实验报告
课程名称：电力电子技术 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：自关断器件及其驱动与保护电路 实验类型：操作 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求（必填）
(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、实验内容和原理（必填）
a.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。

b.实验原理
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。

下图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。

(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。

专业：电气工程及其自动化 姓名： 学号： 日期： 地点：
装
订
线
三、主要仪器设备（必填）
(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) 双踪记忆示波器。

(5) 数字式万用表。

四、操作方法和实验步骤
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4-15接好主电路，按图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；合上直流发电机的负载开关，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)测定并记录空载及额定负载条件下，不同占空比τ时的直流电动机电枢电压平均值U a、电机转速n于下表中。

五、实验数据记录和处理
τ16％23% 37% 42% 52% 64% 79%
Ua 60 74 96 108 128 150 179
n 450 558 727 818 970 1144 1360
b.当占空比为50％时示波器图形
根据实验数据，用matlab绘图得到：
(1)U a = f(τ)曲线
(2)n = f(τ)曲线
六、实验结果与分析（必填）
1.根据U a = f(τ)曲线和n = f(τ)曲线结果可知
直流电机端电压和转速与占空比成一次函数关系且斜率为正。

以为绝缘删双极型晶体管采用逻辑点平直接驱动，实现电压控制，开关速度高。

因此改变占空比直接改变了端电压的平均值。

由于直流电机转速与电枢端电压成正比，所以转速与占空比也成一次函数关系且斜率为正。

2.电路结构分析
a.
四个二极管实现线路整流，将接在零线和母线上的220V交流电压转换为直流电压。

b.
电容滤波电路
由四个二极管整流得到的直流电压为脉动直流，通过电容滤波电路可以使直流更加平稳
c.
产生PWM波，提供占空比不同的门极触发信号
d.
过流保护电路，一共有4个接头，分别用在触发电路和主电路中，起限流保护作用
e.
220V为他励电动机励磁电压，提供励磁电流。

12之间的二极管为快速二极管，在于关断器件短路期间起到放电的作用，线路中电压表测量电枢绕组两端电压
f.
电流表放在主回路中主要起保护和监视作用
g
电容器主要使起保护作用，上面的电阻可以使电容放电，多次使用，而二极管为缓冲作用，防止电压变化太快
七、讨论、心得
通过本次实验，加深理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求，熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构和特点，掌握由自关断器件构成的直流斩波电路。

最为重要的使刚刚学习的触发电路有了深刻了解。

出发点路主要是将控制信号转变为能作用到主电路上的触发脉冲。

触发电路与主电路相互独立又相互依存。

出发脉冲由于要考虑隔离输出方式及抗干扰能力，因此触发电路通常采用单独的低压电源供电，比如实验中的15和20V电压源。

通过本次试验，初步掌握了IGBT驱动与保护电路，知道了线路中部分重要元件的作用，知道了斩波调速的方法，对于电机控制有了初步的了解，感觉实验很有价值。