电力电子技术(NMCL-II)

目 录

实验一 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验 ........................................................... 2 实验二 正弦波同步移相触发电路实验 ............................................................................................ 5 实验三 锯齿波同步移相触发电路实验 ............................................................................................ 6 实验四 单相桥式半控整流电路实验................................................................................................ 8 实验五 单相桥式全控整流电路实验.............................................................................................. 11 实验六 单相桥式有源逆变电路实验.............................................................................................. 14 实验七 三相半波可控整流电路的研究 .......................................................................................... 16 实验八 三相桥式半控整流电路实验.............................................................................................. 18 实验九 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 ........................................................................... 21 实验十 单相交流调压电路实验 ..................................................................................................... 24

实验一 电力晶体管(GTR)驱动电路研究 ....................................................................................... 27 实验二 电力晶体管(GTR)特性研究 .............................................................................................. 31 实验三 功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究 .......................................................... 34 实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究 ............................................................. 38 实验五 采用自关断器件的单相交流调压电路研究 ........................................................................ 42 实验六 直流斩波电路的性能研究 ................................................................................................. 45 实验七 单相交直交变频电路的性能研究 ...................................................................................... 48 实验八 半桥型开关稳压电源的性能研究 ...................................................................................... 51 实验九 整流电路的有源功率因数校正研究 ................................................................................... 53 实验十 移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究 .................................................................... 57 实验十四 直流斩波电路(设计性)的性能研究 ................................................................................ 61 实验十五 单相交直交变频电路（调速） ...................................................................................... 63

1

实验一 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验

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．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。 4．了解续流二极管的作用。

二．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波形的观察。 3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。

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。

三．实验线路及原理

将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管VT1的门阴极，即可构成如图1-1所示的实验线路。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMCL—05(A)组件 4．NMEL—03组件 5．双踪示波器（自备） 6．万用表（自备）

五．注意事项

1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。

2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：

（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。 （3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。

（4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。

（5）本实验中，因用NMCL—05组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开NMCL—33

2

的内部触发脉冲。

六．实验方法

1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察

将NMCL—05（或MCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接NMCL—002的U、V输出端，“触发电路选择”拨至“单结晶”。按照实验接线图正确接线，但由单结晶体管触发电路连至晶闸管VT1的脉冲UGK不接（将NMCL—05面板中G、K接线端悬空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，大小通过三相调压器调节。本实验中，调节Uuv=220V，这时候NMCL—05内部的同步变压器原边接有220V，原边输出分别为60V（单结晶触发电路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。

合上NMCL—05面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、“6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。

调节移相可调电位器RP，观察输出脉冲的移相范围能否在30°～180°范围内移。

注：由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”）和脉冲输出“K”端相连。但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。

采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路，同样需要注意，谨慎操作。 2．单相半波可控整流电路带电阻性负载

断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至NMCL—33的VT1晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。负载Rd接可调电阻（可把NMEL—03的900Ω电阻盘并联，即最大电阻为450Ω，电流达0.8A），并调至阻值最大。

合上主电源，调节主控制屏输出电压至Uuv=220V，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察?=30°、60°、90°、120°时负载电压Ud，晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形UVt。并测定Ud及电源电压U2，验证

? Ud?0.45U21?cos2 α U2,ud Ud U2 30° 60° 90° 120° 3．单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载，无续流二极管

串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变Rd数值）情况下，观察并记录?=30O、60O、90O、120O 时的Ud、id及Uvt的波形。注意调节Rd时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。

4．单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。 接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。

3

主电源输出，位于NMCL-002I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为5A负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)RDAU续流二极管，位于NMCL-33VVD1LW平波电抗器，位于NMCL-331上单结晶体管触发电路同 步 电 压 输 入1RP~220V34G触 发 电 路 选 择RP单结管正弦波锯齿波56K2图1-1 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路七．实验内容

1．画出触发电路在α=90°时的各点波形。

2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。

3．分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t）的波形（α=90°）。

4．画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）曲线，并与Ud?0.45U25．分析续流二极管的作用。

1?cos?2进行比较。

八．思考

1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？ 2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？

3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？

4

实验二 正弦波同步移相触发电路实验

一．实验目的

1．熟悉正弦波同步触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握正弦波同步触发电路的调试步骤和方法。

二．实验内容

1．正弦波同步触发电路的调试。 2．正弦波同步触发电路各点波形的观察。

三．实验线路及原理

电路分脉冲形成，同步移相，脉冲放大等环节，具体工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMCL—05组件 4．NMEL—03组件 5．NMCL—31A组件 6．双踪示波器（自备） 7．万用表（自备）

五．实验方法

1．将NMCL—05面板上左上角的同步电压输入端接NMCL—002的U、V端，将“触发电路选择”拨至“正弦波”位置。

2．三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v，并打开NMCL—05面板右下角的电源开关。用示波器观察各观察孔的电压波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度，示波器的地线接于“8”端。

3．确定脉冲的初始相位。当Uct=0时，调节Ub（调RP）要求?接近于180O。

4．保持Ub不变，调节NMCL-31A的给定电位器RP1，逐渐增大Uct，用示波器观察U1及输出脉冲UGK的波形，注意Uct增加时脉冲的移动情况，并估计移相范围。

5．调节Uct使?=60O，观察并记录面板上观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。

六．实验报告

1．画出?=60O时，观察孔“1”~“7”及输出脉冲电压波形。

2．指出Uct增加时，?应如何变化？移相范围大约等于多少度？指出同步电压的那一段为脉冲移相范围。

七．注意事项

参照实验一的注意事项。

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实验三 锯齿波同步移相触发电路实验

一．实验目的

1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。

二．实验内容

1．锯齿波同步触发电路的调试。

2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。

三．实验线路及原理

锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件

3．NMCL—05(A)组件或NMCL—36组件 4．NMEL—03组件 5．NMCL—31A组件 6．双踪示波器（自备） 7．万用表（自备）

五．实验方法

1．将NMCL-05(A)面板上左上角的同步电压输入接NMCL—002的U、V端，“触发电路选择”拨向“锯齿波”。

2．三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v，并打开MCL—05面板右下角的电源开关。用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。

同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。

观察“3”~“5”孔波形及输出电压UG1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压U3与U5的对应关系。

