3份華中科技大學(xué)電力電子學(xué)基本實(shí)驗(yàn)報(bào)告.docx

電氣學(xué)科大類級(jí)信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)課程電力電子基本實(shí)驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓 名 ： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)班號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 日 期 ： 實(shí)驗(yàn)成績： 評(píng)閱人： 目 錄本實(shí)驗(yàn)報(bào)告的主要內(nèi)容有：（一）正文部分實(shí)驗(yàn)二十八：PWM信號(hào)的生成和PWM的控制實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)二十九：DC/DC PWM升壓、降壓變換電路性能研究實(shí)驗(yàn)三十：三相橋式相控整流電路性能研究實(shí)驗(yàn)三十一：DC/AC 單相橋式SPWM逆變電路性能研究實(shí)驗(yàn)總結(jié)與自我評(píng)價(jià)（二） 關(guān)于團(tuán)隊(duì)分工的說明（三） 致謝（四） 參考文獻(xiàn)（一）正文部分 實(shí)驗(yàn)二十八：PWM信號(hào)的生成和PWM的控制實(shí)現(xiàn)一、 實(shí)驗(yàn)原理及思路：在本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，必須首先搞清楚PWM控制的基本原理：將寬度變化而頻率不變的的脈沖作為電力電子變換器電路中的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制開關(guān)管的適時(shí)、適式的通斷；而脈沖寬度的變化與變換器的輸出反饋有著密切的聯(lián)系，當(dāng)輸出變化時(shí)，通過輸出反饋調(diào)節(jié)開關(guān)管脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度，進(jìn)而改變開關(guān)管在每個(gè)周期中的導(dǎo)通時(shí)間，以此來抵消輸出電壓的變化，從而滿足電能變換的需要。本實(shí)驗(yàn)中采用實(shí)驗(yàn)室中已有的PWM控制芯片TL494來完成實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然在進(jìn)行具體的PWM控制之前，我們必須要詳細(xì)的了解和認(rèn)識(shí)該控制芯片的工作原理和方式，如何輸出？輸出地雙路信號(hào)存在怎樣的關(guān)系？參考信號(hào)是如何形成的？反饋信號(hào)是如何加載到控制芯片上，同時(shí)又是如何以此反饋信號(hào)來完成輸出反饋的？另外我們也必須了解和認(rèn)識(shí)到對(duì)不同開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，為保證開關(guān)管的完全可關(guān)斷，保證電路的正?？煽抗ぷ?，死區(qū)時(shí)間的控制方式。最后我們也要了解為防止電力電子變換器在突然啟動(dòng)時(shí)，若開放較寬脈沖而帶來的較大沖擊電流的影響（和會(huì)給整個(gè)電路帶來許多不利影響），控制芯片要采用“軟啟動(dòng)”的方式，這也是本實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)的一個(gè)重點(diǎn)。二、確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1. 掌握PWM控制芯片TL494的工作原理。2. 掌握控制電路的調(diào)試方法和工作方式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 1.PWM控制芯片TL494，外圍電路元件；控制電源 2.具有PWM芯片及外圍電路的實(shí)驗(yàn)板。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方案設(shè)計(jì)：本實(shí)驗(yàn)采用單路輸出，將端口13接地。1 PWM脈寬調(diào)節(jié)：軟啟動(dòng)后，在V1端口施加電壓作為反饋信號(hào)Vf，給定信號(hào)Vg=2.5v，改變V1端口電壓大小，即可改變V3,從而改變輸出信號(hào)的脈寬。V3越大，K越大，C=J+K越大，脈寬越??；反之脈寬越大。記錄不同V1下的輸出波形并與預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較。2 軟啟動(dòng)波形：為防止變換器啟動(dòng)時(shí)較大的沖擊電流，控制芯片TL494和其他控制芯片相似也采用了軟啟動(dòng)。在啟動(dòng)時(shí)，為防止變換器沖擊電流的出現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)脈寬應(yīng)從零開始增大，逐漸變寬到工作所需寬度。本實(shí)驗(yàn)中此功能由脈沖封鎖端口電位的逐漸開放來實(shí)現(xiàn)，電位又打逐漸變小，便可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。為對(duì)控制芯片的該控制過程有更明確和清晰的認(rèn)識(shí)，我們可以觀察芯片啟動(dòng)過程中“啟動(dòng)和保護(hù)端口4”（TP3）的電壓波形變化并與實(shí)驗(yàn)前預(yù)測進(jìn)行比較。3 觀察TL494控制芯片的脈沖封鎖功能：本實(shí)驗(yàn)中脈沖封鎖很容易實(shí)現(xiàn)，可以通過增大V4電位實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行簡單的觀察，可以通過改變JP2接法增大V4電位，使得V4+0.12Vct，則輸出立即封鎖。4 死區(qū)時(shí)間測量：使反饋電壓為零，即V3=0，則K=0，調(diào)節(jié)V4電位，觀察并記錄PWM輸出波形，并測量死區(qū)時(shí)間。5 觀察PWM控制芯片TL494的過流保護(hù)功能：通過在I1和I2端口施加可變電壓，觀察封鎖時(shí)間（相關(guān)封鎖指示燈亮，輸出變?yōu)榱悖⒂涗浄怄i時(shí)的施加電壓，認(rèn)識(shí)芯片TL494的限流保護(hù)功能。VI1=2.97vVTP3=V4=7.04vHL2亮 封鎖VI2=11.08vVTP3=V4=7.04vHL1亮 封鎖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)波形：控制芯片TL494的參考鋸齒波Vct施加電壓V1=2.4V時(shí)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加電壓V1=2.42V時(shí)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào) 施加電壓V1=2.44V時(shí)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào) 施加電壓V1=2.46V時(shí)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào) 軟啟動(dòng)時(shí)端口4波形變化曲線 死區(qū)時(shí)間測量六、實(shí)驗(yàn)思考題：（王浩鵬）1.如何驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)中PWM控制電路（TL494）具有穩(wěn)壓控制功能？答：本實(shí)驗(yàn)中采用的控制芯片TL494中的穩(wěn)壓功能是通過反饋環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)驗(yàn)原理部分已經(jīng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明；當(dāng)然若要進(jìn)行簡單的驗(yàn)證，我們可以采用簡單的Buck電路，限定輸出Vo=50v，此時(shí)通過霍爾電壓傳感器采集輸出電壓信號(hào)，同時(shí)采用合適的采樣電阻（給定輸出電壓不同，則采樣電阻不同），并調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP1，使變換器輸出Vo=50v時(shí)，電壓誤差信號(hào)端輸入為零（即此時(shí)有效反饋為零，不影響輸出）。