自關(guān)斷器件及其驅(qū)動與保護(hù)電路實驗

　　(1) 加深理解各種自關(guān)斷器件對驅(qū)動與保護(hù)電路的要求。
　　(2) 熟悉各種自關(guān)斷器件的驅(qū)動與保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)和特點。
　　(3) 掌握由自關(guān)斷器件構(gòu)成的直流斬波電路。

　　二、實驗線路及原理

　　本實驗分別由GTO、GTR、MOSFET、IGBT等自關(guān)斷器件構(gòu)成直流電動機斬波調(diào)速電路，通過控制自關(guān)斷器件的驅(qū)動信號占空比，改變斬波器輸出電壓脈寬，從而改變直流電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。通過本實驗可對上述自關(guān)斷器件及其驅(qū)動與保護(hù)電路有比較深刻的理解。

　　圖4-15為自關(guān)斷器件實驗接線原理圖，圖中直流主電源由主控制屏上的二極管接成單相橋式整流電路，經(jīng)電容濾波(LB)后得到。實驗線路接線時，應(yīng)從濾波電路的正極性“3”端出發(fā)，經(jīng)電流保護(hù)電路(BH)、自關(guān)斷器件及保護(hù)電路、直流電動機電樞回路、直流電流表，回到濾波電路的負(fù)極性“4”端，從而構(gòu)成實驗主電路。

　　接線時應(yīng)注意以下要求：

　　(1) 過流保護(hù)電路(BH)的主回路電流應(yīng)保證從“1”端流入，“2”端流出。
　　(2) PWM發(fā)生電路的輸出驅(qū)動信號必須從保護(hù)電路(BH)的“3”端輸入，“4”端輸出至相應(yīng)自關(guān)斷器件的驅(qū)動電路。

　　圖4-15 自關(guān)斷器件實驗接線原理圖

　　(3) 直流電動機電樞旁必須反向并接快速恢復(fù)型續(xù)流二極管VDF，連接時應(yīng)保證二極管的極性正確。
　　(4) 驅(qū)動電路連接根據(jù)不同的具體電路進(jìn)行，由于本實驗中需要相互隔離的回路較多，連接時必須注意各種接地的不同，如 、 及主電路地(即負(fù)極性端)等是不同的，不能隨便連接在一起。
　　(5) 不同自關(guān)斷器件的驅(qū)動電路采用不同的控制電壓，接線時應(yīng)注意正確選用。

　　三、實驗內(nèi)容

　　(1) 自關(guān)斷器件及其驅(qū)動、保護(hù)電路的研究(可根據(jù)需要選擇一種或幾種自關(guān)斷器件)；
　　(2) 自關(guān)斷器件構(gòu)成的直流斬波調(diào)速系統(tǒng)實驗。

　　四、實驗設(shè)備

　　(1) MCL現(xiàn)代運動控制技術(shù)實驗臺主控屏；
　　(2) 自關(guān)斷器件組件掛箱
　　(3) 直流電動機-測功機-測速發(fā)電機組
　　(4) GRS-6052記憶示波器；
　　(5) 數(shù)字式萬用表

　　五、預(yù)習(xí)要求

　　(1) 閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)自關(guān)斷器件的有關(guān)內(nèi)容，弄清自關(guān)斷器件對驅(qū)動電路和保護(hù)電路的要求。
　　(2) 閱讀本教材§3-12中有關(guān)自關(guān)斷器件的驅(qū)動電路和保護(hù)電路的內(nèi)容，搞清其工作原理，熟悉實驗線路圖。

　　六、實驗方法

　　1、GTR的驅(qū)動與保護(hù)電路及斬波調(diào)速實驗
　　本裝置中GTR的開關(guān)頻率為1 kHz，把方波信號發(fā)生器開關(guān)S1撥至“1 kHz”位置，按圖4-15接好主電路，按圖3-36接好驅(qū)動和保護(hù)電路。

　　(1) 主電路中，直流電動機M接成并勵，勵磁電源為主控屏面板上的220V直流電源。測功機作為直流電動機的負(fù)載，調(diào)節(jié)測功機的轉(zhuǎn)矩，即可調(diào)節(jié)直流電動機的負(fù)載，也就是自關(guān)斷器件的主電路電流。

