电力电子技术实验指导书

电 力 电 子 技 术

实验指导书

重庆邮电大学自动化学院

实 验 要 求

1．课前预习，复习相关理论知识。

2．注意安全，不乱触摸裸露的线路或器件。 3．装卸挂件时注意轻拿轻放。 4．每个小组做好分工，各司其职。

5．实验过程中，确保电源关闭方可接插导线或者更改线路，接完线后仔细检查无误后方可开启电源。

6．真实准确的记录好数据或波形。

7．实验完成后，整理好导线，归还其他工具，清理实验台，保证实验台的整洁。 8．认真撰写并按时交实验报告。

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＝30o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。

(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=60°），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。

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。（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°～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 U2 30° 220 60° 220 90° 220 120° 220 150° 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

-1

成）。暂不接续流二极管VD1，在不同阻抗角[阻抗角φ=tg(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 Ud(记录值） Ud/U2 220 220 220 220 220 Ud（计算值） 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 Ud（记录值） 220 220 220 220 220 Ud/U2 Ud（计算值） 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。

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 1 型 号 DZ01 电源控制屏 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 2 3 4 5 6 DJK06 给定﹑负载及吸收电路 DJK07 新器件特性实验 DJK02 D31 万用表 该挂件包含“二极管”以及“开关”。 取其中的直流电压表 取其中的伏特表和安培表 自备 三、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。 四、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。 五、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。 六、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 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） Ug Id Uv (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 Id Uv (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 Id Uv (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 Id Uv 七、思考题 各种器件对触发脉冲要求的异同点？ 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)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。

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 2 3 4 DZ01 电源控制屏 DJK02 三相变流桥路 DJK06 给定﹑负载及吸收电路 DK04 滑线变阻器 2只 包含“晶闸管”以及“电感”等。 包含“给定”以及“开关” 等模块。 串联形式：0.65A，2kΩ 并联形式：1.3A，500Ω 自备 自备 三只交流电压表 5 双踪示波器 6 万用表 7 D33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α=170°。 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°、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:

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、分析实验中出现的各种问题。

实验五 直流斩波电路原理实验

一、实验目的

(1)加深理解斩波器电路的工作原理。

(2)掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法。 (3)熟悉斩波器电路各点的电压波形。 二、实验所需挂件及附件 序号 型 号 1 2 3 4 5 6 DZ01 电源控制屏 DJK05 直流斩波触发电路 DJK06 给定﹑负载及吸收电路 DK04 滑线变阻器 双踪示波器 万用表 备 注 该挂件包含触发电路及主电路两个部分。 该挂件包含“给定”以及“开关” 等模块。 串联形式：0.65A，2kΩ 并联形式：1.3A，500Ω 自备 自备 三、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关斩波器的内容。

(2)掌握斩波器及其触发电路的工作原理及调试方法。

图4-1 直流斩波器实验线路图

四、实验内容

(1)直流斩波器触发电路调试。 (2)直流斩波器接电阻性负载。 五、实验线路及原理

本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，主电路如图4-2所示。其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管, C和L1构成振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。当接通电源时，C经L1、VD2、L2及负载充电至+Ud0，此时VT1、VT2均不导通，当主脉冲到来时，VT1导通，电源电压将通过该晶闸管加到负载上。当辅助脉冲到来时，VT2导通，C通过VT2、L1放电，然后反向充电，其电容的极性从+Ud0变为-Ud0，当充电电流下降到零时，VT2自行关断，此时VT1继续导通。VT2关断后，电容C通过VD1及VT1反向放电，流过VT1的电

流开始减小，当流过VT1的反向放电电流与负载电流相同的时候，VT1关断；此时，电容C继续通过VD1、L2、VD2放电，然后经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，电源停止输出电流，等待下一个周期的触发脉冲到来。VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。

从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽, 从而可达到调节输出直流电压的目的。VT1、VT2的触发脉冲间隔由触发电路确定。

实验接线如图4-2所示，电阻R用DK04滑线变阻器，接成串联形式；励磁电源和直流电压、电流表均在控制屏上。

图4-2 斩波主电路原理图

六、实验方法

(1)斩波器触发电路调试

调节DJK05面板上的电位器RP1、RP2，RP1调节锯齿波的上下电平位置，而RP2为调节锯齿波的频率。先调节RP2，将频率调节到200Hz300Hz之间，然后在保证三角波不失真的情况下，调节RP1为三角波提供一个偏置电压（接近电源电压），使斩波主电路工作的时候有一定的起始直流电压，供晶闸管一定的维持电流，保证系统能可靠工作，将DJK06上的给定接入，观察触发电路的第二点波形，增加给定，使占空比从0.3调到0.9。 (2)斩波器带电阻性负载

①按图4-1实验线路接线，直流电源由电源控制屏上的励磁电源提供，接斩波主电路（要注意极性），斩波器主电路接电阻负载，将触发电路的输出“G1”、“K1”、“G2”、“K2”分别接至VT1、VT2的门极和阴极。

②用示波器观察并记录触发电路的“G1”、“K1”、“G2”、“K2”波形，并记录输出电压Ud及晶闸管两端电压UVT1的波形，注意观测各波形间的相对相位关系。

③调节DJK06上的“给定”值，观察在不同τ（即主脉冲和辅助脉冲的间隔时间）时Ud的波形，并记录相应的Ud和τ，从而画出Ud=f(τ/T)的关系曲线，其中τ/T为占空比。 τ Ud 七、思考题 (1)直流斩波器有哪几种调制方式?本实验中的斩波器为何种调制方式? (2)本实验采用的斩波器主电路中电容C起什么作用? 八、实验报告

(1)整理并画出实验记录的各点波形，画出不同负载下Ud=f(τ/T)的关系曲线。 (2)讨论、分析实验中出现的各种现象。 九、注意事项

(1)触发电路调试好后，才能接主电路实验。

(2)将DJK06上的“给定”与DJK05的公共端相连，以使电路正常工作。(3)负载电流不要超过0.5A。