當(dāng)控制電路調(diào)節(jié)完成時(shí)，改變輸入電壓或負(fù)載大小，觀察輸出電壓變化（理論上由于反饋調(diào)節(jié)的存在，輸出電壓不變或者變化很小），即可驗(yàn)證PWM控制電路（TL494）具有穩(wěn)壓控制功能。2.如何驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)中PWM控制電路（TL494）具有的保護(hù)功能?答：PWM控制電路的保護(hù)功能由脈沖封鎖端實(shí)現(xiàn)，這一點(diǎn)在軟啟動(dòng)過程中我們已經(jīng)看到：改變脈沖封鎖端口的電位，即可改變輸出脈沖信號(hào)的脈寬；若脈沖封鎖端電位由于外界因素的影響而被迫升高，使得V4+0.12Vct，則輸出立即封鎖。利用這一點(diǎn)，我們?nèi)圆捎煤唵蔚腂uck電路進(jìn)行驗(yàn)證，用電流傳感器采樣主電路電流，選擇合適的采樣電阻（根據(jù)主電路極限電流的大小不同而不同），轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并反饋到脈沖封鎖端，一旦主電路電流超過允許極限電流，脈沖封鎖端電位便快速上升，使輸出立即封鎖，保護(hù)主電路不致過流。3.舉例說明軟啟動(dòng)的作用。答：軟啟動(dòng)的作用在實(shí)驗(yàn)原理部分、及實(shí)驗(yàn)部分都進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明和觀察。作為應(yīng)用，以V-M直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例（整流器作為供電電源），若電力電子變換器啟動(dòng)時(shí)，突然開放脈寬，此時(shí)作為負(fù)載的直流電機(jī)會(huì)因此而導(dǎo)致脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這將導(dǎo)致電路出現(xiàn)過大電流而損壞電路元件；相反軟啟動(dòng)，則可以使變換器的驅(qū)動(dòng)脈寬從零平滑增長，使輸出電壓平滑變化，不會(huì)產(chǎn)生大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和脈動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，同時(shí)是電路安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。4.說明限流運(yùn)行時(shí)的PWM控制方式的變化。答：在電力電子PWM變換電路中，由于穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的關(guān)系，輸出脈沖可能長時(shí)間處在很寬的狀態(tài)下，此時(shí)雖然電路電流為達(dá)到保護(hù)保護(hù)動(dòng)作電流，但此時(shí)變換器的輸出功率可能已超過允許負(fù)荷，長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重影響開關(guān)管壽命并導(dǎo)致電路故障，因此此時(shí)需對(duì)電流進(jìn)行限制，使PWM由穩(wěn)壓控制方式轉(zhuǎn)換為限制電流的非穩(wěn)壓方式。此時(shí)從端口15（以TL494為例）輸入主電路變換器的允許極限電流，16端口接霍爾電流傳感器的實(shí)際電流檢測值，正常工作時(shí)，此時(shí)控制芯片仍工作在穩(wěn)壓方式，一旦，則電流比較器輸出端Y輸出高電位，使V3為高電位，則C=1，輸出立即封鎖。小結(jié)與結(jié)果分析（王浩鵬）本實(shí)驗(yàn)基本任務(wù)和目標(biāo)掌握PWM的控制原理，并且重點(diǎn)學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)典型PWM控制芯片TL494；因?yàn)镻WM控制芯片是進(jìn)行反饋控制的重點(diǎn)，只有認(rèn)識(shí)和掌握PWM芯片的基本工作原理和結(jié)構(gòu)才能為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行打下很好的基礎(chǔ)。為此我們從控制芯片的基本結(jié)構(gòu)入手，首先搞懂電路圖，只有這樣才會(huì)使實(shí)驗(yàn)有的放矢。針對(duì)芯片結(jié)構(gòu)和幾個(gè)基本的部分，為了從實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證已有的理論認(rèn)識(shí)，并進(jìn)行必要的比較。我們首先觀察了控制芯片的參考鋸齒波形，接著重點(diǎn)進(jìn)行了PWM脈寬調(diào)節(jié)和軟啟動(dòng)波形觀察，TL494控制芯片的脈沖封鎖功能，接著進(jìn)行了死區(qū)時(shí)間測量，最后觀察PWM控制芯片TL494的過流保護(hù)功能。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于剛開始對(duì)實(shí)驗(yàn)電路板不夠熟悉，出現(xiàn)了很多的錯(cuò)誤和漏洞，有時(shí)甚至不明確該如何測量及要測量哪些量和波形，為此在小組成員和其他同學(xué)之間進(jìn)行了很多的交流和討論，有了更多的認(rèn)識(shí)；實(shí)驗(yàn)完成了，但剛開始的時(shí)候并沒有覺得有了多大的收獲，真正的收獲是來自于實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和不斷思考。在不斷地實(shí)驗(yàn)中，我漸漸意識(shí)到，進(jìn)行試驗(yàn)最重要的不是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是為什么進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和這樣實(shí)驗(yàn)?zāi)軒硎裁?，能使我有怎樣的收獲。因?yàn)榈谝淮螌?shí)驗(yàn)的感受是即便你得到了好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但不明確目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，做完?shí)驗(yàn)后仍可能一無所獲，我想能認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，是我第一次電子實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要的思想進(jìn)步?；氐綄?shí)驗(yàn)上來，盡管第一次的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備不十分充分，實(shí)驗(yàn)也在簡單的追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果中迅速結(jié)束，但通過總結(jié)，我認(rèn)為自己還是達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)了的。通過對(duì)控制芯片各項(xiàng)功能部件功能的理論分析和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，對(duì)整個(gè)芯片的功能有了一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)，掌握了芯片的功能合共工作原理，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。在小組成員中，我主要負(fù)責(zé)理論部分的研究，在第一次實(shí)驗(yàn)中因理論準(zhǔn)備不足，我們的實(shí)踐操作遇到了很多的麻煩，這是我的責(zé)任，我必須吸取教訓(xùn)，繼續(xù)努力。