3．调节脉冲移相范围

将NMCL—31A的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP），使?=180O。

调节NMCL—31A的给定电位器RP1，增加Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，?=180O，Uct=Umax时，?=30O，以满足移相范围?=30O~180O的要求。

4．调节Uct，使?=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压UG1K1，UG2K2的波形，并标出其幅值与宽度。

用导线连接“K1”和“K3”端，用双踪示波器观察UG1K1和UG3K3的波形，调节电位器RP3，使UG1K1

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UG3K3间隔1800。

六．实验报告

1．整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。

2．总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？ 3．如果要求Uct=0时，?=90O，应如何调整？ 4．讨论分析其它实验现象。

七．注意事项

参见实验一的注意事项。 7

和

实验四 单相桥式半控整流电路实验

一．实验目的

1．研究单相桥式半控整流电路在电阻负载，电阻—电感性负载及反电势负载时的工作。 2．熟悉NMCL—05(A)组件（或NMCL-36）锯齿波触发电路的工作。 3．进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。

二．实验线路及原理

见图1-2。

三．实验内容

1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。

2．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（带续流二极管）。 4．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（断开续流二极管）。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件

3．NMCL—05(A)组件或NMCL—36组件 4．NMEL—03组件 5．NMCL—31A组件 6．双踪示波器（自备） 7．万用表（自备）

五．注意事项

1．实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置为5A），并根据额定值与整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。

2．为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤 （1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

（2）在控制电压Uct=0时，接通主电源。然后逐渐增大Uct，使整流电路投入工作。 （3）断开整流电路时，应先把Uct降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。 3．注意示波器的使用。

4．NMCL—33的内部脉冲需断开。

六．实验方法

1．将NMCL—05(A)面板左上角的同步电压输入接NMCL—002的U、V输出端，“触发电路选择”拨向“锯齿波”。

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主电源输出，位于NMCL-002I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为5A负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)RDAUVLWNMCL-05ANMCL-36G3RP3续流二极管，位于NMCL-33平波电抗器，位于NMCL-331上同 步 电 压 输 入K3G4K4G(给定)~220V+15V锯齿波触发电路RP1Uct46G1125-15V-15VK13NMCL-31ARP2G27K2图1-2 单相桥式半控整流电路三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v，并打开NMCL—05(A)面板右下角的电源开关。观察NMCL—05(A)锯齿波触发电路中各点波形是否正确，确定其输出脉冲可调的移相范围。并调节偏移电阻RP2，使Uct=0时，α=150°。

2．单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载：

按图1-2接线，并短接平波电抗器L。调节电阻负载RD（可选择900Ω电阻并联，最大电流为0.8A）至最大。

（a）NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源，调节主控制屏输出Uuv=220V。

调节NMCL-31A的给定电位器RP1，使α=90°，测取此时整流电路的输出电压Ud=f（t），输出电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形，并测定交流输入电压U2、整流输出电压Ud，验证

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Ud?0.9U21?cos?2。

若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。 （b）采用类似方法，分别测取α=60°，α=30°时的Ud、id、Uvt波形。 3．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载 （a）接上续流二极管，接上平波电抗器。

NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使Uuv=220V。

（b）调节Uct，使α=90°，测取输出电压Ud=f（t），整流电路输出电流id=f（t）以及续流二极管电流iVD=f（t）波形，并分析三者的关系。调节电阻RD，观察id波形如何变化，注意防止过流。

（c）调节Uct，使α分别等于60°、90°时，测取Ud，iL，id，iVD波形。 （d）断开续流二极管，观察Ud=f（t），id=f（t）。

突然切断触发电路，观察失控现象并记录Ud波形。若不发生失控现象，可调节电阻Rd。

七．实验报告

1．绘出单相桥式半控整流电路供电给电阻负载，电阻—电感性负载情况下，当α=90°时的Ud、id、UVT、iVD等波形图并加以分析。

2．作出实验整流电路的输入—输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（α）及Ud/U2=f（α）曲线。

3．分析续流二极管作用及电感量大小对负载电流的影响。

八．思考

1．在可控整流电路中，续流二极管VD起什么作用？在什么情况下需要接入？

2．能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？

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实验五 单相桥式全控整流电路实验

一．实验目的

1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。

2．研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻—电感性负载及反电势负载时的工作。 3．熟悉NMCL—05(A)组件或NMCL—36组件。

二．实验线路及原理

参见图1-3。

三．实验内容

1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件

3．NMCL—05(A)组件或NMCL—36组件 4．NMEL—03组件

5．NMEL—02组件或NMCL—35组件 6．NMCL—31A组件 7．双踪示波器（自备） 8．万用表（自备）

五．注意事项

1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05挂箱（或NMCL—36组件），故NMCL-33的内部脉冲需断，以免造成误触发。

2．电阻RD的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。

3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。

4．NMCL-05（或NMCL—36）面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。

5．逆变变压器采用NMEL-02三相芯式变压器（或NMCL—35组式变压器），原边为220V，副边为110V。

6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。

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主电源输出，位于NMCL-002直流电流表，量程为5AI组晶闸管，位于NMCL-33负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)RDAUVVLWNMCL-05ANMCL-36NMEL-02NMCL-35平波电抗器，位于NMCL-331上G3RP3同 步 电 压 输 入K3G4K4G(给定)~220V+15V锯齿波触发电路RP1Uct46G1125-15V-15VK13NMCL-31AG27RP2K2图1-3 单相桥式全控整流电路六．实验方法

1．将NMCL—05(A)（或NMCL—36）面板左上角的同步电压输入接NMCL—002的U、V输出端）， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。

2．断开NMEL-02和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压Uuv至220V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。

NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使?=90°。 断开主电源，连接NMEL-02（NMCL-35）和NMCL-33。 3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。

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接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波电抗器。合上主电路电源，调节Uct，求取在不同?角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）的波形，并记录相应?时的Uct、Ud和交流输入电压U2值。

若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。 4．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。

断开平波电抗器短接线，求取在不同控制电压Uct时的输出电压Ud=f（t），负载电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形并记录相应Uct时的Ud、U2值。

注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负载电流不能超过0.8A，Uct从零起调。

改变电感值（L=100mH），观察?=90°，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使?前移时，若电流太大，可增加与L相串联的电阻加以限流。

