電力電子學實驗報告

1、電氣學科大類 2009級信號與控制綜合實驗課程實驗報告(基本實驗四:電力電子學基本實驗)姓名 學號 姓名 學號 姓名 學號專業(yè)班號 指導(dǎo)教師鄧春花日期 實驗成績評閱人實驗評分表基本實驗實驗編號名稱/內(nèi)容實驗分值評分實驗二十八PWM信號的生成和PWM控制的實現(xiàn)實驗二十九 DC/DC PWM升壓、降壓變換電路性能研究實驗三十三相橋式相控整流電路性能研究實驗三十一DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究設(shè)計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分創(chuàng)新性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分教師評價意見總分目錄實驗二十八 PWM信號的生成和PWM控制的實現(xiàn)·····

2、················41、 實驗?zāi)康?、 實驗原理3、 實驗設(shè)備4、 實驗內(nèi)容5、 實驗結(jié)果6、 思考題實驗二十九 DC/DCPWM升壓、降壓變換電路性能研究·············151、 實驗?zāi)康?、 實驗原理3、 實驗設(shè)備4、 實驗內(nèi)容5、 實驗結(jié)果6、 實驗結(jié)果分析7、 思考題實驗三十三

3、相橋式相控整流電路性能研究··························231、 實驗?zāi)康?、 實驗原理3、 實驗設(shè)備4、 實驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)記錄5、 實驗波形記錄與分析6、 實驗總結(jié)7、 思考題實驗三十一DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究·······

4、83;········291、 實驗?zāi)康?、 實驗原理3、 實驗設(shè)備4、 實驗步驟與數(shù)據(jù)記錄5、 實驗波形記錄與分析6、 思考題實驗心得································

5、························40參考文獻·························

6、······························ 40實驗二十八 PWM 信號的生成和PWM 控制的實現(xiàn)一、實驗?zāi)康?掌握PWM控制芯片的工作原理和外圍電路設(shè)計方法。2掌握控制電路調(diào)試方法。3了解其它PWM控制芯片的原理及設(shè)計原則。二、實驗原理1.PWM控制PWM 控制的原理可以簡單通過

7、圖1理解。圖中，V1 為變換器輸出的反饋電壓，與一個幅值為Vtri的三角波信號進行比較，比較電路產(chǎn)生的輸出電壓為固定幅值、寬度隨反饋電壓的增大而減小的 PWM 脈沖方波，如圖1中陰影部分所示：圖1-1 PWM控制原理2.PWM芯片TL494本實驗主要是利用TL494來實現(xiàn)具有PWM控制功能的控制電路，并通過實驗探究PWM控制電路的性能。1 TL494工作原理TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于

8、或非門。當雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小，如圖1-2所示：圖1-2 TL494的工作時序圖2 TL494脈沖控制 控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，當把死區(qū)時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在03.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時間。 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個通道，誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進行“或”運算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的

9、輸出即可支配控制回路。當比較器CT放電，一個正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進行計時，同時停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時，輸出驅(qū)動信號分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅(qū)動電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。TL494內(nèi)部電路方框圖，如圖1-3所示：圖1-3 TL494內(nèi)部電路

10、圖三、實驗設(shè)備1PWM 控制芯片 TL494 等，以及有關(guān)的外圍電路元件；控制電源2面包板或通用版，或具有 PWM 芯片及外圍電路的實驗板3示波器四、實驗內(nèi)容利用TL494設(shè)計一個具有PWM控制功能的控制電路，并擬定實現(xiàn)PWM控制的基本功能，通過調(diào)試驗證設(shè)計的正確性。1、將實驗板上的JP1的2、3兩口相連,選擇信號頻率為20kHz；將JP2的1,2口相連，選擇死區(qū)時間；將JP3的1,2口相連，選擇單路輸出。2、將芯片與正負電源和地連接。3、按開機鍵。4、觀察軟啟動。觀察TP3的電平變化，以及Vg1輸出信號的占空比變化。5、改變占空比。V1接+5V，調(diào)節(jié)RP1，觀察Vg1的占空比。6、改變死區(qū)時