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一個(gè)簡單的分析，由于本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)認(rèn)識(shí)性試驗(yàn)，因此不存在理論誤差的問題，只有理論認(rèn)識(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差距，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論認(rèn)識(shí)基本吻合，小的偏差是由于認(rèn)識(shí)上的不足造成的。例如在脈寬調(diào)節(jié)輸出中，隨著施加反饋電壓的增大，占空比應(yīng)該減小，但輸出電波形中則顯示變大，這說明在控制芯片輸出中有反向環(huán)節(jié)，是視覺上的顛倒造成的的，不是根本性的錯(cuò)誤。當(dāng)然本實(shí)驗(yàn)的最終目的不僅僅局限于認(rèn)識(shí)PWM控制芯片，而在于能夠根據(jù)對(duì)PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)的要求，能夠自己獨(dú)立完成PWM芯片的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這才是本實(shí)驗(yàn)的終極目的。對(duì)于這一點(diǎn)個(gè)人覺得自己在理論上和實(shí)踐上都還存在上很大差距，需要繼續(xù)學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)二十九：DC/DC PWM升壓、降壓變換電路性能研究一、實(shí)驗(yàn)原理和思路：本實(shí)驗(yàn)的原理比較簡單，即使利用實(shí)驗(yàn)二十八中的PWM控制芯片產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)Buck（直流降壓）電路開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)DC/DC 降壓變換。為較為詳細(xì)的了解和認(rèn)識(shí)Buck電路的性能，我們首先進(jìn)行的是，Buck的開環(huán)特性，不加反饋環(huán)節(jié)，研究輸出與占空比、輸入電壓和負(fù)載的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，添加反饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電壓反饋控制，固定占空比使最大（盡量拓寬電壓和負(fù)載的變化范圍），研究輸入電壓、負(fù)載變化時(shí)，輸出的變化情況。完成實(shí)驗(yàn)后，對(duì)開環(huán)特性和閉環(huán)特性進(jìn)行比較，分析得出結(jié)論。二、確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1驗(yàn)證并研究DC/DC PWM降壓變換電路的工作原理和特性。2. 在實(shí)驗(yàn)28的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握PWM集成電路芯片的應(yīng)用和設(shè)計(jì)原則。3.了解電壓/電流傳感器的選用原則及如何確定采樣電阻。4.掌握反饋環(huán)節(jié)與濾波電路的設(shè)計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1電力電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置及控制電路實(shí)驗(yàn)板、傳感器模塊、供電電源、控制電源、各種功率和參數(shù)的電感、電容、電阻2.數(shù)字式示波器3.面包板和若干元器件實(shí)驗(yàn)要求指標(biāo)：降壓試驗(yàn)輸入電壓：100v+20%；輸出50v輸出功率：100w四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方案設(shè)計(jì)：1.研究降壓變換器的開環(huán)特性（電路圖）2.研究降壓變換器的閉環(huán)特性（電路圖）3.反饋環(huán)節(jié)及濾波器的設(shè)計(jì)五、參數(shù)計(jì)算：1.電感和濾波電容的計(jì)算：選取開關(guān)頻率f=10KHz80=Vs=100v則0.417=D=0.625臨界電流：Iob= 則：取L=10mH則，則即時(shí)，電流一定連續(xù)，取取紋波系數(shù)：則濾波電容：取2.傳感器采樣電阻的計(jì)算：1）電流傳感器采樣電阻的計(jì)算：電流傳輸比：，選匝數(shù)n=5，同時(shí)假定PWM控制器的極限電流Im=2A（含紋波），則，則，剛好為內(nèi)置電阻。2）電壓傳感器采樣電阻的計(jì)算：當(dāng)輸出電壓固定V0=50V時(shí)，霍爾傳感器的輸入電流為：，則由電壓傳感器的電流傳輸比：則輸出電壓：，則，除已內(nèi)置的300電阻外，需在霍爾電壓傳感器的輸出端口另串入300電阻。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)記錄：首先按照實(shí)驗(yàn)28結(jié)論，檢查控制電路是否正常，核算穩(wěn)壓值、占空比和保護(hù)動(dòng)作值 1. 研究降壓變換器（Buck電路）的開環(huán)特性：首先連接JP1的2.3端，使驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率f=10KHz，連接JP2的5.6端，調(diào)節(jié)R24，即可改變占空比。1）改變占空比，測量輸出電壓、電流，并計(jì)算變壓比M（Vs=100v R=250）占空比D0.10.20.30.4理論值V0/V90807060實(shí)際值V0/V91.182.173.7963.7V0/V1.12.13.793.7I0/A0.480.440.390.34M=V0/Vs0.9110.8210.73790.6372）改變輸入電壓，測量輸出電壓、電流，并計(jì)算變壓比M （D=0.44 R=250）輸入電壓Vi8090100110120理論值V0/V4550.45661.667.2實(shí)際值V0/V47.5653.7859.4864.9670.88V0/V2.563.383.483.363.68I0/A0.270.30.330.370.41M=V0/Vs0.56250.59760.59480.59050.59073）改變負(fù)載大小，測量輸出電壓、電流，并計(jì)算變壓比M （Vs=100v D=0.44）負(fù)載R1002003004005006008001000理論值V0/V5656565656565656實(shí)際值V0/V54.3657.2759.1360.3761.5162.3363.9765.37V0/V-1.641.273.134.375.516.337.979.37I0/A0.510.290.20.150.10.10.080.06M=V0/Vs0.54360.57270.59130.60370.61510.62330.63970.65372.研究降壓變換器（Buck電路）的閉環(huán)特性： 在閉環(huán)實(shí)驗(yàn)中，TL494的閉環(huán)輸入電壓是經(jīng)過霍爾電壓傳感器檢測采樣后的輸出值，通過調(diào)節(jié)RP1，使RP1=80，同時(shí)調(diào)節(jié)R24，使PWM輸出脈寬最寬，并將霍爾電壓傳感器輸出端串接300采樣電阻。1） 改變輸入電壓，測量輸出電壓，并計(jì)算變壓比M （R=250）輸入電壓Vi1201101009080理論值V0/V5050505050實(shí)際值V0/V50.3450.2550.2150.1149.99V0/V0.340.250.210.11-0.01M=V0/Vs0.41950.45680.50210.5570.625實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意Vi不能太小，否則容易產(chǎn)生斷流。2） 改變負(fù)載，測量輸出電壓、電流，并計(jì)算變壓比M （Vs=100v）負(fù)載R50100200250理論值V0/V50505050實(shí)際值V0/V50.550.1550.4649.89V0/V0.50.150.46-0.11I0/A0.920.50.250M=V0/Vs0.5050.50150.50460.4989實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意負(fù)載R不能太大，否則容易產(chǎn)生斷流。七、 實(shí)驗(yàn)思考題：（王浩鵬）1. Buck電路中電感電流連續(xù)與否會(huì)有什么影響？哪些參數(shù)會(huì)影響電流連續(xù)？