七．实验报告

1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当?=60°，90°时的Ud、UVT

波形，并加以分析。

2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当?=90°时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。

3．作出实验整流电路的输入—输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（?）及Ud/U2=f

（?）。

4．实验心得体会。

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实验六 单相桥式有源逆变电路实验

一．实验目的

1．加深理解单相桥式有源逆变的工作原理，掌握有源逆变条件。 2．了解产生逆变颠覆现象的原因。

二．实验线路及原理

NMCL—33的整流二极管VD1～VD6组成三相不控整流桥作为逆变桥的直流电源，逆变变压器采用NMEL—02芯式变压器（或NMCL—35组式变压器），回路中接入电感L及限流电阻Rd。

具体线路参见图1-4。

三．实验内容

1．单相桥式有源逆变电路的波形观察。 2．有源逆变到整流过渡过程的观察。 3．逆变颠覆现象的观察。

四．实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件

3．NMCL—05(A)组件或NMCL—36组件 4．NMEL—03组件

5．NMEL—02组件或NMCL—35组件 6．NMCL—31A组件 7．双踪示波器（自备） 8．万用表（自备）

五．注意事项

1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05挂箱，故NMCL-33（或MCL-53，以下同）的内部触发脉冲需断开，以免造成误触发。

2．电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。

3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。

4．NMCL-05面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。

5．逆变变压器采用NMEL-02三相芯式变压器（或NMCL—35组式变压器），原边为220V，副边为110V。

6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。

六．实验方法

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主电源输出，位于NMCL-32I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为5A负载电阻，可选用MEL-03A(900欧并联)RDAUUVVWWLNMCL-35V图1-4 单相桥式有源逆变电路主回路1．将NMCL—05(A)面板左上角的同步电压输入接NMCL—002的U、V输出端， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。将NMCL—33的I组桥触发脉冲切断。

2．有源逆变实验

有源逆变实验的主电路如图1-4，控制回路的接线可参考单相桥式全控整流电路实验（图1-3）。 （a）将限流电阻RD调整至最大（约450Ω），先断开NMEL-02（NMCL-35）和NMCL-33的连接线，参考图1-3，连接控制回路。合上主电源，调节Uuv=220V，用示波器观察锯齿波的“1”孔和“6”孔，调节偏移电位器RP2，使Uct=0时，β=10°，然后调节Uct，使β在30°附近。

（b）按图1-4连接主回路。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使Uuv=220V。用示波器观察逆变电路输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）波形，并记录Ud和交流输入电压U2的数值。

（c）采用同样方法，绘出β在分别等于60°、90°时，Ud、UVT波形。 3．逆变到整流过程的观察

当β大于90°时，晶闸管有源逆变过渡到整流状态，此时输出电压极性改变，可用示波器观察此变化过程。注意，当晶闸管工作在整流时，有可能产生比较大的电流，需要注意监视。

4．逆变颠覆的观察

当β=30°时，继续减小Uct，此时可观察到逆变输出突然变为一个正弦波，表明逆变颠覆。当关断NMCL—05(A)面板的电源开关，使脉冲消失，此时，也将产生逆变颠覆。

七．实验报告

1．画出β=30°、60°、90°时，Ud、UVT的波形。 2．分析逆变颠覆的原因，逆变颠覆后会产生什么后果？

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实验七 三相半波可控整流电路的研究

一．实验目的

了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作。

二．实验线路及原理

三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。

实验线路见图1-5。

三．实验内容

1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作。 2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。

四．实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL—31A组件 5．双踪示波器（自备） 6．万用表（自备）

五．注意事项

1．整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。

2．整流电路的负载电阻不宜过小，应使Id不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。

3．正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

六．实验方法

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲 （2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

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主电源输出，位于NMCL-002I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为5A负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)AUG(给定)RDVVWLNMCL-31ANMCL-33N平波电抗器，位于NMCL-331上图1-5 三相半波可控整流电路2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作

合上主电源，接上电阻性负载，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwv，从0V调至110V： （a）改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角α时，可控整流电路的输出电压Ud=f（t）与输出电流波形id=f（t），并记录相应的Ud、Id、Uct值。

（b）记录α=90°时的Ud=f（t）及id =f（t）的波形图。

（c）求取三相半波可控整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。 （d）求取三相半波可控整流电路的负载特性Ud=f（Id）

3．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作

接入NMCL—331的电抗器L=700mH，，可把原负载电阻Rd调小，监视电流，不宜超过0.8A（若超过0.8A，可用导线把负载电阻短路），操作方法同上。

（a）观察不同移相角α时的输出Ud=f（t）、id=f（t），并记录相应的Ud、Id值，记录α=90°时的Ud=f（t）、id=f（t），Uvt=f（t）波形图。

（b）求取整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

七．实验报告

1．绘出本整流电路供电给电阻性负载，电阻—电感性负载时的Ud= f（t），id= f（t）及Uvt= f（t）（在α=90°情况下）波形，并进行分析讨论。

2．根据实验数据，绘出整流电路的负载特性Ud=f（Id），输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

八．思考

1．如何确定三相触发脉冲的相序？它们间分别应有多大的相位差？ 2．根据所用晶闸管的定额，如何确定整流电路允许的输出电流？

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实验八 三相桥式半控整流电路实验

一．实验目的

1．熟悉NMCL—33组件。

2．了解三相桥式半控整流电路的工作原理及输出电压，电流波形。

二．实验内容

1．三相桥式半控整流供电给电阻负载。 2．三相桥式半控整流供电给反电势负载。 3．观察平波电抗器的作用。

三．实验线路及原理

在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路。它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。共阳极组三个整流二极管总是自然换流点换流，使电流换到比阴极电位更低的一相中去，而共阴极组三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一相中去。输出整流电压Ud的波形是三组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的控制角α，可获得0～2.34×U2φ的直流可调电压。

具体线路可参见图1-6。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL—31A组件 5．双踪示波器（自备） 6．万用表（自备）

