可关断晶闸管测试及单相桥式半控整流电路的研究 实训.docx
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可关断晶闸管测试及单相桥式半控整流电路的研究实训
可关断晶闸管测试及单相桥式半控整流电路的研究实训
一、实验实训目的
1.观察可关断晶闸管的结构,掌握测试可关断晶闸管参数和好坏的正确方法。
2.掌握测试GTO元件的方法。
3.熟悉单相桥式半控整流电路的原理,掌握其接线情况。
观察此电路带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载的波形,并总结其工作特点。
二、实验实训设备
直流稳压电源1台
可关断晶闸管 2个
DJK01电源控制屏1块
DJK02三相变流桥路1块
DJK06给定、负载及吸收电路1块
双臂滑线电阻器1个
双踪示波器1台
万用表1块
导线若干
三、实验实训线路及原理
1.可关断晶闸管的测试
可关断晶闸管(GTO)的基本结构与普通晶闸管相同,也是属于PNPN四层三端器件,其3个电极分别为阳极A、阴极K、门极(控制极)G,但是它的关断原理、方式与普通晶闸管大不相同。
普通(单向)晶闸管受门极正信号触发导通后就处于深度饱和状态维持导通,除非阳、阴极之间正向电流小于维持电流IH或电源切断之后才会由导通状态变为阻断状态。
可关断晶闸管既具有普通晶闸管耐压高、电流大、正向压降低等优点,又具有门控关断能力,使用很方便,是现代理想的大电流开关器件。
它的几种常见外形和符号如图2-17所示。
图2-17GTO的外形图
可关断晶闸管的主要参数有断态重复峰值电压UDRM、最大可关断电流IATM、门极(控制极)反向峰值电压URGM、门极(控制极)最大复向电流IGM、通态电压UTM、βOFF值(βOFF=IATM/IGM)。
其中UDRM是指在阳极A和阴极K之间的断态电压最高瞬时值。
βOFF反映门极电流对阳极电流控制能力的强弱,βOFF值越大控制能力越强。
(1)电极判别
将万用表置于R×10档或R×100档,轮换测量可关断晶闸管的3个引脚之间的电阻,如图2-18所示。
图2-18可关断晶闸管电极判别
结果:
电阻比较小的一对引脚是门极(G)和阴极(K);测量G、K极之间正、反向电阻,电阻指示值较小时红表笔所接的引脚为阴极K,黑表笔所接的引脚为门极(控制极)G,而剩下的引脚是阳极A。
(2)可关断晶闸管好坏判别
用万用表R×10档或R×100档测量晶闸管阳极(A)与阴极(K)之间的电阻,或测量阳极(A)与门极(G)之间的电阻
结果:
如果读数小于1kΩ,器件已击穿损坏。
原因:
该晶闸管严重漏电。
用万用表R×10档或R×100档测量测量门极(G)与阴极(K)之间的电阻。
结果:
如正反向电阻均为无穷大(∞),该管也已损坏。
原因:
被测晶闸管门极、阴极之间断路。
(3)可关断晶闸管触发特性检测的简易测试方法
图2-19可关断晶闸管触发特性简易测试方法
如图2-19所示。
将万用表置于R×1档,黑表笔接可关断晶闸管的阳极A,红表笔接阴极G悬空,这时晶闸管处于阻断状态,电阻应为无穷大(∞),如图2-19(a)所示。
在黑表笔接触阳极A的同时也接触门极G,于是门极G受正向电压触发(同样也是万用表内1.5V电源的作用),晶闸管成为低阻导通状态,万用表指针应大幅度向右偏,如图2-19(b)所示。
保持黑表笔接A极,红表笔接K极不变,G极重新悬空(开路),则万用表指针应保持低阻指示不变,如图2-19(c)所示,说明该可关断晶闸管能维持导通状态,触发特性正常。
(4)可关断晶闸管关断能力的初步检测
测试方法如图2-20所示。
采用1.5V干电池一节,普通万用表一只。
图2-20可关断晶闸管的关断能力测试
将万用表置于R×1档,黑表笔接晶闸管阳极A,红表笔接阴极K,这时万用表指示的电阻应为∞(无穷大),然后用导线将门极G与阳极A接通,于是G极受正电压触发,使晶闸管导通,万用表指示应为低电阻,即指针向右偏转,如图2-20(a)所示。
将门极G开路后万用表指针偏转应保持不变,即晶闸管仍应维持导通状态,如图2-20(b)所示。
然后将1.5V电池的正极接阴极K、电池负极接门极G,则晶闸管立即由导通状态变为阻断状态,万用表的电阻为无穷大(∞),说明被测晶闸管关断能力正常。
