電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 0電氣---答案

注意：實(shí)驗(yàn)報(bào)告一定要有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。涂改的一定要弄得干凈一點(diǎn)。

1：實(shí)驗(yàn)報(bào)告封皮和實(shí)驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目里面的每一項(xiàng)的日期，學(xué)時(shí)，名稱等都要填，不能空著。除了第一次的實(shí)驗(yàn)是第⑦周的周四做的，其他的實(shí)驗(yàn)都是周一（從第9周第14周）。只有第三個(gè)實(shí)驗(yàn)是4學(xué)時(shí)，其他的6個(gè)都是2學(xué)時(shí)。

2：實(shí)驗(yàn)報(bào)告一定要有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。只要畫了的表格就要有內(nèi)容，不能那么空著，如果不想填寫那么多項(xiàng)，就把已經(jīng)畫的

表格擦干凈按著下面我寫的項(xiàng)目重新填寫。:

3：按著我給的電子版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)進(jìn)行修改，沒(méi)有成績(jī)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都要修改。4：實(shí)驗(yàn)報(bào)告答案部分用的批注的形式寫的，認(rèn)真看好批注內(nèi)容。5：3號(hào)中午要把修改好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告收齊。3號(hào)下午送到我辦公室。

實(shí)驗(yàn)一：S05203001單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)注意是半控不是半波！所以和全橋的結(jié)果是一樣的。下面這個(gè)是控制角α=30°時(shí)橋側(cè)輸出電壓Ud波形。不管是電阻負(fù)載，阻感負(fù)載（不帶續(xù)流二極管），阻感負(fù)載（帶續(xù)流二極管）都是一樣的，就畫一個(gè)α=30°的就行了，晶閘管兩側(cè)的電壓波形就不用畫了。

α=30u°ddd

0t

理論計(jì)算公式和全橋一樣。都是Ud＝0.9U2(1+cosα)/2。下面的表格不是要求全寫，看實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求和你自己已經(jīng)畫好的表格安排。一定不要把畫好的表格隨便用筆劃掉。如果畫了就都要填上，測(cè)量值按著和理論值誤差30%以內(nèi)填寫。

從開始就沒(méi)有畫表格的至少要把電阻負(fù)載的表格部分都寫上，也就是我加粗的部分要寫上。電阻負(fù)載控制角α60°U250V90°50V22.522.522.5120°50V11.2511.2511.25Ud（測(cè)量值）Ud（計(jì)算值）33.75阻感負(fù)載（不帶續(xù)流二極管）Ud（測(cè)量值）Ud（計(jì)算值）33.75阻感負(fù)載（帶續(xù)流二極管）Ud（測(cè)量值）Ud（計(jì)算值）33.75實(shí)驗(yàn)二：

S05203002單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)理論計(jì)算公式Ud＝0.9U2(1+cosα)/2。

圖形只要畫下面控制角α=30°時(shí)橋側(cè)輸出電壓Ud波形和晶閘管兩側(cè)的電壓波形就可以了。α=30°：

0u0udiVT

t1t測(cè)量值按著和理論值誤差30%以內(nèi)填寫。αU2Ud（測(cè)量值）Ud（計(jì)算值）0°50V4530°50V41.98560°50V33.7590°50V22.5120°50V11.25

實(shí)驗(yàn)三：S05203003三相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)按教材P55-P57圖2-18~2-21波形畫圖，只要畫α=30°，α=90°的輸出電壓Ud的波形就可以了。在圖上標(biāo)注控制角。整流電壓Ud的數(shù)值大部分同學(xué)沒(méi)有寫，那就不寫了。

實(shí)驗(yàn)四：S05203004直流斬波電路實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形大部分同學(xué)都畫了。部分同學(xué)沒(méi)有寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就是那個(gè)UL的測(cè)量值沒(méi)有寫。那個(gè)測(cè)量結(jié)果就是按著計(jì)算值差不多誤差30%以內(nèi)填寫，不要和計(jì)算值完全相同。計(jì)算值的公式：UL=σU1（其中U1大概是80V，而占空比σ大部分同學(xué)都是寫的30%和98%，具體怎么算也不用我計(jì)算吧）