11、間。將JP2改為連接3、4和5、6，觀察死區(qū)時間。7、觀察限流控制。緩慢增加I2（電壓信號），觀察Vg1的輸出脈寬。8、保護封鎖脈沖。I1為0，增加I2至HL2燈亮，記錄此時的電壓，并觀察Vg1的輸出變化。I2為0，增加I1至HL2燈亮，記錄此時的電壓，并觀察Vg1的輸出變化。9、雙路輸出。接通JP4的1,2兩腳。同時觀察Vg1和Vg2的輸出信號波形。五、實驗結(jié)果1、TP4端口TL494芯片輸出的標準鋸齒波，Ts=100us圖1-4 JP1置于23端時輸出鋸齒波波形2、軟啟動通過TP3的電平變化，來觀察Vg1波形脈寬變化圖1-5 軟啟動過程中V4信號波形（1） TP3=1.98V D=0.35

12、時Vg1波形圖1-6 D=0.35時Vg1波形圖（2） TP3=0.71V D=0.55時Vg1波形圖1-7 D=0.55時Vg1波形圖（3） TP3=0.42V D=0.7時Vg1波形圖1-8 D=0.7時Vg1波形圖Vg1為低電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，此時為Ton；Vg1為高電平時，開關(guān)管截止，此時為Toff。由圖可得，當TP3電壓減小時，占空比增大，進而實現(xiàn)軟啟動。3、改變占空比待輸出穩(wěn)定后，V1接入+5V，通過調(diào)節(jié)Rp1，改變TL494的1腳(TP1)輸入電壓Vf的大小，此時，測得TL494的反相輸入端（2腳）電壓值為2.6V，輸出波形的周期約為85us(1) TP1=2.64V Ton=0

13、.2us D=0.002 Vg1波形圖圖1-9 D=0.002時Vg1波形圖（2）TP1=2.61V Ton=60us D=0.6 Vg1波形圖圖1-10 D=0.6時Vg1波形圖（3） TP1=2.56V Ton=70us D=0.7 Vg1波形圖圖1-11 D=0.7時Vg1波形圖（4） TP1=2.50V Ton=70us D=0.7 Vg1波形圖圖1-12 D=0.7時Vg1波形圖由上圖可得，TP1電壓越小，導(dǎo)通時間越長，占空比越大，TP1的有效變化范圍是2.642.56V。4、改變死區(qū)時間將V1懸空（此時Vg1導(dǎo)通時間最長），改變JP2連接（1） 連接JP2的3、4引腳，TP3=0.

14、985V，死區(qū)時間Td=20us圖1-13 JP2選3、4時Vg1波形圖（2） 連接JP2的5、6引腳，TP3=1.252V，死區(qū)時間Td=5us圖1-14 JP2選5、6時Vg1的波形圖由以上實驗結(jié)果可得，TL494引腳4的參考電壓REF越大，死區(qū)時間越長。5、電流限制與脈沖封鎖I2加電壓，當I2=3.85V時，HL2燈亮，出現(xiàn)封鎖現(xiàn)象。I1加電壓，當I1=11V時，HL2燈亮，出現(xiàn)封鎖現(xiàn)象。下面在I1端施加電壓來觀察脈沖封鎖現(xiàn)象。（1）Vn=10.3V, Vg1輸出波形圖1-15 未過流時Vg1波形圖（1） Vn=13.04V，Vg1輸出波形圖1-16 過流時Vg1波形圖6、雙路輸出斷開J

15、P3，接通JP4的1、2兩腳。觀察Vg1,Vg2輸出波形圖1-17 雙路輸出時Vg1、Vg2波形圖六、思考題1、如何驗證你設(shè)計的PWM控制電路具有穩(wěn)壓控制功能？答：調(diào)節(jié)反饋電壓大小，觀察Vg1輸出隨TP1電壓變化和占空比的變化。2、如何驗證你設(shè)計的PWM控制電路所具有的保護功能？答：驗證實驗班具有過流保護功能：I1、I2分別加電壓，板子開機逐漸升高達到一定的值后，燈亮，輸出信號被封鎖，記錄此時的電壓值。3、以你自己的調(diào)查或觀察，舉例說明軟啟動的作用。答：軟啟動可以限制啟動電流，從而達到保護實驗板不被燒毀的作用。4、說明限流運行時的PWM控制方式的變化。答：此時應(yīng)將輸出電流作為反饋比較對象。即將

