
自备
三、实验线路及原理
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。
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(V)
0.24
0.42
0.57
0.6
0.7
Id(mA)
0.1
0.2
0.31
0.66
79.8
Uv(V)
217.5
217.5
217.4
217
0
(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)
Ug(V)
1.16
2.4
3
4.66
4.3
Id(mA)
0.09
0.12
2.33
77
79.9
Uv(V)
218
218.2
217.6
146.2
0
(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。
(导通和关断均需测量)
Ug(V)
1.18
3.14
4.28
4.83
5.4
Id(mA)
0.09
0.09
10.8
49.8
79.8
Uv(V)
217.7
217.8
215
135
0.19
(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。
(导通和关断均需测量)
Ug(V)
0.55
0.6
0.61
0.62
0.63
Id(mA)
5.04
46.1
65.63
74.7
79.8
Uv(V)
217.2
156.9
74.32
28.3
0.2
(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。
(导通和关断均需测量)
Ug(V)
0.6
2.33
4.05
4.94
5
Id(mA)
4.71
4.68
5.06
77.37
79.8
Uv(V)
217.5
211.3
211
14.17
0.7
六、思考题
各种器件对触发脉冲要求的异同点?
答:
相同的都是通过PulseGenerator产生驱动信号,可以设置相应的占空比,不同的电路可能还要设置相应的死区时间,即要留有一定裕度,防止误导通。
不同的是各自导通的触发脉冲幅值不一样。
7、实验结果
(1)SCR特性曲线:
(2)GTO特性曲线:
(3)MOSFET特性曲线
(4)GTR特性曲线
(5)IGBT特性曲线
八、实验总结
通过本次实验,我掌握了电力电子器件的基本伏安特性并能够熟练运用,学会了怎么测试一个器件的基本性能指标。
各个电力电子器件的导通和关断其实并没有实验所做的这么简单,还应该考虑到留有裕度等等客观因素,需要考虑在不同裕度下的数据。
实验四三相交流调压电路实验
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
序号
型 号
备 注
1
DZ01电源控制屏
2
DJK02三相变流桥路
包含“晶闸管”以及“电感”等。
3
DJK06给定﹑负载及吸收电路
包含“给定”以及“开关”等模块。
4
DK04滑线变阻器2只
串联形式:
0.65A,2kΩ
并联形式:
1.3A,500Ω
5
双踪示波器
自备
6
万用表
自备
7
D33交流电压表
三只交流电压表
三、预习要求
(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。
四、实验线路及原理
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。
五、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。
图3-1三相交流调压实验线路图
六、实验方法
(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¦Á=170¡ã(此为设备无差异,且¦Á如实验一里所给的范围0-170¡ã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¦Á=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:
¦Á
30°
60°
90°
120°
150°
U
205
158
102
40
9
七、实验结果
1、电阻性负载输出电压波形
2、实验过程中遇到的问题
在这次实验中,输出电压本应该三相间任意两相都大致相等,仅有一相数据正常,其他两相数据都不正常,经过对每个晶闸管测试并无问题,将各个晶闸管的触发脉冲调试好后再运行,但是结果还是不行,反复尝试后均无结果,初步断定是实验设备的问题。
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