如果手头有2只万用表,那么可将其中的一只仪表(置于R×10档)作为负向触发信号使用(相当于1.5V,黑表笔接阴极K,红表笔触碰门极G),参照图2-20所示的方法,同样可以检测可关断晶闸管是否具有正常关断能力。
(5)测量可关断晶闸管的βOFF值
βOFF是表征可关断晶闸管门极电流对阳极电流控制能力强弱的一个参数,定义为:
βOFF=IATM/IGM
式中IATM为最大可关断电流,IGM为门极最大负向电流。
βOFF越大说明关断控制能力越强。
1)第一种测量方法。
测量晶闸管βOFF的一种方法如图2-21所示。
图2-21测量βOFF的方法之一
在可关断晶闸管(GTO)的阳极回路串联阻值为20Ω的电阻R(功率为3W),则根据欧姆定律,测出R两端的电压就可算出流过R的电流,即为GTO阳极电流(万用表置直流电压DC2.5V挡)。
而使GTO关断时的反向触发电流可根据万用表R×10档指示值及该挡的内阻算出。
具体操作方法如下:
①、接图2-21所示连接电路,万用表置于直流电压2.5V档,红表笔接晶闸管GTO的阳极A,黑表笔接电源正极,测得GTO导通时R两端的电压为UR。
②、将另一只万用表置于R×10档,黑表笔接晶闸管的阴极K,当红表笔接门极G时,晶闸管立即由导通变为阻断,这时连接在阳极回路的电阻R两端电压降为零。
从左边万用表读出GK极之间电阻RGK。
并从电阻测量刻度尺读出R×10档的欧姆中心值R(欧姆表内阻与指针偏转无关,例如,500型万用表R×10档欧姆中心值为100Ω)。
③、计算:
式中UR-晶闸管导通时R两端电压,V;
RGK-晶闸管由导通变为关断(阻断)时测得G、K极间的电阻,Ω;
R0-万用表R×10档欧姆中心值,Ω;
U1-万用表R×1档内置电池电压,通常U1=1.5V;
R–晶闸管阳极回路外接电阻,Ω。
2)第二种测量方法。
如果手头备有2只万用表的型号规格相同,那么对于小功率可关断晶闸管,无需附加电源,就可以估测
,测量方法更加简单,如图2-22所示。
图2-22测量βOFF的方法之二
①、测量晶闸管导通时A、K极间电阻RA
②、测量由导通变为关断时G、K极间的电阻RGK
③、按下式计算
:
式中 RGK-晶闸管由导通变为关断时G、K极间电阻测量值,Ω;
RO2-万用表R×10档欧姆中心值,Ω;
RA-晶闸管导通时G、K极间电阻测量值,Ω;
RO1-万用表R×1档欧姆中心值,Ω。
第二种方法对大功率晶闸管不适用。
2.单相桥式半控整流电路研究
实验线路如图2-23所示,2个晶闸管的触发脉冲集成触发电路提供,整流电路的负载可根据要求选择电阻性、电阻电感性。
四、实验实训内容及步骤
1.鉴别可关断晶闸管的好坏
2.单相半控桥整流电路的研究
(1)将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧;
(2)打开DJK02电源开关,拨动“触发脉冲指示”开关至“窄”处;
(3)将DJK06上的“给定”输出直接与DJK02上的偏移控制电压Uct相接,将DJK02面板上的U1f端接地,将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”,适当增加给定的正输出,观察正桥晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常;
(4)按图2-23接线。
接成电阻性负载,将滑线变阻器放在最大阻值处,按下“启动”按钮,增加Uct,用示波器观察负载电阻ud、晶闸管两端电压uT和整流二极管两端uD的波形,并记录不同α角时的Ud、UT、UD的波形,测定相应电源电压U2和负载电压Ud的数值,记录于表2-1中。
表2-1
α
30º
60º
90º
120º
150º
180º
U2
Ud(记录值)
Ud(计算值)
Ud/U2
(5)断开主电路后,将负载改为电阻电感性负载,即将平波电抗器Ld(200mH)与电阻Rd串联。
不接续流二极管VD3,接通主电路,用示波器观察不同控制角α时ud、uD2、id的波形,并测定U2、Ud的数值,记录于表2-2中。
表2-2
α
30º
60º
90º
U2
Ud(记录值)
Ud(计算值)
Ud/U2
(6)在α=60º时,移去触发脉冲,用示波器观察并记录移去脉冲前、后ud、uD2、id、uT1的波形。