16、原來PWM控制方式的穩(wěn)壓運行方式轉(zhuǎn)換為限制電流的不穩(wěn)壓方式，即不再進行增大脈寬的穩(wěn)壓PWM控制，轉(zhuǎn)換為電流增大而脈沖寬度減小的限流控制?？刂茖ο笥稍瓉淼妮敵鲭妷鹤?yōu)楝F(xiàn)在的輸出電流。實驗二十九 DC/DCPWM升壓、降壓變換電路性能研究一、 實驗?zāi)康?. 驗證、研究 DC/DC PWM 升、降壓變換電路的工作原理和特性2. 在實驗二十八的基礎(chǔ)上，進一步掌握 PWM 集成電路芯片的應(yīng)用、設(shè)計原則3. 了解電壓/電流傳感器的選用原則4. 建立驅(qū)動電路的概念和要求5. 掌握反饋環(huán)節(jié)與濾波電路的概念與設(shè)計原則二、實驗原理在分壓電路中，如果采用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件取代串聯(lián)電阻或線性工作的晶體管，使帶有濾波器

17、（L 或/和 C）的負載線路與直流供電電源周期性地接通、斷開，則負載上也得到了另一個數(shù)值的直流電壓，把輸入的直流電源電壓通過開關(guān)器件斬成周期性通斷的方波，因而也稱為“斬波電路”，這就是 DC-DC 降壓變換的基本手段。降壓電路也稱為buck電路。buck線路（降壓線路）的原理圖如圖1 所示，降壓線路的基本特征為：輸出電壓低于輸入電壓，輸出電流為連續(xù)的，輸入電流是脈動的。圖2-1 buck線路原理圖1. 正常工作模式下：1 0<t<DTS，開關(guān)管導(dǎo)通時,輸出電感儲能，流過電感的電流線性增加，同事給負載提供能量,Ldidt=VS-VL；2 DTS<t<TS，開關(guān)管關(guān)斷，輸出

18、電感通過二極管D進行續(xù)流，流過電感的電流線性減小，Ldidt=Vo；依據(jù)電感伏秒平衡原理可得：(VS-VL)DTS=V(1-D)TS,則有：D=VoVS故占空比D越大，負載上得到的電壓Vo也越高。2. 電感電流斷流模式下：當開關(guān)轉(zhuǎn)換線路工作于CCM/DCM邊界，對于buck線路而言，即流過電感的電流紋波與輸出電流相等即：VO(1-D)TS2L=VoR因此，當1-D<2LfsR時，buck變換器工作在CCM模式； 當1-D>2LfsR時，buck變換器工作在DCM模式； 當1-D=2LfsR時，buck變換器工作在CCM/DCM邊界；3.本實驗所用實驗原理圖如圖2所示：圖2-2 實驗

19、原理圖三、 實驗設(shè)備1、電力電子綜合實驗裝置及控制電路實驗板、傳感器模塊、供電電源、控制電源；2、各種功率和參數(shù)的電感、電容、電阻；3、數(shù)字式示波器；4、計算機及相應(yīng)分析軟件；5、面包板和若干元器件。四、 實驗內(nèi)容1. 實驗元件參數(shù)的確定1 濾波電感電容的選擇其中，fs=10kHz ，D=0.5，臨界電流：IOB=VO2Lfs(1-D)當VO=50V，P=100W時，I=2A，要保證IIOB，則L0.625mH，C20F綜合考慮，并保留一定裕度，本實驗中我們選取L=10mH，C=220F，此時的輸出電壓紋波：VOVO=0.03%；2 電壓傳感器和電流傳感器部分在測試buck電路閉環(huán)特性時，需要