五．注意事项

1．供电给电阻负载时，注意负载电阻允许的电流，电流不能超过负载电阻允许的最大值，供电给反电势负载时，注意电流不能超过电机的额定电流（Id=1A）。

2．在电动机起动前必须预先做好以下几点：

（1）先加上电动机的励磁电流，然后才可使整流装置工作。

（2）起动前，必须置控制电压Uct于零位，整流装置的输出电压Ud最小，合上主电路后，才可逐渐加大控制电压。

3．主电路的相序不可接错，否则容易烧毁晶闸管。

4．示波器的两根地线与外壳相连，使用时必须注意两根地线需要等电位，避免造成短路事故。

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六．实验方法

主电源输出，位于NMCL-002I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为5A负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)RDAUVLVWM直流发电机M01直流电机励磁电源直流电动机M03GRG

负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)图1-6 三相桥式半控整流电路1．未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲 （2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。 2．三相半控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作研究

按图1-6接线，分别短接平波电抗器和直流电动机M03的电枢绕组。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏U、V、W输出电压至线电压为220V。 调节负载电阻，使RD大于200Ω，注意电阻不能过大，应保持id不小于100mA，否则可控硅由于存在维持电流，容易时断时续。

（1）调节Uct， ，观察在30°、60°、90°、120°等不同移相范围内，整流电路的输出电压Ud=f

（t），输出电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）的波形，并加以记录。

（2）读取本整流电路的特性Ud/U2=f（α）。

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3．三相半控桥式整流电路在供电给反电势负载时的工作研究 分别拆除平波电抗器和直流电动机M03电枢绕组的短接线。

（1）置电感量较大时（L=700mH），调节Uct，，观察在不同移相角时整流电路供电给反电势负载的输出电压Ud=f（t），输出电流id=f（t）波形，并给出α=60°、90°时的相应波形。注意，电机空载时，由于电流比较小，有可能电流时断时续。

（2）在相同电感量下，求取本整流电路在α=60°与α=90°时供电给反电势负载时的负载特性n=f（Id）。从电机空载开始，测取5～7个点，注意电流最大不能超过1A。

α=60° Id（A） n（r/min） α=90° Id（A） n（r/min） 4．观察平波电抗器的作用

（1）在大电感量与α=120°条件下，求取反电势负载特性曲线，注意要读取从电流连续到电流断续临界点的数据，并记录此时的Ud=f（t），id=f（t）。

（2）减小电感量，重复（1）的实验内容

七．实验报告

1．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

2．绘出实验的整流电路在供电给反电势负载时的Ud=f（t），id=f（t）波形曲线。

3．绘出实验的整流电路供电给电阻负载时的Ud=f（t），id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f

（t）的波形。

4．绘出整流电路在α=60°与α=90°时供电给反电势负载时的负载特性曲线n=f（Id）。 5．分析本整流电路在反电势负载工作时，整流电流从断续到连续的临界值与哪些因素有关。

八．思考

1．为什么说可控整流电路供电给电动机负载与供电给电阻性负载在工作上有很大差别？ 2．本实验电路在电阻性负载工作时能否突加一阶跃控制电压？在电动机负载工作时呢？为什么？

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实验九 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一．实验目的

1．熟悉NMCL-33组件。

2．熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。

二．实验内容

1．三相桥式全控整流电路。 2．三相桥式有源逆变电路。

3．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。

三．实验线路及原理

实验线路如图1-7所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL—31A组件

5．NMEL-02组件或NMCL—35组件 6．双踪示波器（自备） 7．万用表（自备）

五．实验方法

1．未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。

（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。

（4）将NMCL-31A的给定器输出Ug接至NMCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使?=150o。

21

主电源输出，位于NMCL-002NMEL-02NMCL-35AUBVVWCD图1-7a 三相桥式全控整流及有源逆变电路主回路2．三相桥式全控整流电路

按图1-7接线，AB两点断开、CD两点断开，AD连接在一起，并将RD调至最大(450?)。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V。

调节Uct，使?在30o~90o范围内，用示波器观察记录?=30O、60O、90O时，整流电压ud=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。

3．三相桥式有源逆变电路

断开电源开关后，断开AD点的连接，分别连接AB两点和CD两点。调节Uct，使?仍为150O左右。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V合上电源开关。

调节Uct，观察?=90O、120O、150O时, 电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。

NMCL-31ANMCL-33

G(给定)图1-7b 三相电路控制回路4．电路模拟故障现象观察。在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。

六．实验报告

22

1．画出电路的移相特性Ud=f(?)曲线。

2．作出整流电路的输入—输出特性Ud/U2=f（α）。

3．画出三相桥式全控整流电路时，?角为30O、60O、90O时的ud、uVT波形。 4．画出三相桥式有源逆变电路时，β角为150O、120O、90O 时的ud、uVT波形。 5．简单分析模拟故障现象。

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实验十 单相交流调压电路实验

一．实验目的

1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。 2．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。

二．实验内容

1．单相交流调压器带电阻性负载。 2．单相交流调压器带电阻—电感性负载。

三．实验线路及原理

本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。

晶闸管交流调压器的主电路 由两只反向晶闸管组成，见图1-8。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL—31A组件

5．NMCL-05(A)组件或NMCL—36组件 6．双踪示波器（自备） 7．万用表（自备）

五．注意事项

在电阻电感负载时，当???时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量，损坏元件。为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。

六．实验方法

1．单相交流调压器带电阻性负载

将NMCL-33上的两只晶闸管VT1，VT4反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲端G1、K1，G3、K3分别接至主电路相应VT1和VT4的门极和阴极。

接上电阻性负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大。

NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2，使?=150°。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使Uuv=220V。用示波器观察负载电压u=f（t），晶闸管两端电压uVT= f（t）的波形，调节Uct，观察不同?角时各波形的变化，并记录?=60?，90?，120?时的波形。

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主电源输出，位于NMCL-002交流电流表，量程为3AI组晶闸管，位于NMCL-33负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)RDAUVVLWNMCL-05ANMCL-36NMEL-02NMCL-35平波电抗器，位于NMCL-331上G3RP3同 步 电 压 输 入K3G4K4G(给定)~220V+15V锯齿波触发电路RP1Uct46G1125-15V-15VK13NMCL-31AG27RP2K2图1-8 单相交流调压电路2．单相交流调压器接电阻—电感性负载

（1）在做电阻—电感实验时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻和电感量。可采用直流伏安法来测量内阻，电抗器的内阻为

