电力电子器件实验指导书

实验一 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。

三、实验线路及原理

将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)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电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负载，将两个90Ω的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。

实验线路的具体接线如下图所示：

图3-26 新器件特性实验原理图

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、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。

六、思考题

各种器件对触发脉冲要求的异同点？

七、实验方法

(1)按图3-26接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将DJK06上的给定电位器RP1沿逆时针旋到底，S1拨到“正给定”侧，S2拨到“给定”侧，单相调压器逆时针调到底，DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置；打开DJK06的电源开关，按下控制屏上的“启动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压U g调节过程中回路电流I d以及器件的管压降U v。

(2)按下控制屏的“停止”按钮，将晶闸管换成可关断晶闸管（GTO），重复上述步骤，并记录数据。

(3)按下控制屏的“停止”按钮，换成功率场效应管（MOSFET），重复上述步骤，并记录数据。

(4)按下控制屏的“停止”按钮，换成大功率晶体管（GTR），重复上述步骤，并记录数据。

(5)按下控制屏的“停止”按钮，换成绝缘双极性晶体管（IGBT），重复上述步骤，并记录数据。

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)可参考实验六的注意事项 (1)。

(2)为保证功率器件在实验过程中避免功率击穿，应保证管子的功率损耗(即功率器件的管压降与器件流过的电流乘积)小于8W。

(3)为使GTR特性实验更典型，其电流控制在0.4A以下。

(4)在本实验中，完成的是关于器件的伏安特性的实验项目，老师可以根据自己的实际需要调整实验项目，如可增加测量器件的导通时间等实验项目。

实验二 GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动与保护电路实验

一、实验目的

(1)理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。

(2)熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。

(3)掌握由自关断器件构成PWM直流斩波电路原理与方法。

二、实验所需挂件及附件

三、实验线路及原理

自关断器件的实验接线及实验原理图如图3-27所示，图中直流电源可由控制屏上的励磁电压提供，或由控制屏上三相电源中的两相经整流滤波后输出，接线时，应从直流电源的正极出发，经过限流电阻、自关断器件及保护电路、直流电流表、再回到直流电源的负端，构成实验主电路。

图3-27 自关断器件的实验接线及原理图

四、实验内容

自关断器件及其驱动、保护电路的研究（可根据需要选择一种或几种自关断器件）。

五、实验方法

(1)GTR的驱动与保护电路实验

在本实验中，把DJK12实验挂箱中的频率选择开关拨至“低频档”。然后调节频率按钮，使PWM波输出频率在“1KHz”左右。

在主电路中，直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻R用DJK06上的灯泡负载，直流电压、电流表均在控制屏上。

驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及接地的正确连接。对于GTR器件，采用±5V 电源驱动。接线时，PWM波形的输出端接GTR驱动模块的输入端，±5V电源分别接GTR电源的输入端。

实验时应先检查驱动电路的工作情况。在未接通主电路的情况下，接通驱动模块的电源，此时可在驱动模块的输出端观察到相应的波形，调节PWM波形发生器的频率及占空比，

观测PWM波形的变化规律。

在驱动电路正常工作后，将占空比调小，然后合上主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、GTR管压降及负载上的波形。

测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值Ua于下表中：

(2)GTO的驱动与保护电路实验

将DJK12实验挂箱上的频率选择开关拨至“低频档”，调节频率调节电位器，使方波的输出频率在“1KHz”左右，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路。其基本的实验方法与GTR的驱动与保护电路及斩波调速实验相同。

(3)MOSFET的驱动与保护电路实验

将DJK12实验挂箱上的频率选择开关拨至“高频档”，调节频率调节电位器，使方波的输出频率在“8KHz～10KHz”范围内，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路的实验线路，其基本的实验方法与GTR的驱动与保护电路实验一致。

(4)IGBT的驱动与保护电路实验

在本实验中，DJK12实验挂箱中的频率选择开关拨至“高频档”，改变频率调节电位器，使方波的输出频率在“8KHz～10KHz”范围内，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路的实验线路，其基本的实验方法与GTR的驱动与保护电路实验一致。

六、实验报告

(1)整理并画出不同自关断器件的基极（或控制极）驱动电压、驱动电流、元件管压降的波形。

(2)画出Ua=f（α）的曲线。

(3)讨论并分析实验中出现的问题。

七、注意事项

(1)可参考实验六的注意事项 (1)。

(2)连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。

(3)不同的自关断器件需接不同的控制电压，接线时应注意正确选择。

(4)实验开始前，必须先加上自关断器件的控制电压，然后再加主回路的电源；实验结束时，必须先切断主回路电源，然后再切断控制电源。