20、電壓傳感器和電流傳感器來構(gòu)造閉環(huán)回路 電壓反饋環(huán)節(jié)：電路中V1接電壓傳感器，引入反饋。由VO=50V，I1=50V15K，I2=5VRx1+300，由I1I2=1025可得，Rx1=300； 電流反饋環(huán)節(jié)：通過控制板電路圖可知，串口I1電壓8.53V時閉鎖，傳感器選5匝，電流留有20%的余量，即超過2.4A時閉鎖保護，由2.4×5×10-3×(Rx2+300)=8.53V，可得Rx2=410.4，在此取Rx2=420.2.完成主電路元件的連接、驅(qū)動電路的連接和控制電路的連接；檢測PWM電路板，并使其單路輸出：接好TL494驅(qū)動線路，將電路板上JP1的2、3引腳連接

21、，確定f=10KHz，將JP3的1、2引腳連接，JP2的5、6引腳連接 ，Vg1接至示波器CH1，K1閉合，C21充電完成后，觀察產(chǎn)生的PWM波，通過調(diào)節(jié)RP1，可以改變占空比。3.開環(huán)特性（1）電源輸入Vs=100V，負載R=50，調(diào)節(jié)RP1使占空比D在0.30.7之間浮動，測量輸出Vo，Io（2）確定占空比D=0.5，負載R=200，改變Vs，測量輸出Vo，Io；（3）確定占空比D=0.5，Vs=100V，改變負載R，測量輸出Vo，Io；（4）確定占空比D=0.5，Vs=100V，測量系統(tǒng)在空載狀態(tài)下的輸出 Vo，Io；4.閉環(huán)特性：電路中V1接電壓傳感器，引入反饋環(huán)節(jié)（1）維持負載R=2

22、00不變，改變Vs，測量輸出Vo，Io；（2）維持電源電壓Vs=100V，改變R，測量輸出Vo，Io；（3）確定占空比D=0.5，Vs=100V，測量系統(tǒng)在空載狀態(tài)下的輸出 Vo，Io；五、實驗結(jié)果1、PWM波產(chǎn)生圖2-3 PWM波產(chǎn)生2.開環(huán)特性（1） 電源輸入Vs=100V，負載R=50，調(diào)節(jié)RP1使占空比D在0.30.7之間浮動，測量輸出Vo，Io；表1輸出電壓和電流隨占空比D的變化D4/95/96/97/98/9Vo/v53.541292113Io/A0.980.790.550.40.24（2） 確定占空比D=0.5，負載R=200，改變Vs，測量輸出Vo，Io；表2輸出電壓和電流隨輸

23、入電壓Vs的變化Vs/v8090100110120Vo/v4550566169Io/A0.20.20.280.30.32（3） 確定占空比D=0.5，Vs=100V，改變負載R，測量輸出Vo，Io；表3輸出電壓和電流隨負載電阻R的變化R/50100150200300Vo/v5355555659Io/A10.520.350.290.2（4） 確定占空比D=0.5，Vs=100V，測量系統(tǒng)在空載狀態(tài)下的輸出 Vo，Io；表4空載狀況下的輸出Vo/v100Io/A03.閉環(huán)特性：電路中V1接電壓傳感器，引入反饋環(huán)節(jié)（1）維持負載R=200不變，改變Vs，測量輸出Vo，Io；表5輸出電壓和電流隨輸入電

24、壓Vs的變化Vs/v8090100110120Vo/v46.050.050.050.050.1Io/A0.200.210.220.220.22（2）維持電源電壓Vs=100V，改變R，測量輸出Vo，Io；表6輸出電壓和電流隨輸入負載電阻R的變化R/50100150200300Vo/v50.050.050.050.050.0Io/A0.960.50.30.220.18（3）確定占空比D=0.5，Vs=100V，測量系統(tǒng)在空載狀態(tài)下的輸出 Vo，Io；表7空載狀況下的輸出Vo/v50Io/A0六、實驗結(jié)果分析從實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)中可以看出開環(huán)閉環(huán)特性的不同，開環(huán)時由于沒有反饋，其誤差比較大，而當加了一