RL=UL/I

电抗器的电感量可用交流伏安法测量，由于电流大时对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。

ZL=UL/I 电抗器的电感量为

22 LL?ZL?RL/(2?f)

这样即可求得负载阻抗角

25

??tg?1?L1Rd?RL

在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。 （2）断开电源，接入电感（L=700mH）。

调节Uct，使?=450。

三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使Uuv=220V。用双踪示波器（自备）同时观察负载电压u和负载电流i的波形。

调节电阻R的数值（由大至小），观察在不同?角时波形的变化情况。记录??φ，?=φ，??φ三种情况下负载两端电压u和流过负载的电流i的波形。

也可使阻抗角φ为一定值，调节?观察波形。

注：调节电阻R时，需观察负载电流，不可大于0.8A。

七．实验报告

1．整理实验中记录下的各类波形。

2．分析电阻电感负载时，?角与?角相应关系的变化对调压器工作的影响。 3．分析实验中出现的问题。

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实验一 电力晶体管(GTR)驱动电路研究

一．实验目的

1．掌握GTR对基极驱动电路的要求。

2．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法。

二．实验内容

1．连接实验线路组成一个实用驱动电路 2．PWM波形发生器频率与占空比测试

3．光耦合器输入、输出延时时间与电流传输比测试 4．贝克箝位电路性能测试 5．过流保护电路性能测试

三．实验线路

见图2—1。

四．实验设备和仪器

1．NMCL-07电力电子实验箱 2．双踪示波器（自备） 3．万用表（自备） 4．教学实验台主控制屏

五．实验方法

1．检查面板上所有开关是否均置于断开位置 2．PWM波形发生器频率与占空比测试

（1）开关S1、S2打向“通”，将脉冲占空比调节电位器RP顺时针旋到底，用示波器观察1和2点间的PWM波形，即可测量脉冲宽度、幅度与脉冲周期，并计算出频率f与占空比D，填入表2—1。

表2—1 幅度（Vp-p） 宽度（ms） 周期（ms） 频率f（kHz） 占空比D S2：通 RP：右旋 S2：通 RP：左旋 S2：断 RP：右旋 S2：断 RP：左旋 （2）将电位器RP左旋到底，测出f与D，填入表2—1。 （3）将开关S2打向“断”，测出这时的f与D，填入表2—1。 （4）电位器RP顺时针旋到底，测出这时的f与D，填入表2—1

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（5）将S2打在“断”位置，然后调节RP，使占空比D=0.2左右。 3．光耦合器特性测试

（1）输入电阻为R1=1.6K?时的开门，关门延时时间测试

a．将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的“3”与“5”，“9”与“7”及“6”与“11”，即按照以下表格的说明连线。 GTR ：1 GTR：6 GTR：3 GTR：9 PWM：1 PWM：2 GTR：5 GTR：7 GTR：6 GTR：11 b．GTR单元的开关S1合向“ ”，用双踪示波器观察输入“1”与“6”及输出“7”与“11”之间波形，记录开门时间ton（含延迟时间td和下降时间tf）以及关门时间toff（含储存时间ts和上升时间tr），填入表2—2。

td tf 表2—2 R=1.6k ton ts tr toff （2）输入电阻为R2=150?时的开门，关门延时时间测试

将GTR单元的“3”与“5”断开，并连接“4”与“5”， 调节电位器RP顺时针旋到底（使RP短接），其余同上，记录开门、关门时间，填入表2—3。

表2—3 R=150 td tf ton ts tr toff （3）输入加速电容对开门、关门延时时间影响的测试

断开GTR单元的“4”和“5”，将“2”、“3”与“5”相连，即可测出具有加速电容时的开门、关门时间，填入表2—4。

td tf 表2—4 接有加速电容 ton ts tr toff （4）输入、输出电流传输比(CTR)测定 电流传输比定义为CTR=输出电流/输入电流

GTR单元的开关S1合向“5V”，S2打向“通”，连接GTR的“6”和PWM波形发生器的“2”，分别在GTR单元的“4”和“5”以及“9”与“7”之间串入直流毫安表，电位器RP左旋到底，测量光耦输入电流Iin、输出电流Iout。

改变RP(逐渐右旋)，分别测量5-6组光耦输入，输出电流，填入表2—5。

表2—5 输入、输出电流传输比(CTR)测定 Iin（mA） Iout（mA） CTR 4．驱动电路输入，输出延时时间测试

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GTR单元的开关S1合向“ ”， 将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的“3”与“5”，“9”与“7”及“6”与“11”、“8”，即按照以下表格的说明连线。 GTR ：1 PWM：1 GTR：6 PWM：2 GTR：3 GTR：5 GTR：9 GTR：7 GTR：6 GTR：11 GTR：8 用双踪示波器观察GTR单元输入“1”与“6”及驱动电路输出“14”与“11”之间波形，记录驱动电路的输入，输出延时时间。

td=

5．贝克箝位电路性能测试

（1）不加贝克箝位电路时的GTR存贮时间测试。

GTR单元的开关S1合向“ ”， 将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的”2“、“3”与“5”，“9”与“7”，“14”与“19”，“29”与“21”，以及GTR单元的“8”、“11”、“18”与主回路的“4”，GTR单元的“22”与主回路的“1”，即按照以下表格的说明连线。 GTR ：1 GTR：6 GTR：3 GTR：9 GTR：8 GTR：14 PWM：1 PWM：2 GTR：2 GTR：7 GTR：11 GTR：19 GTR：5 GTR：18 主回路：4 记录存贮时间ts。

ts=

（2）加上贝克箝位电路后的GTR存贮时间测试

在上述条件下，将20与14相连，观察与记录ts的变化。 ts=

6．过流保护性能测试

在实验5接线的基础上接入过流保护电路，即断开“8”与“11”的连接，将“36”与“21”、“37”与“8”相连，开关S3放在“断”位置。

用示波器观察“19”与“18”及“21”与“18”之间波形，将S3合向“通”位置，(即减小比较器的比较电压，以此来模拟采样电阻R8两端电压的增大)，此时过流指示灯亮，并封锁驱动信号。

GTR：29 GTR：21 GTR：22 主回路：1 用双踪示波器观察基极驱动信号ub（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“22”与“18”之间）波形，

