綜合實驗三 可關(guān)斷晶閘管測試及單相半控橋式整流電路

1、綜合實驗三 可關(guān)斷晶閘管測試及單相半控橋式整流電路一、實驗實訓(xùn)目的1觀察可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)，掌握測試可關(guān)斷晶閘管參數(shù)和好壞的正確方法。2掌握測試GTO元件的方法。3熟悉單相橋式半控整流電路的原理，掌握其接線情況。觀察此電路帶電阻性負載、電感性負載和反電動勢負載的波形，并總結(jié)其工作特點。二、實驗實訓(xùn)設(shè)備直流穩(wěn)壓電源 1臺可關(guān)斷晶閘管 2個DJK01電源控制屏 1塊DJK02三相變流橋路 1塊DJK06給定、負載及吸收電路 1塊雙臂滑線電阻器 1個雙蹤示波器 1臺萬用表 1塊導(dǎo)線若干三、實驗實訓(xùn)線路及原理1可關(guān)斷晶閘管的測試可關(guān)斷晶閘管（GTO）的基本結(jié)構(gòu)與普通晶閘管相同，也是屬于PNPN四層三端

2、器件，其3個電極分別為陽極A、陰極K、門極（控制極）G，但是它的關(guān)斷原理、方式與普通晶閘管大不相同。普通（單向）晶閘管受門極正信號觸發(fā)導(dǎo)通后就處于深度飽和狀態(tài)維持導(dǎo)通，除非陽、陰極之間正向電流小于維持電流IH或電源切斷之后才會由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)?？申P(guān)斷晶閘管既具有普通晶閘管耐壓高、電流大、正向壓降低等優(yōu)點，又具有門控關(guān)斷能力，使用很方便，是現(xiàn)代理想的大電流開關(guān)器件。它的幾種常見外形和符號如圖3-1所示 。圖3-1 GTO的外形圖可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)有斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM、最大可關(guān)斷電流IATM、門極（控制極）反向峰值電壓URGM、門極（控制極）最大復(fù)向電流IGM、通態(tài)電壓UTM、OF

3、F值（OFF=IATM/IGM）。其中UDRM是指在陽極A和陰極K之間的斷態(tài)電壓最高瞬時值。OFF反映門極電流對陽極電流控制能力的強弱，OFF值越大控制能力越強 。（1） 電極判別阻值較小將萬用表置于R×10檔或R×100檔，輪換測量可關(guān)斷晶閘管的3個引腳之間的電阻，如圖3-2所示。圖3-2 可關(guān)斷晶閘管電極判別結(jié)果：電阻比較小的一對引腳是門極（G）和陰極（K）；測量G、K 極之間正、反向電阻，電阻指示值較小時紅表筆所接的引腳為陰極K，黑表筆所接的引腳為門極（控制極）G，而剩下的引腳是陽極A。（2） 可關(guān)斷晶閘管好壞判別用萬用表R×10檔或R×100檔測

4、量晶閘管陽極（A）與陰極（K）之間的電阻，或測量陽極（A）與門極（G）之間的 電阻結(jié)果：如果讀數(shù)小于1k，器件已擊穿損壞。原因：該晶閘管嚴(yán)重漏電。用萬用表R×10檔或R×100檔測量測量門極（G）與陰極（K）之間的電阻。結(jié)果：如正反向電阻均為無窮大（），該管也已損壞。原因：被測晶閘管門極、陰極之間斷路。（3）可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)特性檢測的簡易測試方法可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)特性簡易測試方法如圖3-3所示。阻值較小阻值無窮大阻值較小圖3-3 可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)特性簡易測試方法將萬用表置于R×1檔，黑表筆接可關(guān)斷晶閘管的陽極A，紅表筆接陰極G懸空，這時晶閘管處于阻斷狀態(tài)，電阻應(yīng)為無