25、個閉環(huán)之后，當輸入電壓發(fā)生較大改變時，輸出電壓都能基本穩(wěn)定在指令值附近，這說明電路的抗干擾性能有了較大的提升。七、思考題1、Buck電路中電感電流連續(xù)與否會有什么影響？哪些參數(shù)會影響電流連續(xù)？實驗中如何保證電流連續(xù)？答：Buck電路在電流不連續(xù)時，輸出電壓會略高于電流連續(xù)情況下的輸出電壓。根據(jù)臨界電流表達式 可知，當負載電流小于臨界值時即會發(fā)生斷流現(xiàn)象，即電感L值、電源電源頻率fs、占空比D及輸出電壓都會影響電流的連續(xù)性。實驗中，可以通過選用大電感，增大占空比，或增大開關(guān)頻率來保證負載電流大于臨界值，從而使電感電流連續(xù)。2、Boost電路中，為什么D不能等于1？實驗中如何保證D1？答：因為在B

26、oost變換器中，開關(guān)管導(dǎo)通時，電源與負載脫離，其能量全部儲存在電感中，當開關(guān)管關(guān)斷時，能量才從電感中釋放到負載。如果占空比D接近于1，那么開關(guān)接近于全導(dǎo)通狀態(tài)，幾乎沒有關(guān)斷時間，那么電感在開關(guān)管導(dǎo)通期間儲存的能量沒有時間釋放，將造成電感飽和，直至燒毀。因此Boost變換器不宜在占空比D接近1的情況下工作。同時，從Boost變換器在電感電流連續(xù)工況時的變壓比表達式 也可以看出，當占空比D接近1時，變壓比M接近于無窮大，這顯然與實際不符，將造成電路無法正常工作。3、兩種電路中L和C的設(shè)計應(yīng)該滿足什么要求？答：兩電路中L和C都是起濾波作用。對于LC設(shè)計濾波時的要求：負載上的單次諧波電壓和總諧波電壓

27、降低到允許范圍內(nèi)；電源中單次諧波電流和總諧波電流降低到允許范圍內(nèi)。濾波電感基波阻抗不大，負載變化時開關(guān)電路輸入電壓波動不大，負載電壓波動不大。濾波器LC電壓、電流的kVA值小，成本低、體積小、重量輕。4、實驗電路中，開關(guān)管的驅(qū)動電路要求有哪些？答：驅(qū)動電路需要提供持續(xù)的驅(qū)動電流，要求如下：開通時有較高的基極驅(qū)動電流ib強觸發(fā)，以減短開通時間開通后在通態(tài)下基極電流要適當減小，以減少通態(tài)時基射結(jié)損耗，同時使開關(guān)管不致過飽和導(dǎo)通。關(guān)斷時是假反向的基射極電壓，這能增加電力晶體管的集射極阻斷電壓的能力。斷態(tài)時最好外加反向的基射極電壓，這能增加電力晶體管的集射極阻斷電壓的能力。5、實驗電路中，傳感器選取原

28、則有哪些？答：傳感器選取的原則有：考慮靈敏度。考慮靈敏度時要綜合考慮實驗相關(guān)環(huán)境，因為在測量過程中，靈敏度高的傳感器對于雜波也具有放大作用，可能會導(dǎo)致精度下降?？紤]頻率響應(yīng)特性。確定傳感器的延遲和測量頻率范圍，對于實驗來說，不必要選取延時很小的傳感器穩(wěn)定性。實驗環(huán)境變換而引起的性能偏差，盡量越小越好，本實驗中電路元件會發(fā)出熱量。精度。關(guān)系到實驗數(shù)據(jù)的準確性，對于本實驗，并不需要定量測數(shù)據(jù)，故而利用精度不是很高的傳感器，以節(jié)約實驗成本實驗三十三相橋式相控整流電路性能研究一、 實驗?zāi)康?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)負載時三相橋式相控整流電路輸出直流電壓的控制特性；2觀察輸出