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将S3放到断开位置，按复位按钮，过流指示灯灭，即可继续进行试验。

+5VGTR+15V通RPS2断9R3R413C3R77R5R6141615

六．实验报告

1．画出PWM波形，列出PWM波形发生器S2在“通”与“断”位置时的频率f与最大，最小占空比。

2．画出光耦合器在不同输入电阻及带有加速电容时的输入、输出延时时间曲线，探讨能缩短开门、关门延时时间的方法。

3．列出光耦输入、输出电流，并画出电流传输比曲线。

4．列出有与没有贝克箝位电路时的GTR存贮时间ts，并说明使用贝克箝位电路能缩短存贮时间ts的物理原因以及对贝克箝位二极管V1的参数选择要求。

5．试说明过流保护电路的工作原理。

6．实验的收获，体会与改进意见。

181920+5VS11C125R1310R24S1861112C217VSTL123VD12224L225VD236R12R15+-S48复位37+35通S3断R14过流VD32629R92730R102831C5VD4R1334R1133R82132C4PWM波形发生R1 84S1主电路+5V断1R1L1R2通SV+断通RPR276255515313VD1R32通S2C1C2断R324RP

七．思考题

1．波形发生器中

图2-1 GTR实验电路R1=160Ω，RP=1kΩ，R2=3kΩ，C1=0.022uF，C2=0.22uF，试对所测的f、Dmax、Dmin与理论值作一比较，能否分析一下两者相差的原因？

2．实验中的光耦为TLP521，试对实测的开门、关门延时时间与该器件的典型延时时间作一比较，能否分析一下两者相差的原因。

3．试比较波形发生器输出与驱动电路输出处的脉冲占空比，并分析两者相差的原因，你能否提出一种缩小两者差异的电路方案。

4．根据实测的光耦电流传输比以及尽量短的开关门延时时间，请对C1、R1及R3等参数作出选择。

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实验二 电力晶体管(GTR)特性研究

一．实验目的

1．熟悉(GTR)的开关特性与二极管的反向恢复特性及其测试方法。 2．掌握GTR缓冲电路的工作原理与参数设计要求。

二．实验内容

1．不同负载时的GTR开关特性测试。 2．不同基极电流时的开关特性测试。 3．有与没有基极反压时的开关过程比较。 4．并联冲电路性能测试。 5．串联冲电路性能测试。 6．二极管的反向恢复特性测试。

三．实验线路

见图2—1。

四．实验设备和仪器

1．NMCL-07电力电子实验箱中的GTR与PWM波形发生器部分 2．双踪示波器（自备） 3．万用表（自备） 4．教学实验台主控制屏

五．实验方法

1．不同负载时GTR开关特性测试 （1）电阻负载时的开关特性测试

GTR单元的开关S1合向“ ”， 将GTR单元的输入“1”与“6”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再分别连接GTR单元的 “3”与“5”，“9”与“7”，“15”、“16”与“19”，“29”与“21”，以及GTR单元的“8”、“11”、“18”与主回路的“4”， GTR单元的“22”与主回路的“1”，即按照以下表格的说明连线。 GTR ：1 GTR：6 GTR：3 GTR：9 GTR：8 GTR：15 GTR：29 PWM：1 PWM：2 GTR：5 GTR：7 GTR：11 GTR：16 GTR：21 GTR：18 GTR：19 主回路：4 记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。

31

GTR：22 主回路：1 用示波器观察，基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，

ton= us，ts= us，tf= us

（2）电阻、电感性负载时的开关特性测试

除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”与“22”断开而将“2”与“22”相连)，其余接线与测试方法同上。

ton= us，ts= us，tf= us

2．不同基极电流时的开关特性测试 （1）基极电流较小时的开关过程

断开GTR单元“16”与“19”的连接，将基极回路的“15”与“19”相连，主回路的“1”与GTR单元的“22”相连，其余接线同上，测量并记录基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。

ton= us，ts= us，tf= us

（2）基极电流较大时的开关过程

将GTR单元的“15”与“19”的连线断开，再将“14”与“19”相连，其余接线与测试方法同上。

ton= us，ts= us，tf= us

3．有与没有基极反压时的开关过程比较

（1）没有基极反压时的开关过程测试---与上述2（2）测试方法相同。 （2）有基极反压时的开关过程测试

a．将GTR单元的“18”与“11”断开，并将“18”与“17”以及“12”与“11”相连，其余接线与测试方法同上。

ton= us，ts= us，tf= us

b．将GTR单元的“18”与“17”，“12”与“11”，“14”与“19”断开，将“15”、“16”与“19”、“18”与“11”相连，这时的基极反压系由电容C3两端电压产生，其余接线与测试方法同上。

ton= us，ts= us，tf= us

4．并联缓冲电路性能测试，基极电阻用R6，加贝克箝位电路

（1）电阻负载（将主回路1与22相连）时，不同并联缓冲电路参数时的性能测试 a．大电阻、小电容时的缓冲特性

将GTR单元的“26”、“27”与“31”相连，“32”与“18”相连，其余接线同上，测量并描绘“21”与“18”及“22”与“18”之间波形(包括GTR导通与关断时的波形，下同)。

b．大电阻、大电容时的缓冲特性

断开GTR单元的“26”、“27”与“31”的相连，将“26”、“27”与“30”相连，测量并描绘“21”与“18”及“22”与“18”之间波形。

c．小电阻大电容时的缓冲特性

断开GTR单元的“26”、“27”与“30”的相连，将“26”、“28”与“30”相连，测试方法同上。 d．小电阻大电容时的缓冲特性

断开GTR单元的“26”、“28”与“30”的相连，将“26”、“28”与“31”相连，测试方法同上。 （2）电阻、电感负载（主回路2与22相连）时，不同并联缓冲电路参数时的性能测试

a．无并联缓冲时测量“21”与“18”及“22”与“18”之间波形。

b．加上并联缓冲，即将“26”、“28”与“30”相连，测量“21”与“18”及“22”与“18” 之间波形。

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5．串联缓冲电路性能

（1）较大串联电感时的缓冲特性

将主回路的“1”与GTR单元的“23”相连，“25”与“22”相连，其余接线同上，测量“21”与“18”及“22”与“18”之间波形。

（2）较小串联电感时的缓冲特性

将GTR单元的“25”与“22”断开，将“24”与“22”相连，其余接线与测试方法同上。 6．二极管的反向恢复特性测试 （1）快恢复二极管的恢复特性测试

将主回路的“1”与GTR单元的“22”相连，“26”与“34”，“33” 、“27”与“30”相连，其余接线同上 。观察电阻R11两端的波形。

测试条件：调节PWM波形发生器的RP，脉冲的占空比足够大，使GTR的关断时间比集-射极电压UCe(即UC4)上升到稳态值的时间短，这样，在GTR关断过程中通过二极管对C4的充电电流还未结束时，GTR又一次导通，这时即可在采样电阻R11(为1Ω)两端观察到反向恢复过程。