5、窮大（），如圖3-3（a）所示。在黑表筆接觸陽極A的同時也接觸門極G，于是門極G受正向電壓觸發(fā)(同樣也是萬用表內(nèi)1.5V電源的作用)，晶閘管成為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，萬用表指針應(yīng)大幅度向右偏，如圖3-3（b）所示。保持黑表筆接A極，紅表筆接K極不變，G極重新懸空（開路），則萬用表指針應(yīng)保持低阻指示不變，如圖3-3（c）所示，說明該可關(guān)斷晶閘管能維持導(dǎo)通狀態(tài)，觸發(fā)特性正常。（4） 可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷能力的初步檢測測試方法如圖3-4所示。采用1.5V干電池一節(jié)，普通萬用表一只。阻值較小阻值較小阻值無窮大阻值無窮大圖3-4 可關(guān)斷晶閘管的關(guān)斷能力測試將萬用表置于R×1檔，黑表筆接晶閘管陽極A，紅表筆

6、接陰極K，這時萬用表指示的電阻應(yīng)為（無窮大），然后用導(dǎo)線將門極G與陽極A接通，于是G極受正電壓觸發(fā)，使晶閘管導(dǎo)通，萬用表指示應(yīng)為低電阻，即指針向右偏轉(zhuǎn)，如圖3-4（a）所示。將門極G開路后萬用表指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)保持不變，即晶閘管仍應(yīng)維持導(dǎo)通狀態(tài)，如圖3-4（b）所示。然后將1.5V電池的正極接陰極K、電池負極接門極G，則晶閘管立即由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，萬用表的電阻為無窮大（），如圖3-4（c）、（d）所示。說明被測晶閘管關(guān)斷能力正常。如果手頭有2只萬用表，那么可將其中的一只儀表（置于R×10檔）作為負向觸發(fā)信號使用（相當(dāng)于1.5V，黑表筆接陰極K ，紅表筆觸碰門極G），參照圖3-4所示的

7、方法，同樣可以檢測可關(guān)斷晶閘管是否具有正常關(guān)斷能力。（5） 測量可關(guān)斷晶閘管的OFF值 OFF是表征可關(guān)斷晶閘管門極電流對陽極電流控制能力強弱的一個參數(shù)，定義為：OFF=IATM/IGM式中IATM為最大可關(guān)斷電流，IGM為門極最大負向電流。OFF越大說明關(guān)斷控制能力越強。1）第一種測量方法。測量晶閘管OFF的一種方法如圖3-5所示。圖3-5 測量OFF的方法之一在可關(guān)斷晶閘管（GTO）的陽極回路串聯(lián)阻值為20的電阻R（功率為3W），則根據(jù)歐姆定律，測出R兩端的電壓就可算出流過R的電流，即為GTO陽極電流（萬用表置直流電壓DC2.5V擋）。而使GTO關(guān)斷時的反向觸發(fā)電流可根據(jù)萬用表R×

8、;10檔指示值及該擋的內(nèi)阻算出。具體操作方法如下：接圖3-5所示連接電路，萬用表置于直流電壓2.5V檔，紅表筆接晶閘管GTO的陽極A，黑表筆接電源正極，測得GTO 導(dǎo)通時R兩端的電壓為UR。將另一只萬用表置于R×10檔，黑表筆接晶閘管的陰極K，當(dāng)紅表筆接門極G時，晶閘管立即由導(dǎo)通變?yōu)樽钄?，這時連接在陽極回路的電阻R兩端電壓降為零。從左邊萬用表讀出G K極之間電阻RGK。并從電阻測量刻度尺讀出R×10檔的歐姆中心值R（歐姆表內(nèi)阻與指針偏轉(zhuǎn)無關(guān)，例如，500型萬用表R×10檔歐姆中心值為100）。計算：式中 UR晶閘管導(dǎo)通時R兩端電壓，V；RGK 晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷

9、（阻斷）時測得G、K極間的電阻，；R0 萬用表R×10檔歐姆中心值，；U1- 萬用表R×1檔內(nèi)置電池電壓，通常U1=1.5V；R 晶閘管陽極回路外接電阻，。2）第二種測量方法。如果手頭備有2只萬用表的型號規(guī)格相同，那么對于小功率可關(guān)斷晶閘管，無需附加電源，就可以估測OFF，測量方法更加簡單，如圖3-6所示。圖3-6 測量OFF的方法之二測量晶閘管導(dǎo)通時A、K極間電阻RA測量由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷時G、K極間的電阻RGK按下式計算OFF：式中RGK晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷時G、K極間電阻測量值，；RO2萬用表R×10檔歐姆中心值，；RA晶閘管導(dǎo)通時G、K極間電阻測量值，；RO1

10、萬用表R×1檔歐姆中心值，。注意：第二種方法對大功率晶閘管不適用。2單相橋式半控整流電路實驗線路如圖3-7所示，2個晶閘管的觸發(fā)脈沖集成觸發(fā)電路提供，整流電路的負載可根據(jù)要求選擇電阻性、電阻電感性。圖3-7 單相橋式半控整流電路四、實驗實訓(xùn)內(nèi)容及步驟1鑒別可關(guān)斷晶閘管的好壞2單相半控橋整流電路的研究（1）將DJK01“電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)；（2）打開DJK02電源開關(guān)，撥動“觸發(fā)脈沖指示”開關(guān)至“窄”處；（3）將DJK06上的“給定”輸出直接與DJK02上的偏移控制電壓Uct相接，將DJK02面板上的U1f端接地，將“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關(guān)撥至“通”

11、，適當(dāng)增加給定的正輸出，觀察正橋晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常；（4）按圖3-7接線。接成電阻性負載，將滑線變阻器放在最大阻值處，按下“啟動”按鈕，增加Uct，用示波器觀察負載電阻ud、晶閘管兩端電壓uT和整流二極管兩端uD的波形，并記錄不同角時的Ud、UT、UD的波形，測定相應(yīng)電源電壓U2和負載電壓Ud的數(shù)值，記錄于表3-1中。 表3-1 電阻性負載時電源電壓U2和負載電壓Ud的記錄值控制角30º60º90º120º150º180ºU2Ud (記錄值)Ud (計算值)Ud / U2（5）斷開主電路后，將負載改為感性負載，即將

12、平波電抗器Ld（200mH）與電阻Rd串聯(lián)。不接續(xù)流二極管VD3，接通主電路，用示波器觀察不同控制角時ud、uD2、id的波形，并測定U2、Ud的數(shù)值，記錄于表3-2中。表2-2電感性負載時電源電壓U2和負載電壓Ud的記錄值控制角30º60º90ºU2Ud (記錄值)Ud (計算值)Ud / U2（6）在=60º時，移去觸發(fā)脈沖，用示波器觀察并記錄移去脈沖前、后ud、uD2、id、uT1的波形。（7）接上續(xù)流二極管VD3，接通主電路，用示波器觀察不同控制角時ud、uD2、id的波形，并測定U2、Ud的數(shù)值，記錄于表2-3中。表2-3電感性負載接續(xù)流二極管時時電源電壓U2和負載電壓Ud的記錄值30º60º90ºU2Ud(記錄值)Ud(計算值)Ud / U2（8）在接有續(xù)流二極管VD3及=60º時，移去觸發(fā)脈沖，用示波器觀察并記錄移去脈沖前、后ud、uT1、uT3、和uD3的波形。五、實驗實訓(xùn)注意事項1雙蹤示波器在同時使用兩個探頭測量時，由于兩探頭的地線均與示波器的外殼相接，故必須將兩探頭的地線端接在電路的同一電位點上，否則會造成被測電路短路事故。2 本實驗中，晶閘管的陽極電壓與門極電壓的相位跟觸發(fā)電路有關(guān)，不要接錯