29、直流電壓及輸入交流電流波形，了解功率因數(shù)的概念，初步給出功率因數(shù)校正的思路；3. 了解wavestar軟件的基本使用，能夠用來分析輸入輸出的功率因數(shù)；3. 初步掌握濾波器設(shè)計的方法；4. 閉環(huán)穩(wěn)壓控制設(shè)計和校正方法的應(yīng)用。二、實驗原理1相控整流電路相控整流是在晶閘管承受正向電壓時，通過控制其觸發(fā)脈沖相對于承受的交流電源電壓的相位(即控制角)，來控制其導(dǎo)通時間，在整流電路的輸出端得到脈動的整流電壓。改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，即改變控制角的大小，使輸出整流平均電壓發(fā)生改變，獲得所需要的整流電壓值，就稱為“相控”；相控整流有多種形式：單相橋式、三相半波、三相橋式等，本實驗采用三相橋式。2相控整流電路中

30、晶閘管的觸發(fā)要求觸發(fā)脈沖電流必須與晶閘管承受的交流電壓嚴格同步，任何時刻都必須有兩個晶閘管（上、下各一個晶閘管）同時被觸發(fā)導(dǎo)通。觸發(fā)控制角與整流直流輸出電壓平均值的關(guān)系為vD=32V1cos=vD0cos，式中，V1為線電壓有效值。3相控整流電路中觸發(fā)脈沖的實現(xiàn)脈沖需按照輸出電壓的數(shù)值要求延遲角，且需要足夠的幅值和寬度。本實驗采用與功率晶閘管集成于一體的數(shù)字檢測與脈沖控制。4實驗電路中的三相晶閘管整流功率模塊原理簡介綜合實驗裝置中使用的晶閘管為三相晶閘管整流智能控制功率模塊，采用了全數(shù)字移相觸發(fā)集成電路，本實驗中采用手動控制的方式。三、實驗設(shè)備1電力電子綜合實驗裝置、控制電路實驗板、傳感器模塊

31、、供電電源、控制電源；2各種功率和參數(shù)的電感，電容，電阻；3數(shù)字式示波器；4計算機及相應(yīng)分析軟件；5面包板和若干元器件。四、實驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)記錄1實驗元件參數(shù)選定輸入電壓V1和負載電阻R的整定根據(jù)實驗要求指標（輸入三相交流電壓：V1100V；輸出功率：P100W）初步估算電阻負載范圍和濾波器參數(shù)：VDmax=32V1，得VDmax135V ，P=VD2RR180；輸入電壓Vs=90V濾波器參數(shù)的電感電容值的整定因為，在輸出波形中，主要是六次諧波，那么我們設(shè)置的低通濾波器的頻率f=12LC6×50=300HZ，故初步選定濾波器參數(shù)：L=100mH, C=220uF2.實驗步驟保證輸入和負

32、載R=200不變，手動調(diào)節(jié)滑動電阻，改變Vcon1，記錄輸入、輸出的電壓、電流波形 0306090Vcon1/V8.085.654.011.56/V11095.2550/A0.520.490.280保證輸入和負載R=1K不變，手動調(diào)節(jié)滑動電阻，改變Vcon1，記錄輸入、輸出的電壓、電流波形0306090Vcon1/V84.45.864.812.06/V11599.657.50/A0.10.10.050保證輸入和阻感負載R=200,L=100mH不變，手動調(diào)節(jié)滑動電阻，改變Vcon1，記錄輸入、輸出的電壓、電流波形0306090Vcon1/V7.865.774.331.58/V112.599.6

33、57.50/A0.50.480.30保證輸入和負載R=200不變，加入濾波器L=100mH，C=220uF，然后手動調(diào)節(jié)滑動電阻，改變Vcon1，記錄輸入、輸出的電壓、電流波形0306090Vcon1/V8.225.804.061.42Vo/V11095.2550Io/A0.500.480.280五、實驗波形記錄與分析1、純阻性負載R=200控制角=0º，=30º，=60º，=90º時輸出電壓及輸入電流波形圖3-1 =0º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-2 =30º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-3 =60º時輸出電壓和輸入電流

34、波形圖3-4 =90º時輸出電壓和輸入電流波形2、純阻性負載R=1000時，控制角=0º，=30º，=60º，=90º時的輸出電壓和輸入電流波形圖3-6 =30º時輸出電壓和輸入電流波圖3-5 =0º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-7 =60º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-8 =90º時輸出電壓和輸入電流波形3、阻感性負載R=200,L=100mH時，控制角=0º，=30º，=60º，=90º時輸入電流與輸出電壓波形圖圖3-9=0º時輸出電壓和輸入電流波形圖