實(shí)驗(yàn)中如何保證電流連續(xù)？答：1）電流是否連續(xù)當(dāng)然會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來影響，電流連續(xù)時(shí)輸出與輸入電壓之間存在簡單的線性關(guān)系，這使對(duì)輸出特性的研究易于把握，同時(shí)也更便于對(duì)該電路的應(yīng)用。一旦電流不連續(xù)，（D1對(duì)應(yīng)從開關(guān)管截止到續(xù)流二極管斷流所對(duì)應(yīng)的時(shí)間比值），由于斷流時(shí)間無法準(zhǔn)確把握，同時(shí)這也使得輸入輸出關(guān)系無法準(zhǔn)確把握，給研究和應(yīng)用帶來了問題和麻煩，因此正常情況下，我們都應(yīng)使電路工作于電流連續(xù)區(qū)。2）影響電流連續(xù)的因素很多，主要有輸出電壓、負(fù)載、開關(guān)頻率、占空比和平波電感。3）實(shí)驗(yàn)中我們采用較大的平波電感和適當(dāng)?shù)呢?fù)載，保證最小負(fù)載電流大于電路的臨界連續(xù)電流。2. Boost電路中，為什么D不能等于1？實(shí)驗(yàn)中如何保證D不等于1？答：這是因?yàn)樵谏龎鹤儞Q中，輸出電壓，輸出電壓與占空比成正比，當(dāng)占空比趨近于1時(shí)，必然會(huì)使得輸出趨于無窮大，這會(huì)造成輸出畸變，同時(shí)也無法得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也是沒有必要的。從實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全性上看，這是需要極力避免的。3兩種電路中的L和C的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足什么原則?答：在確定電路參數(shù)L和C時(shí)，需要考慮兩個(gè)問題：首先是電流的斷流問題，為保證變換器在整個(gè)工作過程中都工作在電流連續(xù)區(qū)，必須首先選取合適的平波電感，使最小負(fù)載電流大于臨界連續(xù)電流；其次為限制負(fù)載電流的紋波系數(shù)在一定的范圍之內(nèi)，必須在選擇合適電感的基礎(chǔ)之上選擇合適的濾波電容。4.實(shí)驗(yàn)電路中，開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路的要求有哪些？答：首先要能夠產(chǎn)生適時(shí)、適式的可靠驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證開關(guān)管的正常開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)變換器的正常功能；其次要有靈敏的電壓反饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)可靠的閉環(huán)穩(wěn)壓輸出；另外要有電流限制功能，在主電路伏在功率過大時(shí)，有效實(shí)現(xiàn)電流封鎖；再者要有良好的軟啟動(dòng)功能，使變換器啟動(dòng)時(shí)不會(huì)給主電路帶來大的沖擊電流；最后應(yīng)具有負(fù)載過壓保護(hù)環(huán)節(jié)（可利用脈沖封鎖實(shí)現(xiàn)）。5.實(shí)驗(yàn)電路中，傳感器選取原則有哪些？答：傳感器的選擇，應(yīng)首先具備較好的靈敏度，能夠靈敏檢測主電路電流的微小變化；其次要有合適的電流傳輸比，這樣便可以將主電路電流恰當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化為二次電流并反饋到PWM電流檢測端，與主電路相應(yīng)極限電流設(shè)定值比較，進(jìn)而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)過電流；在此要有較大的電流和電壓容量，防止因檢測電壓或電流過大而造成自身的損壞。 小結(jié)與結(jié)果分析（王浩鵬） 本實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是研究并掌握Buck降壓電路開環(huán)特性，閉環(huán)特性，進(jìn)行比較，進(jìn)而得出令人滿意的結(jié)論。 本實(shí)驗(yàn)從掌握基本的實(shí)驗(yàn)電路入手，熟練掌握電路的功能和工作過程，在開環(huán)控制中只有簡單的驅(qū)動(dòng)控制，而在閉環(huán)環(huán)節(jié)中則要添加輸出電壓反饋環(huán)節(jié)，且在進(jìn)行每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的同時(shí)，必須要有電流控制環(huán)節(jié)（防止電路過流）。 針對(duì)每個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)電路，都要進(jìn)行較好的參數(shù)設(shè)計(jì)，其中包括電路參數(shù)L和C的選擇，及選擇的條件和目的是什么，都要做到心中有數(shù)。此外，為實(shí)現(xiàn)有效的輸出電壓反饋環(huán)節(jié)，我們必須根據(jù)電壓霍爾傳感器的電流傳輸比對(duì)采樣電阻的選擇進(jìn)行耐心的計(jì)算，在這一點(diǎn)上，在電路設(shè)計(jì)的初期由于對(duì)霍爾電壓傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不十分了解，而帶來了很多麻煩，也使這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)顯得捉襟見肘，直到清楚認(rèn)識(shí)了電壓傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，這個(gè)問題才得以很好的解決；在電流控制環(huán)節(jié)，電流霍爾傳感器的采樣電阻的選擇，會(huì)遇到同樣的問題，此時(shí)根據(jù)主電路極限電流的設(shè)定值和實(shí)驗(yàn)二十八的有關(guān)測量結(jié)果，便容易得到合適的采樣電阻值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)好的電流控制，實(shí)現(xiàn)電路的過流保護(hù)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，在我和小組成員的積極配合下，本次試驗(yàn)進(jìn)行得較為順利。但從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)測值與理論值之間存在著誤差，當(dāng)然誤差的原因是來自多方面的。首先占空比的測量由于示波器的精度不高而存在誤差，而輸入輸出電壓的讀取則是用眼睛估讀的（機(jī)械式儀表），存在較大誤差；此外線路誤差及系統(tǒng)模型本身存在的系統(tǒng)誤差也是客觀存在的。在閉環(huán)實(shí)驗(yàn)中，誤差除了以上因素外，還有就是霍爾電壓傳感器中采樣電阻的選取不夠精確，這是受到實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境限制的，我們不可能選取可以進(jìn)行阻值微調(diào)的采樣電阻，這也是造成誤差的一個(gè)重要來源。從閉環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，閉環(huán)實(shí)驗(yàn)相對(duì)開環(huán)實(shí)驗(yàn)而言還是具有較小的誤差的，這是因?yàn)榉答伃h(huán)節(jié)造成的，因?yàn)檩敵龇答伩梢杂行У窒跋蛲ǖ乐械南到y(tǒng)誤差。從開環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，我們不難發(fā)現(xiàn)，輸出電壓跟隨輸入電壓、占空比和負(fù)載而發(fā)生變化，特別是負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓會(huì)隨著負(fù)載發(fā)生較大幅度的波動(dòng)（負(fù)載變大，輸出變大），但波動(dòng)范圍實(shí)在理論值左右，造成這種結(jié)果的原因是負(fù)載電流的變化，隨著負(fù)載電阻的變大，輸出電流不斷變小以致斷流，這樣使輸出電壓不斷變大，而不再符合電流連續(xù)時(shí)的，而是，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果是與理論相符合的。