（2）普通二极管的恢复特性测试

断开GTR单元的“26”、“34”的相连，将“35”与“22” ，“33”、“27” 与“30”相连,其余接线与测试方法同上。

六．实验报告

1．绘出电阻负载与电阻、电感负载时的GTR开关波形，并在图上标出ton、tS与tf，并分析不同负载时开关波形的差异。

2．绘出不同基极电流时的开关波形并在图上标出ton、tS与tf，并分析理想基极电流的形状，探讨获得理想基极电流形的方法。

3．绘出有与没有基极反压时的开关波形，分析及其对关断过程的影响。试分析实验中所采用的两种基极反压方案的优缺点，你能否设计另一种获得反压的方案。

3．绘出不同负载，不同并联缓冲电路参数时的开关波形，对不同波形的形状从理论上加以说明。 4．试分析串并联缓冲电路对GTR开关损耗的影响。

5．绘出二极管的反向恢复特性曲线，并估算出反向恢复峰值电流值(电源电压为15V，R11=1Ω)，试说明二极管V2、V3应选用具有何种恢复特性的二极管。

6．实验的收获，体会与改进意见。

七．思考题

1．试说明如何正确选用并联缓冲电阻与电容，当GTR的最小导通时间已知为ton(min)时，你能否列出选择R、C应满足的条件？

2．GTR的开关特性是指开通与关断过程中集电极电流与基极电流之间的相互变化关系，但因基极电流与集电极电流之间无共地点，因此无法用双踪示波器同时测试。实验中用基极电压来代替基极电流，试分析这种测试方法的优缺点，你能否设计出更好的测试方法?

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实验三 功率场效应晶体管(MOSFET)特性

与驱动电路研究

一．实验目的

1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法 2．掌握MOSEET对驱动电路的要求

3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法

二．实验内容

1．MOSFET主要参数：开启阀值电压VGS(th),跨导gFS,导通电阻Rds 输出特性ID=f（Vsd）等的测试。

2．驱动电路的输入,输出延时时间测试。

3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试。 4．有与没有反偏压时的开关过程比较。 5．栅-源漏电流测试。

三．实验设备和仪器

1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分 2．双踪示波器（自备） 3．毫安表 4．电流表 5．电压表

四．实验线路

见图2—2。

五．实验方法

1．MOSFET主要参数测试 （1）开启阀值电压VGS(th)测试

开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流ID=1mA)的最小栅源电压。

在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流ID，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS管的栅源电压Vgs，并将主回路电位器RP左旋到底，使Vgs=0。

将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流ID=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGS（th）。

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MOSFET+5V通1R13VD14R49VT215265812S1断10R2R37+-1411R5VT11316S2+15V断R6R720242527通VD3R1023C226R98+192218VD2+C11721PWM波形发生R1 84S1主电路+5V断1R1L1R2通SV+断通RPR276555152313VD1R32通S2C1C2断R324RP图2-2 MOSFET实验电路读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表2—6。 表2—6 1 ID（mA） Vgs（V） （2）跨导gFS测试

双极型晶体管（GTR）通常用hFE（β）表示其增益，功率MOSFET器件以跨导gFS表示其增益。

跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS=△ID/△VGS。 典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和VDS=15V下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。

根据表2—6的测量数值，计算gFS。 （3）转移特性ID＝f（VGS）

栅源电压Vgs与漏极电流ID的关系曲线称为转移特性。 根据表2—6的测量数值，绘出转移特性。 （4）导通电阻RDS测试

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导通电阻定义为RDS=VDS/ID

将电压表接至MOS 管的“25”与“23”两端，测量UDS，其余接线同上。改变VGS 从小到大读取ID与对应的漏源电压 VDS，测量5-6组数值，填入表2—7。

表2—7 1 ID（mA） VDS（V） (5)ID＝f（VSD）测试

ID＝f（VSD）系指VGS＝0时的VDS特性，它是指通过额定电流时，并联寄生二极管的正向压降。 a．在主回路的“3”端与MOS管的“23” 端之间串入安培表，主回路的“4”端与MOS管的“25”端相连，在MOS管的“23”与“25”之间接入电压表，将RP右旋转到底，读取一组ID与VSD的值。

b．将主回路的“3”端与MOS管的“23”端断开，在主回路“1”端与MOS管的“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取另一组ID与VSD的值。

c．将“1”端与“23”端断开，在在主回路“2”端与“23”端之间串入安培表，其余接线与测试方法同上，读取第三组ID与VSD的值。

2．快速光耦6N137输入、输出延时时间的测试

将MOSFET单元的输入“1”与“4”分别与PWM波形发生器的输出“1”与“2”相连，再将MOSFET单元的“2”与“3”、“9”与“4”相连，用双踪示波器观察输入波形（“1”与“4”）及输出波形（“5”与“9”之间），记录开门时间ton、关门时间toff。

ton= ，toff=

3．驱动电路的输入、输出延时时间测试

在上述接线基础上，再将“5”与“8”、“6”与“7”、“10”、“11”与“12”、“13”、“14”与“16”相连，用示波器观察输入“1”与“4”及驱动电路输出“18”与“9”之间波形，记录延时时间toff。

