自關斷器件及其驅動與保護電路實驗

　　一、實驗目的

　　(1) 加深理解各種自關斷器件對驅動與保護電路的要求。
　　(2) 熟悉各種自關斷器件的驅動與保護電路的結構和特點。
　　(3) 掌握由自關斷器件構成的直流斬波電路。

　　二、實驗線路及原理

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

　　圖4-15為自關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，經電容濾波(LB)后得到。實驗線路接線時，應從濾波電路的正極性“3”端出發，經電流保護電路(BH)、自關斷器件及保護電路、直流電動機電樞回路、直流電流表，回到濾波電路的負極性“4”端，從而構成實驗主電路。

　　接線時應注意以下要求：

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

　　圖4-15 自關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型續流二極管VDF，連接時應保證二極管的極性正確。
　　(4) 驅動電路連接根據不同的具體電路進行，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(即負極性端)等是不同的，不能隨便連接在一起。
　　(5) 不同自關斷器件的驅動電路采用不同的控制電壓，接線時應注意正確選用。

　　三、實驗內容

　　(1) 自關斷器件及其驅動、保護電路的研究(可根據需要選擇一種或幾種自關斷器件)；
　　(2) 自關斷器件構成的直流斬波調速系統實驗。

　　四、實驗設備

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

　　五、預習要求

　　(1) 閱讀電力電子技術教材中有關自關斷器件的有關內容，弄清自關斷器件對驅動電路和保護電路的要求。
　　(2) 閱讀本教材§3-12中有關自關斷器件的驅動電路和保護電路的內容，搞清其工作原理，熟悉實驗線路圖。

　　六、實驗方法

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

　　(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載，調節測功機的轉矩，即可調節直流電動機的負載，也就是自關斷器件的主電路電流。

　　(2) 驅動與保護電路接線時，首先要注意控制電源及接地的正確性，對于GTR器件，采用5V電源雙極性驅動。接線時，應將兩組5V電源串聯，使驅動電路輸入端“1”端接+5V，“4”端接-5V，接地端“13”端接±5V電源串聯的中點。將PWM信號發生電路的“3”端和“2”端分別接至驅動與保護電路的“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) 實驗時應先撿查驅動電路的工作情況。在未接通主電路的條件下，必須使驅動電源地“13”端與GTR發射極“15”端良好連接。將開關S1、S2撥至“ON”位置，驅動電路通電，此時應能在GTR基極“9”和“13”端間觀察到驅動觸發脈沖，調節PWM發生電路上的多圈電位器RP1，即可觀察到脈沖占空比可調。

　　(4) 在驅動電路正常工作后，合上直流電機勵磁電源開關，調節PWM發生電路中的RP1，使占空比變??；合上主電路電源開關，使直流電動機低速起動和調速；調節測功機加載旋鈕，使直流電動機帶負載運行。

　　(5) 調節占空比，用示波器觀察、記錄不同占空比時基極驅動電壓(“9”和“15”端間)、驅動電流(“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、電機轉速n于下表中。

　　
　　2、GTO的驅動與保護電路及斬波調速實驗

　　本實驗中，GTO的開關頻率也為1 kHz，方波發生器開關S-1應撥至“1 kHz”位置。按圖4-16接好主電路，按圖3-35接好驅動和保護電路。實驗方法基本上與GTR時的一致。

　　3、MOSFET的驅動與保護電路及斬波調速實驗

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

　　4、IGBT的驅動與保護電路及斬波調速實驗

　　本實驗中IGBT的開關頻率為10 kHz，故應將開關頻率撥至“10 kHz”位置。按圖4-16接好主電路，按圖3-38接好驅動和保護電路。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斷器件的基極驅動電壓、驅動電流、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的有關問題。

　　八、注意事項

　　(1) 實驗時應詳細分析電路結構，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生電氣短路。當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，而不致發生意外。