而輸出電壓與占空比及輸入電壓的變化，則基本符合，只是存在誤差而已。閉環(huán)實(shí)驗(yàn)中，結(jié)果基本令人滿意，輸出電壓隨著輸入電壓和負(fù)載的變化，基本不發(fā)生變化（浮動(dòng)很小，是由系統(tǒng)誤差和采樣電阻誤差造成的），即使負(fù)載很大而造成電流斷流，也能很好的維持輸出電壓的很定。由此可以得出結(jié)論，電壓反饋環(huán)節(jié)具有很強(qiáng)的穩(wěn)壓功能。比較Buck電路的開環(huán)特性和閉環(huán)特性，可以得出結(jié)論：開環(huán)特性不具備穩(wěn)壓功能，而閉環(huán)特性則具有良好的穩(wěn)壓特性，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的穩(wěn)壓控制，優(yōu)點(diǎn)突出?？梢詰?yīng)用于電機(jī)的穩(wěn)壓調(diào)速等多種場合。通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，基本完成了預(yù)期目標(biāo)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比，收獲良多。另需說明的時(shí)由于驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生存在反向環(huán)節(jié)，因此是驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平，開關(guān)管導(dǎo)通，為高電平時(shí)，開關(guān)管阻斷。小建議：個(gè)人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)主體箱上最好有微調(diào)電阻，這樣我們便可以進(jìn)一步精確采樣電阻的選擇，減小實(shí)驗(yàn)誤差；主體箱上各儀表采用數(shù)字式儀表，減小讀數(shù)誤差；提高實(shí)驗(yàn)室示波器的分辨率。實(shí)驗(yàn)三十：三相橋式相控整流電路性能研究一、 實(shí)驗(yàn)原理及思路：相控整流的基本原理即為通過控制開關(guān)管觸發(fā)脈沖相對(duì)于所承受交流電源的相位（及相控角），來控制導(dǎo)通時(shí)間，在整流電路的輸出端得到脈動(dòng)的整流電壓，在經(jīng)過恰當(dāng)?shù)臑V波器，即可得到較為理想的直流電壓。相控整流有多種電路形式，本實(shí)驗(yàn)著重研究三相全橋相控整流，研究負(fù)載性質(zhì)對(duì)輸出地影響，同時(shí)研究相控角變化對(duì)輸出的影響。負(fù)載及相控角的變化對(duì)輸出的影響，我們在理論方面已經(jīng)有了較深的研究，因此本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于進(jìn)行實(shí)踐性的檢驗(yàn)。當(dāng)然對(duì)于如何組建電路、如何產(chǎn)生滿足要求的驅(qū)動(dòng)觸發(fā)脈沖及如何實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖與晶閘管兩端電壓的同步，都是本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中需要思考和解決的問題；此外，在實(shí)驗(yàn)過程中，如何調(diào)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)相控角的控制，控制的原理是什么，這些也都是需要我們在實(shí)驗(yàn)之前明確的。二、確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1了解晶閘管相控整流的移相調(diào)控原理和方法，掌握不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)三相橋式相控整流電路輸出電壓的控制特性。2.觀察輸出直流電壓及輸入交流電流波形，了解相控整流功率因數(shù)普遍低下的共病。3.濾波器設(shè)計(jì)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1電力電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置及控制電路實(shí)驗(yàn)板、傳感器模塊、供電電源、控制電源、各種功率和參數(shù)的電感、電容、電阻2.數(shù)字式示波器3.面包板和若干元器件實(shí)驗(yàn)要求指標(biāo)輸入三相交流電壓：=100v輸入功率： =100w四、實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄：1. 純阻性負(fù)載由輸入電壓：輸出功率： ，取則輸出電壓最大值：由 則滿載時(shí)取R=200，輕載時(shí)取R=400，分別記錄輸入電流和輸出電壓波形。輸出理論值計(jì)算： （） （） 1） 純阻性負(fù)載R=200（），調(diào)節(jié)相控角，觀察并記錄輸出電壓變化（滿載，Vl=100v）0306090120理論值VD/V13511767.518.10實(shí)際值VD/V12811563150R=200 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 連續(xù) R=200 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 連續(xù)R=200 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 臨界斷流R=200 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 斷流2） 純阻性負(fù)載R=400（），調(diào)節(jié)相控角，觀察并記錄輸出電壓變化（滿載，Vl=100v）0306090120理論值VD/V13511767.518.10實(shí)際值VD/=400 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 連續(xù) R=400 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2）連續(xù)R=200 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 臨界斷流R=400 輸出電壓波形（CH1）和輸入電流波形（CH2） 斷流2. 阻感性負(fù)載 的范圍為，電感足夠大時(shí)，輸出電流可以忽略脈動(dòng)，看做恒定電流 ,則滿載時(shí)，則取L=133mH確定濾波電容：最低次諧波頻率為6f=300Hz，由，取取C=220。因此取R=200，L=133mH，C=220，Vl=100v；調(diào)節(jié)的大小，觀察并記錄輸出電壓變化：0306090120150理論值VD/V13511767.50-67.5-117實(shí)際值VD/V130118650阻感性負(fù)載 輸出電壓波形阻感性負(fù)載 輸入電流波形阻感性負(fù)載 輸出電壓波形阻感性負(fù)載 輸入電流波形阻感性負(fù)載 輸出電壓波形阻感性負(fù)載 輸入電流波形阻感性負(fù)載 輸出電壓波形（輸出為零）阻感性負(fù)載輸入電流波形（輸入為零） 隨機(jī)截取濾波后輸出波形五、實(shí)驗(yàn)思考題：（王浩鵬）1.觀察相控整流的功率因數(shù)應(yīng)該觀察哪些因素（數(shù)據(jù)或波形）?如何觀察？答：當(dāng)負(fù)載電感足夠大時(shí)，輸出電流可以忽略脈動(dòng)，此時(shí)單相（例如a相）輸入電壓波形與該相輸入電流波形（近似為交變矩形波）間存在相位差；由于單相電流中含有豐富的諧波成分，從波形相位上我們只能觀測到電源基波功率因數(shù)，且基波功率因數(shù)角等于相位控制角，即，而電源的功率因數(shù)，由此可見相控角越大，則電源功率因數(shù)越低。2.影響相控整流電路功率因數(shù)的原因有哪些？如何提高功率因數(shù)？答：影響相控整流功率因數(shù)的原因主要有兩個(gè)方面：首先相控整流的輸出電壓隨著相控角的增大而脈動(dòng)加大，輸出電壓是周期性的非正弦電壓，其中還有十分豐富的諧波形成分，尤其是較低此諧波幅值比較高，這使電源電壓產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變；其次相控整流還會(huì)帶來移相問題，其中基波電源功率因數(shù)等于相控角，同時(shí)輸入電流中亦存在著豐富的諧波成分，這兩個(gè)方面的因素，使電源功率因數(shù)隨著移相角的增大而迅速減小，特別是深控時(shí)，電源利用率極低，這是相控整流的一大缺點(diǎn)。