實(shí)驗(yàn)五：S05203005單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

除了UΑ、UB、UC、UD與UE記錄下來(lái)。還要求填寫U0的測(cè)量值，按著計(jì)算公式：

Uo2112UsintdtU1sin212，如下表已經(jīng)計(jì)算出來(lái)，U0測(cè)量值按著和理論值誤差30%以內(nèi)填寫。U0

的波形圖就按著教材畫，也可以不畫。不用涂抹的臟兮兮的�？刂平铅罸1U0（測(cè)量值）U0（計(jì)算值）30°50V45.690°50V35.4120°50V28.9實(shí)驗(yàn)六：?jiǎn)蜗鄻蚴接性茨孀冸娐穼?shí)驗(yàn)

橋側(cè)輸出電壓波形如下：這個(gè)大概是逆變角為60度的波形。注意逆變角是從右向左變大。電流波形可以不畫。α=60°：udOt30°-3960°-22.590°0Ud＝0.9U2cosα=-0.9U2cosβ其中，U2=50V。逆變角β越大，橋路電壓計(jì)算平均值Ud值的絕對(duì)值就越小。

逆變角β直流電源E/V橋路電壓測(cè)量平均值Ud橋路電壓計(jì)算平均值Ud逆變電路電流Id/A40mA76mA120mA

實(shí)驗(yàn)七：?jiǎn)蜗嘟?直-交變頻電路實(shí)驗(yàn)。部分同學(xué)沒(méi)有寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就是那個(gè)表格沒(méi)有畫。表格畫的項(xiàng)目較多的同學(xué)要填寫全。實(shí)驗(yàn)只是讓你們做兩各K值，但是其他的就按著K值的比例來(lái)填就可以了。不要直接劃掉。如果就按著實(shí)驗(yàn)做的兩組K值填寫的表格，就不用修改了。

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課程名稱電力電子技術(shù)

指導(dǎo)老師馬海嘯

學(xué)生姓名江海燕班級(jí)學(xué)號(hào)B08050801學(xué)院（系）自動(dòng)化專業(yè)自動(dòng)化

實(shí)驗(yàn)一功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)特性與驅(qū)動(dòng)電路研究

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．熟悉MOSFET主要參數(shù)的測(cè)量方法。2．掌握MOSEET對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求。

3．掌握一個(gè)實(shí)用驅(qū)動(dòng)電路的工作原理與調(diào)試方法。

二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．MOSFET主要參數(shù)：開啟閾值電壓VGS(th)，跨導(dǎo)gFS，導(dǎo)通電阻Rds，輸出特性ID=f(Vsd)等的測(cè)試。

2．驅(qū)動(dòng)電路的輸入，輸出延時(shí)時(shí)間測(cè)試。

三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

1．MCL-07電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的MOSFET與PWM波形發(fā)生器部分2．雙蹤示波器3．毫安表4．電流表5．電壓表

四．實(shí)驗(yàn)線路

見圖2-1

五．實(shí)驗(yàn)方法

1．MOSFET主要參數(shù)測(cè)試(1)開啟閾值電壓VGS(th)測(cè)試

開啟閾值電壓簡(jiǎn)稱開啟電壓，是指器件流過(guò)一定量的漏極電流時(shí)(通常取漏極電流ID=1mA)的最小柵源電壓。

斷開MCL-07中的電源（開關(guān)S），主回路的“1”端與MOS管的“25”端之間串入直流毫安表，測(cè)量漏極電流ID，將主回路的“3”與“4”端分別與MOS管的“24”與“23”相連，再在“24”與“23”端間接入電壓表，測(cè)量MOS管的柵源電壓Vgs，并將主回路電位器RP左旋到底，使Vgs=0。

將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表的讀數(shù)，當(dāng)漏極電流ID=1mA時(shí)的柵源電壓值即為開啟閾值電壓VGS(th)。

適當(dāng)選擇、讀取7組ID、Vgs，其中ID=1mA必測(cè)，填入表2-1。表2-1

ID(mA)Vgs(V)

0.12.860.43.010.73.0713.1153.30103.39203.

