自关断器件及其驱动与保护电路实验

自关断器件及其驱动与保护电路实验

　　一、实验目的

　　(1) 加深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和特点。
　　(3) 掌握由自关断器件构成的直流斩波电路。

　　二、实验线路及原理

　　本实验分别由GTO、GTR、MOSFET、IGBT等自关断器件构成直流电动机斩波调速电路，通过控制自关断器件的驱动信号占空比，改变斩波器输出电压脉宽，从而改变直流电动机电枢电压，实现调压调速。通过本实验可对上述自关断器件及其驱动与保护电路有比较深刻的理解。

　　图4-15为自关断器件实验接线原理图，图中直流主电源由主控制屏上的二极管接成单相桥式整流电路，经电容滤波(LB)后得到。实验线路接线时，应从滤波电路的正极性“3”端出发，经电流保护电路(BH)、自关断器件及保护电路、直流电动机电枢回路、直流电流表，回到滤波电路的负极性“4”端，从而构成实验主电路。

　　接线时应注意以下要求：

　　(1) 过流保护电路(BH)的主回路电流应保证从“1”端流入，“2”端流出。
　　(2) PWM发生电路的输出驱动信号必须从保护电路(BH)的“3”端输入，“4”端输出至相应自关断器件的驱动电路。

　　图4-15 自关断器件实验接线原理图

　　(3) 直流电动机电枢旁必须反向并接快速恢复型续流二极管VDF，连接时应保证二极管的极性正确。
　　(4) 驱动电路连接根据不同的具体电路进行，由于本实验中需要相互隔离的回路较多，连接时必须注意各种接地的不同，如 、 及主电路地(即负极性端)等是不同的，不能随便连接在一起。
　　(5) 不同自关断器件的驱动电路采用不同的控制电压，接线时应注意正确选用。

　　三、实验内容

　　(1) 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)；
　　(2) 自关断器件构成的直流斩波调速系统实验。

　　四、实验设备

　　(1) MCL现代运动控制技术实验台主控屏；
　　(2) 自关断器件组件挂箱
　　(3) 直流电动机-测功机-测速发电机组
　　(4) GRS-6052记忆示波器；
　　(5) 数字式万用表

　　五、预习要求

　　(1) 阅读电力电子技术教材中有关自关断器件的有关内容，弄清自关断器件对驱动电路和保护电路的要求。
　　(2) 阅读本教材§3-12中有关自关断器件的驱动电路和保护电路的内容，搞清其工作原理，熟悉实验线路图。

　　六、实验方法

　　1、GTR的驱动与保护电路及斩波调速实验
　　本装置中GTR的开关频率为1 kHz，把方波信号发生器开关S1拨至“1 kHz”位置，按图4-15接好主电路，按图3-36接好驱动和保护电路。

　　(1) 主电路中，直流电动机M接成并励，励磁电源为主控屏面板上的220V直流电源。测功机作为直流电动机的负载，调节测功机的转矩，即可调节直流电动机的负载，也就是自关断器件的主电路电流。

　　(2) 驱动与保护电路接线时，首先要注意控制电源及接地的正确性，对于GTR器件，采用5V电源双极性驱动。接线时，应将两组5V电源串联，使驱动电路输入端“1”端接+5V，“4”端接-5V，接地端“13”端接±5V电源串联的中点。将PWM信号发生电路的“3”端和“2”端分别接至驱动与保护电路的“2”端和“3”端。连线时，要注意各功能块的完整性和相互间连接顺序的正确性。

　　(3) 实验时应先捡查驱动电路的工作情况。在未接通主电路的条件下，必须使驱动电源地“13”端与GTR发射极“15”端良好连接。将开关S1、S2拨至“ON”位置，驱动电路通电，此时应能在GTR基极“9”和“13”端间观察到驱动触发脉冲，调节PWM发生电路上的多圈电位器RP1，即可观察到脉冲占空比可调。

　　(4) 在驱动电路正常工作后，合上直流电机励磁电源开关，调节PWM发生电路中的RP1，使占空比变小；合上主电路电源开关，使直流电动机低速起动和调速；调节测功机加载旋钮，使直流电动机带负载运行。

　　(5) 调节占空比，用示波器观察、记录不同占空比时基极驱动电压(“9”和“15”端间)、驱动电流(“12”和“10”端间)、GTR管压降(“14”和“15”端间)的波形。

　　(6) 测定并记录空载及负载条件下，不同占空比τ时的直流电动机电枢电压平均值Ua、电机转速n于下表中。

τ
Ua
n

　　
　　2、GTO的驱动与保护电路及斩波调速实验

　　本实验中，GTO的开关频率也为1 kHz，方波发生器开关S-1应拨至“1 kHz”位置。按图4-16接好主电路，按图3-35接好驱动和保护电路。实验方法基本上与GTR时的一致。

　　3、MOSFET的驱动与保护电路及斩波调速实验

　　本实验中MOSFET的开关频率为10 kHz，故应将开关频率拨至“10 kHz”位置。按图4-16接好主电路，按图3-37接好驱动和保护电路。实验方法基本上与GTR时的一致。

　　4、IGBT的驱动与保护电路及斩波调速实验

　　本实验中IGBT的开关频率为10 kHz，故应将开关频率拨至“10 kHz”位置。按图4-16接好主电路，按图3-38接好驱动和保护电路。实验方法基本上与GTR时的一致。

　　七、实验报告

　　(1) 整理并画出不同自关断器件的基极驱动电压、驱动电流、元件管压降的波形；
　　(2) 画出Ua = f(τ)和n = f(τ)曲线；
　　(3) 讨论并分析实验中出现的有关问题。

　　八、注意事项

　　(1) 实验时应详细分析电路结构，充分注意控制电压的大小、接线及各接线端点的编号，以防止接线出错而损坏器件。
　　(2) 注意直流电动机两端续流二极管的极性不能接反。
　　(3) 双踪示波器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。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。