至于如何提高功率因數(shù)，當(dāng)然就要從以上兩個(gè)方面著手考慮。為改善輸入電源電壓波形，可以選擇合適的輸入濾波器，使輸入電源波形盡量接近正弦波；為減小移相角的影響，可以盡量使變換器工作在相控角較小的狀態(tài)下，避免深控的發(fā)生。3. 相控整流電路濾波器設(shè)計(jì)的原則有哪些？答：濾波器的設(shè)計(jì)不外乎考慮一下幾點(diǎn)：對(duì)本實(shí)驗(yàn)，輸出濾波器首先應(yīng)使負(fù)載上的單次諧波電壓和總諧波電壓降低到允許的范圍內(nèi)，使輸出電壓電流的紋波系數(shù)限制到一定的范圍之內(nèi)；而輸入濾波器則要使電源中的單次諧波電流和總諧波電流降低到允許的范圍內(nèi)，同時(shí)使電源電壓波形正弦化，提高電源的功率因數(shù)，這些是基本原則。除此之外，也要遵循一些基本的設(shè)計(jì)原則，例如輸出濾波器中的電容不能過分增加開關(guān)器件的電流，而輸出濾波器的電容則應(yīng)不過分增大電源電流為原則，即輸入輸出電容都不應(yīng)過大。另外濾波器電抗也不應(yīng)過大，以使負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載電壓和輸入電源電壓不變化過大。再者濾波器的容量不要過大，同時(shí)要考慮成本、體積和重量。4. 相控整流電路的穩(wěn)壓控制需要考慮哪些問題？答：相控整流的穩(wěn)壓控制也應(yīng)該有輸出電壓發(fā)饋實(shí)現(xiàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)二十九不難發(fā)現(xiàn)，我們可以用電壓傳感器采集輸出電壓信號(hào)，并進(jìn)行反饋控制開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。但和前面試驗(yàn)不同的是，這里改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制的對(duì)象不再是開關(guān)管的導(dǎo)通脈寬寬度，而是相控角。此時(shí)可以用單片機(jī)構(gòu)成微機(jī)控制電路，接收來及傳感器的檢測信號(hào)，與給定信號(hào)比較，是輸出整流電壓維持在需要值。在進(jìn)行穩(wěn)壓控制時(shí)首先應(yīng)考慮的問題就是電源的利用率問題，這是因?yàn)椋河捎诜€(wěn)壓設(shè)定值的不合理，可能會(huì)造成自動(dòng)反饋環(huán)節(jié)使相控角過大而是變換器進(jìn)入深控狀態(tài)，電源功率因數(shù)急速下降，電源利用率極低。這是穩(wěn)壓控制要首先考慮的。而在阻感性負(fù)載時(shí)，還要考慮反饋調(diào)節(jié)對(duì)相控角的自動(dòng)控制不能使相控角過大（當(dāng)處于有源逆變工作狀態(tài)時(shí)，相控角接近180度），否則可能會(huì)造成換相失敗，以致造成變換器失控，產(chǎn)生大電流，導(dǎo)致故障和損壞等嚴(yán)重后果。因此必須注意！小結(jié)與結(jié)果分析（王浩鵬）本實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是對(duì)三相相控整流電路性能的實(shí)踐性檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)電路十分簡單，為研究輸出電壓與負(fù)載性質(zhì)和相控角的關(guān)系，我們的實(shí)驗(yàn)也主要針對(duì)這兩個(gè)方面展開。當(dāng)然在本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我們只進(jìn)行了主電路的連接，而忽略的主體箱內(nèi)部產(chǎn)生滿足驅(qū)動(dòng)要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生和控制電路，同時(shí)也沒有詳細(xì)的研究和探討相控角控制電路的實(shí)現(xiàn)原理，而我認(rèn)為這些也是我們學(xué)習(xí)的一個(gè)重點(diǎn)，但由于對(duì)實(shí)驗(yàn)箱體了解不多，這方面的了解也就有了限制。在本實(shí)驗(yàn)中我們采用手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器（即開環(huán)控制），改變相關(guān)控制信號(hào)端子上的電位，進(jìn)而來改變相控角。但是手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，我們卻不能明確地觀察或計(jì)算出相控角的大小變化，這給實(shí)驗(yàn)本身帶來了許多不確定性，為后面的準(zhǔn)確測量和誤差分析也帶來了許多的不便。我想這樣也是本實(shí)驗(yàn)需要改進(jìn)的地方。在實(shí)驗(yàn)中我們首先進(jìn)行了純阻性負(fù)載（分輕載和滿載）情況下輸出與相控角的關(guān)系研究，由于不能準(zhǔn)確確定電位器調(diào)節(jié)時(shí)相控角的準(zhǔn)確變化，實(shí)驗(yàn)前列寫的實(shí)驗(yàn)表格不能經(jīng)過實(shí)驗(yàn)而準(zhǔn)確填寫，例如在純阻性負(fù)載R=200時(shí)，理論上在相控角輸出應(yīng)為117v（輸入線電壓Vl=100v），但由于無法準(zhǔn)確把握電位器的調(diào)節(jié)何時(shí)能使相控角，我們只能借助于示波器來觀測輸出電壓的大?。ㄌ砑雍线m的濾波電容），這給實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄和處理帶來了很大的不確定性和麻煩，最關(guān)鍵的問題是：我們無法準(zhǔn)確測量出對(duì)應(yīng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)相控角的輸出電壓大小，也就無法與理論值進(jìn)行比較，這是本實(shí)驗(yàn)的失敗之處。因此所謂的數(shù)據(jù)記錄根本沒有實(shí)際意義，所謂的數(shù)據(jù)記錄僅是理論值附近的一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)，我們無法從這樣的數(shù)據(jù)中得到任何有用的信息或者結(jié)論。不過值得慶幸的是，我們獲得較好的輸入和輸出波形，這才一定程度上彌補(bǔ)了我們的損失，通過輸入輸出波形我們可以清晰地觀察到，在電流連續(xù)、臨界連續(xù)電流斷流時(shí)的輸出電壓波形，這與理論值十分吻合，驗(yàn)證了理論分析的正確性，和實(shí)驗(yàn)的成功之處。接著我們進(jìn)行了阻感性負(fù)載的實(shí)驗(yàn)，在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，為使輸出電流盡量接近恒流，我們選取了較大平波電抗器，同時(shí)為有效濾除輸出電壓中的高次諧波，我們根據(jù)濾波器自身諧振頻率要遠(yuǎn)小于最低次諧波頻率的原則，選取了合適的電容參數(shù)，同時(shí)選擇R=200，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄和純阻性實(shí)驗(yàn)一樣存在相似的問題，在此不再贅述了。我們?nèi)我鈱?shí)驗(yàn)波形來判斷相控角和分析問題，理論上移相角可以在范圍內(nèi)變化，但實(shí)驗(yàn)中由于電位器調(diào)節(jié)的限制我們無法觀測到后的電壓輸出波形 ，實(shí)驗(yàn)中依次記錄了內(nèi)電壓的輸出波形，從實(shí)驗(yàn)波形中我們可以找到臨界斷流點(diǎn)，和輸出電壓零點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)波形與理論波形都有很高的吻合度，理論上時(shí)輸出電壓變?yōu)樨?fù)值，即輸出電壓波形反向，耽誤我們卻無法從實(shí)驗(yàn)中觀測到，這也是本實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)缺憾。最后為觀察濾波器的效果，我們隨機(jī)截取了（相控角不確定）一個(gè)濾波輸出波形，從輸出波形上可以看出，濾波的效果較為明顯，輸出電壓基本為直流電壓，效果基本令人滿意。