35、3-10 =30 º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-11=60 º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-12 =90 º時輸出電壓和輸入電流波形4、阻感性負載加LC濾波器，控制角=0º，=30º，=60º，=90º時輸入電流與輸出電壓波形、圖3-13 =0º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-14 =30 º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-15 =60 º時輸出電壓和輸入電流波形圖3-16 =90 º時輸出電壓和輸入電流波形五、 實驗總結(jié)本次實驗是三相橋式相控整流電路性能的研究，實驗過程中通過控制晶閘管

36、整流智能控制的移相調(diào)控器的角度來控制它的導(dǎo)通時間，于是可以在整流電路的輸出端得到脈動的直流電壓，實驗中通過改變負載的特性，從阻性負載到感性負載，通過觀察輸出電壓和電流的波形來研究三相整流橋的特性。六、思考題1、記錄相控整流電路的功率因數(shù)應(yīng)該觀察哪些因素（波形或數(shù)據(jù)）？如何觀察？答：應(yīng)觀察輸入電壓和輸入電流波形，在Wavestar中創(chuàng)建“Power Harmonics”，將電壓和電流波形拖入對應(yīng)位置，即可直接讀出輸入電壓有效值、輸入電流有效值、視在功率、有功功率、輸入功率因數(shù)等。亦可以通過示波器觀察得到輸入電壓和輸入電流的相位差，由此可以得到整流電路的功率因數(shù)。2、影響相控整流電路功率因數(shù)的原因

37、有哪些？如何提高功率因數(shù)？答：根據(jù)公式可知，影響功率因數(shù)的原因有相控深度、基波電流的相位移角、輸入電流中諧波電流大小等。提高功率因數(shù)的方法：有加入無源濾波器、附加有源功率因數(shù)校正器，或采用含有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)（PFC）的高頻PWM整流。3、相控整流電路濾波器設(shè)計的原則有哪些？答：濾波器的截止頻率應(yīng)低于最低次諧波頻率，且濾波器的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原則：負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)；電源中單次諧波電流和總諧波電流降低到允許的范圍內(nèi)；濾波電感基波阻抗不大，負載變化時開關(guān)電路輸入電壓波動不大，負載電壓波動不大；濾波器LC電壓、電流的KVA值小，成本低、體積小、重量輕；在所要求的頻

38、率上，濾波器的阻抗必須與它連接的干擾源阻抗和負載阻抗相匹配，如果負載是高阻抗，則濾波器的輸出阻抗應(yīng)為低阻抗。如果電源或干擾源阻抗是低阻抗，則濾波器的輸出阻抗應(yīng)為高阻抗。實驗三十一 DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究一、 實驗?zāi)康?、驗證SPWM逆變電路基本工作原理，并進一步掌握SPWM信號的形成電路的設(shè)計方法；2、學習、掌握逆變電路輸出電壓幅值和頻率的控制方法；3、了解逆變電路濾波器的設(shè)計原則；4、熟悉和掌握模擬控制電路設(shè)計方法和有關(guān)集成電路芯片的使用；二、實驗原理1、橋式逆變電路對于三相橋式逆變電路，若只有一個橋臂交替通斷工作而另外兩個橋臂的開關(guān)管總是處于斷開狀態(tài)，則成為單相半橋電路

39、，理論上，輸出電壓最高峰值為直流輸入電源電壓的一半；根據(jù)負載的不同（純阻性、阻感性或純感性），電壓型逆變器雖然電壓均為方波而電流波形可能完全不同；同樣電流型逆變器中，電流為方波而電壓波形也隨負載性質(zhì)的不同而不同。2、SPWM（正弦脈沖調(diào)制）基本原理根據(jù)沖量等效原理，將單脈沖變成若干個脈沖，可以使信號中的諧波含量大大降低而且諧波次數(shù)提高，進而可大大降低濾波器參數(shù)值、尺寸和成本。更進一步地將寬度相等的多脈沖變成按正弦規(guī)律變化的正弦脈沖序列，則在實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)寬穩(wěn)壓控制的同時，可獲得更高的基波、更小的諧波，這種脈沖寬度隨正弦規(guī)律變化的調(diào)制方式，稱為正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)。3、SPWM方式的實現(xiàn)產(chǎn)生