圖2-1MOSFET實(shí)驗(yàn)電路

(2)跨導(dǎo)gFS測(cè)試

雙極型晶體管(GTR)通常用hFE(β)表示其增益，功率MOSFET器件以跨導(dǎo)gFS表示其增益�？鐚�(dǎo)的定義為漏極電流的小變化量與相應(yīng)的柵源電壓小變化量之比，即gFS=ΔID／ΔVGS。

典型的跨導(dǎo)額定值是在1/2額定漏極電流和VDS=15V下測(cè)得，受條件限制，實(shí)驗(yàn)中只能測(cè)到1/5額定漏極電流值。

根據(jù)表2-1的測(cè)量數(shù)值，計(jì)算gFS=0.003Ω。(3)轉(zhuǎn)移特性ID=f(Vsd)

柵源電壓Vgs與漏極電流ID的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性。根據(jù)表2-1的測(cè)量數(shù)值，繪出轉(zhuǎn)移特性曲線如下。MOSFET轉(zhuǎn)移特性25漏極電流Id/mA201*105000.511.522.5柵源電壓Ugs/V33.54

轉(zhuǎn)移特性曲線

(4)導(dǎo)通電阻RDS測(cè)試

導(dǎo)通電阻定義為RDS=VDS／ID

將電壓表接至MOS管的“25”與“23”兩端，測(cè)量VDS，其余接線同上。改變VGS從小到大讀取ID與對(duì)應(yīng)的漏源電壓VDS，測(cè)量7組數(shù)值，填入表2-2。

表2-2ID(mA)VDS(V)0.114.850.414.850.714.83114.81514.731014.60201*.35

(5)ID＝f(VSD)測(cè)試

ID＝f(VSD)系指VGS=0時(shí)的VDS特性，它是指通過(guò)額定電流時(shí)，并聯(lián)寄生二極管的正向壓降。

A．在主回路的“3”端與MOS管的“23”端之間串入直流毫安表，主回路的“4”端與MOS管的“25”端相連，在MOS管的“23”與“25”之間接入電壓表，將RP右旋轉(zhuǎn)，讀取一組ID與VSD的值填入表2-3。

表2-3ID(mA)VSD(V)0.10.450.40.490.70.5110.5250.56100.58200.61

B．將主回路的“3”端與MOS管的“23”端斷開，在主同路“1”端與MOS管的“23”端之間串入直流安培表，讀取VSD的值。VSD=0.86V。

C．將“1”端與“23”端斷開，在主回路“2”端與“23”端之間串入安培表，讀取VSD

的值。VSD=0.89V。

記錄開門時(shí)間ton（輸入波形開始下降到輸出波形上升到最大值的90%）；關(guān)門時(shí)間toff（輸入波形開始上升到輸出波形下降到最大值的10%）

ton=920ns，toff=110.0ns

記錄延時(shí)時(shí)間toff1280ns（輸入波形開始上升到輸出波形也開始上升的時(shí)間）

實(shí)驗(yàn)二直流斬波電路的性能研究

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

熟悉降壓斬波電路(BuckChopper)和升壓斬波電路(BoostChopper)的工作原理，掌握這兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)及波形情況。

二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．SG3525芯片的調(diào)試。

2．降壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。3．升壓斬波電路的波形觀察及電壓測(cè)試。

三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

1．電力電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2．MCL-16組件。

3．MEL-03電阻箱(900／0.41A)或其它可調(diào)電阻盤。4．萬(wàn)用表。5．雙蹤示波器

6．2A直流安培表(MCL-Ⅱ2A直流毫安表為數(shù)字式儀表，MCL-Ⅲ2A直流安培表為指針式儀表，其他型號(hào)可能為MEL-06)。

四．實(shí)驗(yàn)方法

1．SG3525的調(diào)試。原理框圖見圖2-4。將扭子開關(guān)S1打向“直流斬波”側(cè)，S2電源開關(guān)打向“ON”，將“3”端和“4”端用導(dǎo)線短接，用示波器觀察“1”端和左側(cè)地之間的輸出電壓波形應(yīng)為鋸齒波，并記錄其波形的頻率和幅值。

f=27.40kHz，幅值為3.30V

扭子開關(guān)S2扳向

圖2-4PWM波形發(fā)生“OFF”，用導(dǎo)線分別連

接“5”、“6”、“9”，

再將S2扳向“ON”，用示波器觀察“5”端波形，并記錄其波形、頻率、幅度。調(diào)節(jié)“脈沖寬度調(diào)節(jié)”電位器，記錄其最大占空比和最小占空比。