但不能否認(rèn)的是輸出電壓中仍存在小的毛刺（即高頻諧波），濾波效果仍待改進(jìn)。從總體上看，我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪€是達(dá)到了，我們得到了阻性負(fù)載和感性負(fù)載時(shí)的輸出電壓與相控角的關(guān)系，盡管實(shí)驗(yàn)中存在缺憾，但正是這樣，讓我們認(rèn)識(shí)到了，理論上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和要求和實(shí)驗(yàn)的具體操作是有很大的差別的，理論上存在的，由于實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境的限制，實(shí)驗(yàn)中并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)，這也正是實(shí)驗(yàn)需要不斷改進(jìn)的原因。當(dāng)然反觀我們自己，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果并非沒有沖突，例如我們選擇平波電抗器時(shí)十一“輸出電流可以或略脈動(dòng)”的前提進(jìn)行的，然而從實(shí)驗(yàn)的電流波形中我們可以清楚地觀察到電流的脈動(dòng)，由此可見電抗器的理論計(jì)算存在實(shí)驗(yàn)上的偏差，這也是值得我們思考和改進(jìn)的。小建議：在調(diào)節(jié)相控角，最好能夠通過儀表顯示的大小變化，并且應(yīng)使有較大的調(diào)節(jié)范圍，最好能夠?qū)崿F(xiàn)范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，進(jìn)一步滿足實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)的要求。實(shí)驗(yàn)三十一：DC/AC 單相橋式SPWM逆變電路性能研究一、 實(shí)驗(yàn)原理及思路：正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的基本工作原理是脈沖等效原理:大小、波形不同的窄脈沖變量，只要它們的沖量，即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果相同。在正弦脈沖寬度調(diào)制中，使各個(gè)等幅不等寬的脈沖電壓在每個(gè)脈波周期內(nèi)按照正弦規(guī)律變化，則逆變電路輸出的多脈波電壓與正弦電壓等效。在明確了SPWM的工作原理后，便是如何實(shí)現(xiàn)的問題了。本實(shí)驗(yàn)采用單極倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制，將正弦參考電壓波和高頻三角載波送入驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中采用單相半橋逆變電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且ㄟ^實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)正弦脈沖寬度調(diào)制的輸出電壓信號(hào)同輸入電壓、調(diào)制比及正弦參考電壓頻率的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)電路的主接線十分的簡單，但內(nèi)部驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生電路則先對(duì)較為復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)前須詳細(xì)研究。此外還要設(shè)計(jì)該逆變電路的過壓和過流保護(hù)電路（主體箱內(nèi)布置），在主電路兩個(gè)半橋臂上各自串入一個(gè)電流傳感器，將檢測到的每個(gè)橋臂的電流施加到過流電路保護(hù)電路端口，并與限定值比較，實(shí)現(xiàn)電路過流保護(hù)。二、 確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1. 驗(yàn)證SPWM逆變電路的基本工作原理，進(jìn)一步掌握SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)形成電路的設(shè)計(jì)方法。2. 掌握逆變電路輸出電壓幅值和頻率的控制方法。3. 濾波器設(shè)計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1電力電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置及控制電路實(shí)驗(yàn)板、傳感器模塊、供電電源、控制電源、各種功率和參數(shù)的電感、電容、電阻2.數(shù)字式示波器3.面包板和若干元器件實(shí)驗(yàn)要求指標(biāo)：輸入直流電壓： =100v輸入功率： =100w四、實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算1）濾波器設(shè)計(jì)：當(dāng) ，調(diào)制比N=100，最低次諧波次數(shù)為（2N-1）=199， 取最低次次數(shù)為200， 則濾波器的諧振頻率，可取L=66mH，C=0.33uF，此時(shí)f=1.08KHz； 當(dāng)然為獲得更好的濾波效果，可采用更大的電感和電容參數(shù)。五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)記錄：1） 首先進(jìn)行參考信號(hào)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間的的測量：參考正弦波 頻率51.5Hz 峰峰值5.36v高頻三角載波 峰峰值21.4v 頻率4.771kHz死區(qū)時(shí)間2）固定直流輸入電壓Vd=40v，Vc=7.02，改變Vr（即改變調(diào)制比M），記錄輸出電壓大小及波形Vr/v3.6456.8理論值V0m/V10.2611.414.2419.4實(shí)際值V0m/V8.69.611.817.6調(diào)制比M0.5130.570.7120.969時(shí)的輸出電壓波形（CH2）時(shí)的輸出電壓波形（CH2）時(shí)的輸出電壓波形（CH2）時(shí)的輸出電壓波形（CH2）3）固定調(diào)制比M=1（Vc=6.1v，Vr=6.1v），改變輸入電壓，記錄輸出電壓大小及波形Vd/v20304045理論值V0m/V10152022.5實(shí)際值V0m/V8.612.917.319.3輸入電壓Vd=20v時(shí)的輸出電壓波形輸入電壓Vd=30v時(shí)的輸出電壓波形輸入電壓Vd=40v時(shí)的輸出電壓波形輸入電壓Vd=45v時(shí)的輸出電壓波形4）固定調(diào)制比M=1（Vc=6.1v，Vr=6.1v），輸入電壓Vd=40v，改變（即改變載波比），記錄輸出電壓大小及波形fr/Hz506080f0/Hz50.160.0280.78參考正弦波頻率fr=50Hz時(shí)的輸出波形參考正弦波頻率fr=60Hz時(shí)的輸出波形參考正弦波頻率fr=80Hz時(shí)的輸出波形六、 實(shí)驗(yàn)思考題（王浩鵬）1. 為什么單相半橋逆變電路的過流保護(hù)檢測要比單相全橋和三相橋逆變電路多用一個(gè)電流傳感器？答：這是因?yàn)樵趩蜗嗳珮蚝腿嗳珮蛑?，無論是單管過流或橋臂直通，直流輸入側(cè)的電流傳感器均可檢測到過電流，通過控制電路的保護(hù)檢測電路后發(fā)出保護(hù)信號(hào)，關(guān)斷所有開關(guān)管；而單相半橋電路如果僅在橋式電路的直流輸入的一個(gè)端子（正端或者負(fù)端）串聯(lián)一個(gè)電流傳感器，則只能檢測半個(gè)周期內(nèi)一個(gè)開關(guān)管的過流狀態(tài)，不能完全反映整個(gè)橋臂開關(guān)元件的過流狀態(tài)，如果半個(gè)周期大于開關(guān)元件過流承受能力則會(huì)導(dǎo)致開關(guān)元件損壞。因此半橋逆變電路一般需在直流輸入與橋臂間的兩個(gè)端子均串接電流傳感器，只有這樣才能可靠的檢測到過流，有效地保護(hù)整個(gè)電路。2. 怎么設(shè)計(jì)死區(qū)電路?設(shè)計(jì)的原則是什么？