(7)接上续流二极管VD3,接通主电路,用示波器观察不同控制角α时ud、uD2、id的波形,并测定U2、Ud的数值,记录于表2-3中。
表2-3
α
30º
60º
90º
U2
Ud(记录值)
Ud(计算值)
Ud/U2
(8)在接有续流二极管VD3及α=60º时,移去触发脉冲,用示波器观察并记录移去脉冲前、后ud、uT1、uT3、和uD3的波形。
五、实验实训注意事项
1.双踪示波器在同时使用两个探头测量时,由于两探头的地线均与示波器的外壳相接,故必须将两探头的地线端接在电路的同一电位点上,否则会造成被测电路短路事故。
2.本实验中,晶闸管的阳极电压与门极电压的相位跟触发电路有关,不要接错。
3.续流二极管的极性不要接反,否则会造成短路事故。
而且续流回路与负载的连线要短粗,使接触电阻小,以利于续流。
六、实验实训报告
1.画出电阻性负载、电阻电感性负载时Ud/U2=f(α)的曲线。
2.画出电阻性负载、电阻电感性负载,α角分别为30º、60º、90º时的ud、uT的波形。
3.说明续流二极管对防止失控现象的作用。
4.分析实训中出现的现象和故障原因。
5.写出本次实验实训的心得与体会。
实验实训二单相桥式全控整流及有源逆变电路实验
一、实验实训目的
1.加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。
2.研究单相桥式变流电路由整流切换到逆变的全过程,掌握实现有源逆变的条
件。
3.掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。
二、实验实训设备
DJK01电源控制屏1块
DJK03晶闸管触发电路1块
DJK10变压器实验挂件1件
双踪示波器1台
万用表1块
双臂滑线电阻器1个
三、实验实训线路及原理
1.单相桥式整流电路研究
实验线路如图2-24,整流电路的负载可根据要求选择电阻性、电阻电感性。
工作原理可参见教材相关内容。
2.单相桥式有源逆变电路实验
实验线路如图2-25,将DJK10整流电路作为逆变桥的直流电源,逆变变压器采用DJK10组件挂箱,回路中接入平波电抗器Ld(700mH)及限流电阻Rd。
有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见教材的有关内容。
四、实验实训内容及步骤
1、触发电路的调试
将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为220V,用两根导线将220V交流电压接到DJK03的“外接220V”端,按下“启动”按钮,打开DJK03电源开关,用示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。
2、单相桥式全控整流
按图2-24接线,将滑动变阻器放在最大阻值处,按下“启动”按钮,增加Uct,用示波器观察、记录α=0º、30º、60º、90º、120º的整流电压ud和晶闸管两端的电压uT波形,并记录电源电压U2和负载电压Ud的数值于下表2-4中。
表2-4
α
30º
60º
90º
U2
Ud(记录值)
Ud(计算值)
计算公式:
Ud=0.9U2
。
2.单相桥式有源逆变电路实验
按图2-25接线,将滑动变阻器放在最大阻值处,按下“启动”按钮,增加Uct,用示波器观察、记录α=0º、30º、60º、90º的逆变电压ud和晶闸管两端的电压uT波形,并记录电源电压U2和负载电压Ud的数值于下表2-5中。
表2-5
α
30º
60º
90º
U2
Ud(记录值)
Ud(计算值)
3.逆变失败现象的观察
调节Uct,使α=150º,观察ud波形,突然关断触发脉冲,用示波器观察逆变失败现象,记录逆变失败的ud波形。
五、实验实训注意事项
1.三相心式变压器接成Yy0,注意相序,不要接错。
2.电压表是双极性的,晶闸管的阳极接电压表的正极,阴极接电压表的负极,
当整流时指针正偏,逆变时指针反偏。
六、实验实训报告
1.画出α=0º、30º、60º、90º、120º的整流电压Ud和晶闸管两端的电压波形;
2.分析逆变失败的原因及逆变失败后会产生的后果。
3.写出本次实验实训的心得与体会。
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