　　(2) 驅(qū)動與保護(hù)電路接線時，首先要注意控制電源及接地的正確性，對于GTR器件，采用5V電源雙極性驅(qū)動。接線時，應(yīng)將兩組5V電源串聯(lián)，使驅(qū)動電路輸入端“1”端接+5V，“4”端接-5V，接地端“13”端接±5V電源串聯(lián)的中點。將PWM信號發(fā)生電路的“3”端和“2”端分別接至驅(qū)動與保護(hù)電路的“2”端和“3”端。連線時，要注意各功能塊的完整性和相互間連接順序的正確性。

　　(3) 實驗時應(yīng)先撿查驅(qū)動電路的工作情況。在未接通主電路的條件下，必須使驅(qū)動電源地“13”端與GTR發(fā)射極“15”端良好連接。將開關(guān)S1、S2撥至“ON”位置，驅(qū)動電路通電，此時應(yīng)能在GTR基極“9”和“13”端間觀察到驅(qū)動觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)PWM發(fā)生電路上的多圈電位器RP1，即可觀察到脈沖占空比可調(diào)。

　　(4) 在驅(qū)動電路正常工作后，合上直流電機勵磁電源開關(guān)，調(diào)節(jié)PWM發(fā)生電路中的RP1，使占空比變小；合上主電路電源開關(guān)，使直流電動機低速起動和調(diào)速；調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕，使直流電動機帶負(fù)載運行。

　　(5) 調(diào)節(jié)占空比，用示波器觀察、記錄不同占空比時基極驅(qū)動電壓(“9”和“15”端間)、驅(qū)動電流(“12”和“10”端間)、GTR管壓降(“14”和“15”端間)的波形。

　　(6) 測定并記錄空載及負(fù)載條件下，不同占空比τ時的直流電動機電樞電壓平均值Ua、電機轉(zhuǎn)速n于下表中。

　　
　　2、GTO的驅(qū)動與保護(hù)電路及斬波調(diào)速實驗

　　本實驗中，GTO的開關(guān)頻率也為1 kHz，方波發(fā)生器開關(guān)S-1應(yīng)撥至“1 kHz”位置。按圖4-16接好主電路，按圖3-35接好驅(qū)動和保護(hù)電路。實驗方法基本上與GTR時的一致。

　　3、MOSFET的驅(qū)動與保護(hù)電路及斬波調(diào)速實驗

　　本實驗中MOSFET的開關(guān)頻率為10 kHz，故應(yīng)將開關(guān)頻率撥至“10 kHz”位置。按圖4-16接好主電路，按圖3-37接好驅(qū)動和保護(hù)電路。實驗方法基本上與GTR時的一致。

　　4、IGBT的驅(qū)動與保護(hù)電路及斬波調(diào)速實驗

　　本實驗中IGBT的開關(guān)頻率為10 kHz，故應(yīng)將開關(guān)頻率撥至“10 kHz”位置。按圖4-16接好主電路，按圖3-38接好驅(qū)動和保護(hù)電路。實驗方法基本上與GTR時的一致。

　　七、實驗報告

　　(1) 整理并畫出不同自關(guān)斷器件的基極驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流、元件管壓降的波形；
　　(2) 畫出Ua = f(τ)和n = f(τ)曲線；
　　(3) 討論并分析實驗中出現(xiàn)的有關(guān)問題。

　　八、注意事項

　　(1) 實驗時應(yīng)詳細(xì)分析電路結(jié)構(gòu)，充分注意控制電壓的大小、接線及各接線端點的編號，以防止接線出錯而損壞器件。
　　(2) 注意直流電動機兩端續(xù)流二極管的極性不能接反。
　　(3) 雙蹤示波器兩個探頭的地線都與示波器的外殼相連接，所以兩個探頭的地線不能同時接在某一電路的不同兩點上，否則將使這兩點通過示波器發(fā)生電氣短路。當(dāng)需要同時觀察兩個信號時，必須在電路上找到這兩個被測信號的公共點，將探頭的地線接上，兩個探頭各接至信號處，即能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不致發(fā)生意外。