答：本實(shí)驗(yàn)所采用的半橋逆變電路中的死區(qū)控制，通過芯片4528單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)，控制該芯片相關(guān)端口的高低電平狀態(tài)，即可使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間產(chǎn)生可靠的延時(shí)，調(diào)節(jié)改變相關(guān)參數(shù)即可改變死區(qū)時(shí)間的大?。凰绤^(qū)時(shí)間設(shè)計(jì)的原則是要保證每個(gè)開關(guān)管都能可靠的關(guān)斷，即死區(qū)時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)大于開關(guān)管所需的的關(guān)斷時(shí)間，防止同一橋臂上的開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，造成電源短路形成短路電流損毀開關(guān)管和變換器。3. 示例中，采用函數(shù)發(fā)生器作為SPWM的正弦波來源，這樣的方式是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制？可否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓？答：很明顯是開環(huán)控制，參考正弦波信號(hào)由函數(shù)發(fā)生器提供，是固定不變的，而高頻三角載波的產(chǎn)生也不存在反饋調(diào)節(jié)（也是固定的），因此輸出電壓不可能影響到驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這樣是不可能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制的。若要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，必須將輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采樣后反饋到驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，由輸出電壓檢測信號(hào)和輸出給定信號(hào)比較后影響驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生新的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和方式，這樣才能最終使輸出電壓穩(wěn)定于給定輸出電壓。4. SPWM逆變電路的輸出濾波器設(shè)計(jì)原則是什么？答：本實(shí)驗(yàn)中濾波器的設(shè)計(jì)較為簡單，只要使濾波器自身諧振頻率遠(yuǎn)小于最低次諧波頻率（本實(shí)驗(yàn)中約為1KHz），因此在已有的實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境下，我們可采用盡可能大的電感和電容參數(shù)，以獲得好的濾波效果，這樣濾除輸出電壓中的高次諧波后，便可得到較理想的正弦基波。當(dāng)然濾波器的設(shè)計(jì)有一些基本要?jiǎng)t也要考慮，這在實(shí)驗(yàn)三十中已經(jīng)講過，就是電感和電容參數(shù)的在盡量取得好的濾波效果的前提下，都不能過大，以減少電感（電容）對(duì)電路電源和輸出電壓（輸入電流和輸出電流）的影響。此外，容量應(yīng)盡量小，價(jià)格、體積和重量在實(shí)際設(shè)計(jì)中都是應(yīng)該考慮的因素。實(shí)驗(yàn)思考題（楊軍）1. 為什么單相半橋逆變電路的過流保護(hù)檢測要比單相全橋和三相橋逆變電路多用一個(gè)電流傳感器？答：單相半橋逆變電路中電流傳感器的作用是反映整個(gè)橋臂開關(guān)元件的過流狀態(tài)，如果沒有這個(gè)多的傳感器，他只能檢測到半個(gè)周期的過流狀態(tài)，而且另外半個(gè)周期如果有大于開關(guān)過流承受能力的電流流過時(shí)便會(huì)燒壞元件，故需要多加一個(gè)電流傳感器。2. 怎么設(shè)計(jì)死區(qū)電路?設(shè)計(jì)的原則是什么？答：實(shí)驗(yàn)所采用的半橋逆變電路中的死區(qū)控制，可以通過控制芯片4528單穩(wěn)態(tài)電路中相關(guān)端口的高低電平狀態(tài)實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)電阻大小即可改變死區(qū)時(shí)間；原則是要保證每個(gè)開關(guān)管都能可靠的關(guān)斷，即死區(qū)時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)大于開關(guān)管所需的關(guān)斷時(shí)間，從而控制同一橋臂上的開關(guān)管不至于同時(shí)導(dǎo)通，造成電源短路損毀開關(guān)管和變換器。3.示例中，采用函數(shù)發(fā)生器作為SPWM的正弦波來源，這樣的方式是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制？可否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓？答：開環(huán)控制，參考正弦波信號(hào)是由函數(shù)發(fā)生器提供，高頻三角載波的產(chǎn)生不存在反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，因此輸出電壓不影響驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所以是開環(huán)的，這不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。4.SPWM逆變電路的輸出濾波器設(shè)計(jì)原則是什么？答：原則是濾波器自身諧振頻率遠(yuǎn)小于最低次諧波頻率，因此可采用盡可能大的電感和電容參數(shù)，以獲得好的濾波效果，通過濾除輸出電壓中的高次諧波，可得到較理想的正弦基波。濾波器的設(shè)計(jì)也有一些基本要?jiǎng)t，電感和電容參數(shù)的在盡量取得好的濾波效果的前提下，不能過大，以減少電感（電容）對(duì)電路電源和輸出電壓的影響。此外，容量應(yīng)盡量小。小結(jié)與結(jié)果分析（王浩鵬）本實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是對(duì)SPWM電路的輸出特性進(jìn)行研究，研究輸出交流電壓峰值與直流輸入電壓、調(diào)制比和正弦參考電壓的關(guān)系，雖然這些內(nèi)容在電力電子課程當(dāng)中已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)多的討論，但并沒有類似的實(shí)踐環(huán)節(jié)，而本實(shí)驗(yàn)的作用正在于此，通過本實(shí)驗(yàn)的操作和測量重新認(rèn)識(shí)問題和深入理解問題，并期待發(fā)現(xiàn)新問題，有更多的實(shí)驗(yàn)收獲。在進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)測量前，我們必須進(jìn)行的是對(duì)參考信號(hào)的測量和校正（對(duì)稱性和幅值調(diào)節(jié)），此外為保證實(shí)驗(yàn)的安全可靠進(jìn)行，我們必須對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的死區(qū)時(shí)間進(jìn)行測量，再確認(rèn)死區(qū)時(shí)間在安全范圍之后，再進(jìn)行具體的測量環(huán)節(jié)。雖然這個(gè)環(huán)節(jié)十分簡單，但我們小組卻在這里花費(fèi)了較多的時(shí)間，因?yàn)槲覀儨y得的參考正弦波的初始信號(hào)十分的不對(duì)稱，為獲得好的正弦信號(hào)（這是后續(xù)實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵），我進(jìn)行了較長時(shí)間的調(diào)節(jié)，最終才得到了較為滿意的波形。接下來，我們首先研究了輸出電壓與調(diào)制比M的關(guān)系，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，理論值和實(shí)驗(yàn)只存在著普遍的誤差，輸出