电力电子技术实验指导书
吉林化工学院 信控学院电气工程系 刘刚 2012年4月2日
目 录
实验一 MOSFET、IGBT驱动与保护电路实验 ................................................................. 1 实验二 直流斩波电路的性能研究 ....................................................................................... 3 实验三 单相桥式半控整流电路实验 ................................................................................... 7 实验四 单相交流调压电路实验 ......................................................................................... 10 实验五 单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验 ............................................... 13 实验六 三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验 ............................................. 15
电气工程系-电力电子技术实验指导-刘刚 1
实验一 MOSFET、IGBT驱动与保护电路实验
一、实验目的
（1）理解MOSFET、IGBT器件对驱动与保护电路的要求。 （2）熟悉MOSFET、IGBT器件的驱动与保护电路的结构及特点。 （3）掌握由MOSFET、IGBT器件构成PWM直流斩波电路原理与方法。 二、实验所需挂件 序号 1 2 3 4
型 号
DJK01 电源控制屏 DJK06 给定及实验器件 DJK07 新器件特性实验 DJK12 功率器件驱动电路实验箱
备 注
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包括“负载”等几个模块
该挂件包括“IGBT”、“GTR”等几个模块 该挂件包括“PWM发生电路”等几个模块
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1-1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，经过负载电阻、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1-1 自关断器件的实验接线及原理图
四、实验内容
自关断器件MOSFET、IGBT及其驱动、保护电路的研究。 五、实验方法
（1）MOSFET的驱动与保护电路实验
将DJK12实验挂箱上的“PWM发生电路”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。
电气工程系-电力电子技术实验指导-刘刚 2
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MOSFET器件，采用?15V电源驱动。接线时，PWM波形的输出端接MOSFET驱动模块的输入端，?15V电源分别接MOSFET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、记录不同占空比时负载上的电压。
测定并记录不同占空比?时负载的电压平均值Ua于表1-1中。
表1-1 MOSFET不同占空比和对应负载电压平均值Ua记录表
占空比? 平均电压Ua 0% 20% 40% 60% 80% 100 （2）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MOSFET的驱动与保护电路实验一致。
测定并记录不同占空比?时负载的电压平均值Ua于表1-2中。
表1-2 IGBT不同占空比和对应负载电压平均值Ua记录表
占空比? 平均电压Ua 六、实验报告
（1）整理并画出不同自关断器件的控制极驱动电压的波形。 （2）画出Ua=f（?）的曲线。 （3）讨论并分析实验中出现的问题。 七、注意事项
（1）连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。
（2）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。
（3）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。
0% 20% 40% 60% 80% 100 电气工程系-电力电子技术实验指导-刘刚 3
实验二 直流斩波电路的性能研究
一、实验目的
（1）掌握悉直流斩波电路的工作原理。
（2）熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。 （3）熟悉PWM控制与驱动电路原理。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4
三、实验线路及原理 1、主电路
（1）降压斩波电路(Buck Chopper)
降压斩波电路原理图如图2-1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT；D为续流二极管。负载电压的平均值为：
Uo=tontonUi=U=aUi
ton+toffTi型 号 DJK01 电源控制屏 DJK09 单相调压与可调负载 DJK20 直流斩波电路 D42 三相可调电阻 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比。输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 +UiCE+L1UD-C1++RUo--UiI1VGL1GC-UDV+DC1+RUo-D-E
图2-1降压斩波电路原理图 图2-2 升压斩波电路的原理图及波形 （2）升压斩波电路(Boost Chopper)
升压斩波电路原理图如图2-2所示。图中V为全控型器件，选用IGBT；V导通时，二极管D截止，防止电容C1对地放电。负载电压的平均值为：
Uo=ton+tofftoffUi=TtoffUi
电气工程系-电力电子技术实验指导-刘刚 4
上式中的T/toff≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 （3）升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)
升降压斩波电路原理图图2-3所示。负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。图中V为全控型器件，选用IGBT；V导通时，二极管D截止，防止电容C1反向充电。负载电压的平均值为：
tontonaUo=Ui=Ui=U
toffTton1ai若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时
为降压，当1/2<α<1时为升压。
+Ui-CEG-L1VUD+DC1-RUo+
图2-3 升降压斩波电路的原理图及波形
2、控制与驱动电路
开关管控制电路以SG3525为核心构成，电路图如图2-4所示，调节Ur分压值即可调节开关管控制PWM信号占空比。
1643675921R21012+15V1513+15R322KRwUr10KR412KR510KVREFOSC OUTSYNCRTDISCCTCMPENIN+IN-GNDSG3525ANVCCVC光电隔离4148R8V_G1OUT AOUT B111462SSSD810R610K4148C2100uFR710KDzR930KDzPWMR115KC10.01uF2V_E 图2-4 SG3525开关管控制电路
四、实验内容
（1）控制与驱动电路的测试 （2）三种直流斩波器的测试 五、实验方法
1、控制与驱动电路的测试
（1）启动实验装置电源，开启DJK20控制电路电源开关。
（2）调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，用双踪示波器分别观测SG3525的第11脚与第14脚的波形，观测输出PWM信号的变化情况，并填入表2-1。