4．电阻负载时MOSFET开关特性测试 （1）无并联缓冲时的开关特性测试

在上述接线基础上，将MOSFET单元的“9”与“4”连线断开，再将“20”与“24”、“22”与“23”、“21”与“9”以及主回路的“1”与“4”分别和MOSFET单元的“25”与“21”相连。用示波器观察“22”与“21”以及“24”与“21”之间波形（也可观察“22”与“21”及“25”与“21”之间的波形），记录开通时间ton与存储时间ts。

ton= ，ts=

（2）有并联缓冲时的开关特性测试

在上述接线基础上，再将“25”与“27”、“21”与“26”相连，测试方法同上。 5．电阻、电感负载时的开关特性测试 （1）有并联缓冲时的开关特性测试

将主回路“1”与MOSFET单元的“25”断开，将主回路的“2”与MOSFET单元的“25”相连，测试方法同上。

（2）无并联缓冲时的开关特性测试 将并联缓冲电路断开，测试方法同上。 6．有与没有栅极反压时的开关过程比较

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（1）无反压时的开关过程

上述所测的即为无反压时的开关过程。 （2）有反压时的开关过程

将反压环节接入试验电路，即断开MOSFET单元的“9”与“21”的相连，连接“9”与“15”，“17”与“21”，其余接线不变，测试方法同上，并与无反压时的开关过程相比较。

7．不同栅极电阻时的开关特性测试 电阻、电感负载，有并联缓冲电路

（1）栅极电阻采用R6=200Ω时的开关特性。 （2）栅极电阻采用R7=470Ω时的开关特性。 （3）栅极电阻采用R8=1.2kΩ时的开关特性。 8．栅源极电容充放电电流测试

电阻负载，栅极电阻采用R6，用示波器观察R6两端波形并记录该波形的正负幅值。 9．消除高频振荡试验

当采用电阻、电感负载，无并联缓冲，栅极电阻为R6时，可能会产生较严重的高频振荡，通常可用增大栅极电阻的方法消除，当出现高频振荡时，可将栅极电阻用较大阻值的R8。

六．实验报告

1．根据所测数据，列出MOSFET主要参数的表格与曲线。 2．列出快速光耦6N137与驱动电路的延时时间与波形。

3．绘出电阻负载，电阻、电感负载，有与没有并联缓冲时的开关波形，并在图上标出ton、toff。 4．绘出有与没有栅极反压时的开关波形，并分析其对关断过程的影响。

5．绘出不同栅极电阻时的开关波形，分析栅极电阻大小对开关过程影响的物理原因。 6．绘出栅源极电容充放电电流波形，试估算出充放电电流的峰值。 7．消除高频振荡的措施与效果。 8．实验的收获、体会与改进意见。

七．思考题

1．增大栅极电阻可消除高频振荡，是否栅极电阻越大越好，为什么？请你分析一下，增大栅极电阻能消除高频振荡的原因。

2．从实验所测的数据与波形，请你说明MOSFET对驱动电路的基本要求有哪一些？你能否设计一个实用化的驱动电路。

3．从理论上说，MOSFET的开、关时间是很短的，一般为纳秒级，但实验中所测得的开、关时间却要大得多，你能否分析一下其中的原因吗？

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实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究

一．实验目的

1．熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法。

2．掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。

二．实验内容

1．IGBT主要参数测试。 2．EXB840性能测试。 3．IGBT开关特性测试。 4．过流保护性能测试。

三．实验设备和仪器

1．NMCL-07电力电子实验箱中的IGBT与PWM波形发生器部分 2．双踪示波器（自备） 3．毫安表 4．电压表 5．电流表

6．教学实验台主控制屏

四．实验线路

见图2—3。

五．实验方法

1．IGBT主要参数测试 （1）开启阀值电压VGS（th）测试

在主回路的“1”端与IGBT的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“3”与“4”端分别与IGBT管的“14”与“17”端相连，再在“14”与“17”端间接入电压表，并将主回路电位器RP左旋到底。

将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流ID=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGS（th）。

读取6—7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表2—8。 表2—8 1 ID（mA） Vgs（V） （2）跨导gFS测试

在主回路的“2”端与IGBT的“18”端串入安培表，将RP左旋到底，其余接线同上。 将RP逐渐向右旋转，读取ID与对应的VGS值，测量5-6组数据，填入表2—9。 表2—9 ID（mA） Vgs（V） 1 38

（3）导通电阻RDS测试

将电压表接入“18”与“17”两端，其余同上，从小到大改变VGS，读取ID与对应的漏源电压VDS，测量5-6组数据，填入表2—10。

表2—10 ID（mA） Vgs（V） 2．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试

IGBT部分的“1”与“13”分别与PWM波形发生部分的“1”与“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”、与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。

1 ton= ，toff=

（2）保护输出部分光耦延时时间测试

将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13” 之间波形，记录延时时间。

（3）过流慢速关断时间测试

接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。 （4）关断时的负栅压测试

断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。

（5）过流阀值电压测试

断开“10”与“13”，“2”与“1”的相连，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，将主回路的“3”与“4”分别和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。 IGBT：17 IGBT：10 IGBT：4 IGBT：6 主回路：4 主回路：3 IGBT：5 IGBT：7

RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。

（6）4端外接电容器C1功能测试——供教师研究用

EXB840使用手册中说明该电容器的作用是防止过流保护电路误动作（绝大部分场合不需要电容器）。

a．C1不接，测量“8”与“13”之间波形。

IGBT：2 IGBT：3 IGBT：12 IGBT：14 39

IGBT+5V通1S1R31524C19101112S2+18V1819断断R1R271466通&4VD1EXB8403+R4R5142过流3复位VD2R7+5V&5+91351+主电路+5V断1R1L1R22313VD1R3417C2&2015R616PWM波形发生R1 84S1S通V+断通RPR2762通S255515R32RPC1C2断图2-3 IGBT实验电路b．“9”与“13”相连时，测量“8”与“13” 之间波形，并与上述波形相比较。 3．开关特性测试

（1）电阻负载时开关特性测试

将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，?2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”， “17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT部分的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。

IGBT：1 IGBT：13 IGBT：4 IGBT：6 IGBT：2 IGBT：12 PWM：1 PWM：2 IGBT：5 IGBT：7 IGBT：3 IGBT：14 IGBT：17 IGBT：10 IGBT：15 IGBT：18 IGBT：16 IGBT：18 主回路：4 主回路：1

用示波器分别观察“8”与“15”及“14”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （2）电阻，电感负载时开关特性测试

将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“8”与“15”及“16”

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