Dmax=77.7%，Dmin=9.5%，波形為方波，f=27.86kHz，幅度為14.0V2．實(shí)驗(yàn)接線圖見圖2-5。

(1)將“主電源2”的“2”端和“直流斬波電路”的“2”端相連，將“PWM波形發(fā)生”的“7”、“8”端分別和直流斬波電路VT1的G1、S1端相連，“直流斬波電路”的“4”、“5”端串聯(lián)MEL-03電阻箱(將兩組900Ω／0.4lA的電阻并聯(lián)起來(lái)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約450Ω)，和直流安培表(將量程切換到2A擋)。

圖2-5直流斬波電路

(2)檢查接線正確后，接通控制電路的電源（“PWM波形發(fā)生”中的S2。注意：必須先接通控制電路電源），再將“直流斬波電路”的“1”端和“主電源”的“1”端相連。改變脈沖占空比，每改變一次，分別觀察輸出電壓uO波形，記錄PWM信號(hào)占空比D，ui、uO的平均值Ui和UO。

占空比D31.8%50.3%70.4%Ui(V)16.8616.8916.91Uo(V)5.408.5212.06

(3)改變負(fù)載R的值使負(fù)載電流為0.25A，重復(fù)上述(2)的內(nèi)容。

占空比D30.7%50.3%70.4%Ui(V)17.0917.1016.91Uo(V)4.577.9911.42

(4)切斷主電路電源，斷開“主電路2”和“降壓斬波電路”的連接，斷開“PWM波形發(fā)生”與VTl的連接，分別將“直流斬波電路”的“7”和“主電路2”的“2”端相連，將VT2的G2、S2分別接至“PWM波形發(fā)生”的“7”和“8”端，直流斬波電路的“10”、“11”端，分別串聯(lián)MEL-03電阻箱(兩組分別并聯(lián)，然后串聯(lián)在一起順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約900Ω)和直流安培表(將量程切換到2A擋)。

檢查接線正確后，先接通控制電路的電源，再主接通主電路電源。改變脈沖占空比D，每改變一次，分別觀察輸出電壓uO波形，記錄PWM信號(hào)占空比D，ui、uO的平均值Ui和UO。

占空比D30.9%50.0%70.1%Ui(V)17.317.2117.20Uo(V)24.634.256.5

(5)改變負(fù)載R的值，使負(fù)載電流為0.3A，重復(fù)上述(4)的內(nèi)容。占空比D30.9%50.0%70.5%Ui(V)17.217.216.9Uo(V)23.131.648.8

(6)實(shí)驗(yàn)完成后，斷開主電路電源，拆除所有導(dǎo)線。

五．注意事項(xiàng)

(1)“主電路電源2”的實(shí)驗(yàn)輸出電壓為15V，輸出電流為1A，當(dāng)改變負(fù)載電路時(shí)，注意R值不可過(guò)小，否則電流太大，有可能燒毀電源內(nèi)部的熔斷絲。

(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中先加控制信號(hào)，后加“主電路電源2”。

(3)做升壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意“PWM波形發(fā)生器”的“S1”一定要打在“直流斬波”，如果打在“半橋電源”極易燒毀“主電路電源2”內(nèi)部的熔斷絲。

六．實(shí)驗(yàn)小結(jié)

PWM波形發(fā)生的原理：沖量相等而形狀不同的加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，也可稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的原理。

實(shí)驗(yàn)三單相交直交變頻電路的性能研究

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

熟悉單相交直交變頻電路的組成，重點(diǎn)熟悉其中的單相橋式PWM逆變電路中元器件的作用，工作原理，對(duì)單相交直交變頻電路在電阻負(fù)載、電阻電感負(fù)載時(shí)的工作情況及其波形作全面分析，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響。

二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．測(cè)量SPWM波形產(chǎn)生過(guò)程中的各點(diǎn)波形。2．觀察變頻電路輸出在不同的負(fù)載下的波形。

三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

1．電力電子及電氣傳動(dòng)主控制屏。2．MCL-16組件。

3．電阻、電感元件(MEL-03、700mH電感)。4．雙蹤示波器。5．萬(wàn)用表。

四．實(shí)驗(yàn)原理

圖3-1單相交直交變頻電路的主電路

單相交直交變頻電路的主電路如圖3-1所示。

本實(shí)驗(yàn)中主電路中間直流電壓ud由交流電整流而得，而逆變部分別采用單相橋式PWM逆變電路。逆變電路中功率器件采用600V8A的IGBT單管（含反向二極管，型號(hào)為ITH08C06），IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用美國(guó)國(guó)際整流器公司生產(chǎn)的大規(guī)模MOSFET和IGBT專用驅(qū)動(dòng)集成電路1R2110，控制電路如圖3-2所示，以單片集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038為核心組成，生成兩路PWM信號(hào)，分別用于控制VT1、VT4和VT2、VT3兩對(duì)IGBT。ICL8038僅需很小的外部元件就可以正常工作，用于發(fā)生正弦波、三角波、方波等，頻率范圍0.001到500kHz。

五．實(shí)驗(yàn)方法

1．SPWM波形的觀察

圖3-2SPWM波形發(fā)生

（1）觀察正弦波發(fā)生電路輸出的正弦信號(hào)Ur波形（“2”端與“地”端），改變正弦波頻率調(diào)節(jié)電位器，測(cè)試其頻率可調(diào)范圍是23Hz～101Hz

（2）觀察三角形載波Uc的波形（“1”端與“地”端），測(cè)出其頻率，并觀察Uc和U2

的對(duì)應(yīng)關(guān)系：Uc：19.23kHz，U2：98.62Hz

（3）觀察經(jīng)過(guò)三角波和正弦波比較后得到的SPWM波形（“3”端與“地”端），并比較“3”端和“4”端的相位關(guān)系，可得相位相差π，“3”端和“4”端為反相關(guān)系。

（4）觀察對(duì)VT1、VT2進(jìn)行控制的SPWM信號(hào)（“5”端與“地”端）和對(duì)VT3、VT4進(jìn)行控制的SPWM信號(hào)(“6”端與“地”端)，仔細(xì)觀察“5”端信號(hào)和“6”端防號(hào)之間的互鎖延遲時(shí)間為2.960μs

2．驅(qū)動(dòng)信號(hào)觀察

在主電路不接通電源情況下，S3扭子開關(guān)打向“OFF”，分別將“SPWM波形發(fā)生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“單相交直交變頻電路”的對(duì)應(yīng)端相連。經(jīng)檢查接線正確后，S3扭子開關(guān)打向“ON”，對(duì)比VTI和VT2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，VT3和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，觀察同一相上、下兩管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形，幅值以及互鎖延遲時(shí)間得出如下數(shù)據(jù)：

VT1=1.41V,VT2=15.1V,互鎖延遲時(shí)間為5.4μsVT3=1.4V,VT4=14.8V，互鎖延遲時(shí)間為6μs3．S3扭子開關(guān)打向“OFF”，分別將“主電源2”的輸出端“1”和“單相交直交變頻電路”的“1”端相連，“主電源2”的輸出端“2”和“單相交直交變頻電路”的“2”端相連，將“單相交直交變頻電路”的“4”、“5”端分別串聯(lián)MEL-03電阻箱（將一組900Ω/0.41A并聯(lián)，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至阻值最大約450Ω）和交流安培表（將量程切換到2A擋）。將經(jīng)檢查無(wú)誤后，S3扭子開關(guān)打向“ON”，合上主電源（調(diào)節(jié)負(fù)載電阻阻值使輸出負(fù)載電壓波形達(dá)到最佳值，電阻負(fù)載阻值在90Ω~360Ω時(shí)波形最好）。此時(shí)，幅值為15.5V，頻率為57.64Hz。

4．當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，觀察負(fù)載電壓的波形，記錄其波形、幅值、頻率。在正弦波Ur的頻率可調(diào)范圍內(nèi)，改變Ur的頻率多組，記錄相應(yīng)的負(fù)載電壓、波形、幅值和頻率如下表3-1。

表3-1負(fù)載電壓波形、幅值和頻率波形幅值頻率15.1V30.44Hz15.8V63.90Hz16.7V90.50Hz

六．注意事項(xiàng)

1．“輸出端”不允許開路，同時(shí)最大電流不允許超過(guò)“1A”。

2．注意電源要使用“主電源2”的“15V”電壓其他同“直流斬波”電路相同。

七．實(shí)驗(yàn)小結(jié)

1．實(shí)驗(yàn)電路中的PWM控制是采用異步調(diào)制，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中我們調(diào)節(jié)的是正弦波的頻率而保持三角波的頻率不變。2．為使輸出波形盡可能的接近正弦波，可以采取將正弦波的頻率調(diào)節(jié)的較低。

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