40、SPWM波形的方式很多，按照脈沖極性分有單極性和雙極性之分，還有單極性倍頻方式等。本實驗中采用參考標準正弦波和三角波信號與比較器形成脈沖。設(shè)計時應(yīng)注意橋式逆變電路的最基本要求：同一橋臂上下兩個開關(guān)管觸發(fā)脈沖應(yīng)設(shè)置死區(qū)（即兩個開關(guān)管都不導(dǎo)通的時間），死區(qū)寬度的設(shè)計依據(jù)是應(yīng)遠大于開關(guān)管所需要的關(guān)斷時間。4、橋式逆變電路的過流保護橋式電路中一旦過流，往往開關(guān)管關(guān)斷時間延遲，超過原設(shè)定的死區(qū)則形成同一橋臂開關(guān)管直通短路。因此，橋式逆變電路需要更加關(guān)注過流保護電路的設(shè)計。單相半橋逆變電路需在直流輸入與橋臂間的兩個端子均串接電流霍爾傳感器，才能可靠地檢測到過電流。5.本實驗所用的原理接線圖，如圖1所示：圖

41、4-1 單相半橋逆變電路實驗原理圖1 濾波器的參數(shù)設(shè)計： 實驗中所用到的標準正弦波的頻率為fr=50HZ，標準三角波的頻率為fc=4.9KHZ，則標準載波比N=fcfr=4.9×10350=98，輸出交流電壓VO中的諧波次數(shù)很高，同時在對單相半橋逆變電路的性能探究時，所用到的正弦波的頻率變化范圍為25HZ115HZ，亦即輸出電壓的基波頻率最大約為115HZ，因此考慮選取的濾波元件的參數(shù)應(yīng)滿足12LC115HZ，結(jié)合實驗室條件我們選?。篖=133mH、C=10F，12LC=138HZ，滿足要求。同時由于實驗板功能的限制，在設(shè)置過電流保護的功能時，我們采取在直流輸入側(cè)和交流輸出側(cè)接入電流

42、霍爾傳感器，實現(xiàn)對實驗電路的過電流保護功能。三、實驗設(shè)備 1、電力電子綜合實驗裝置（含三相全控器件橋模塊，可完成單相半橋逆變、單相全橋逆變、三相橋式逆變等）、控制電路實驗板、傳感器模塊、供電電源、控制電源；2、各種功率和參數(shù)的電感、電容、電阻；3、數(shù)字式示波器；4、計算機及相應(yīng)分析軟件；5、面包板和若干元器件。四、實驗步驟與數(shù)據(jù)記錄1.B05B實驗板的測試和調(diào)節(jié)接通B05B實驗板電源，用示波器觀察TRI（三角波）和SIN（正弦波）信號；調(diào)節(jié)正弦波為標準正弦波：RP1調(diào)整頻率(fr=50HZ)，RP2、RP3調(diào)整波形上下對稱，RP4調(diào)整波形左右對稱，RP5調(diào)整波形的幅值(Vrm=4.9V)；調(diào)節(jié)

43、三角波為標準三角波：RP6調(diào)三角波的頻率(fc=4.9KHZ)，RP7調(diào)三角波的幅值(Vcm=6.1V)；在SP1口觀察并記錄SPWM波形；在PW1口和PW2口觀察輸出信號的波形并記錄死區(qū)時間；2.不接過流保護時的單相半橋逆變電路性能研究按照實驗原理圖1連接線路，接通主電路，使輸入電壓VD=50V、負載R=100，固定Vrm=4.9V、Vcm=6.1V，不加濾波器，記錄輸出電壓波形；固定輸入直流電壓VD=50V和三角波載波頻率fc=4.9KHZ，加上LC濾波器(L=133mH，C=10F)，改變正弦波頻率，記錄不同正弦波頻率下，輸出電壓的波形及其頻率；255075100109Vo/V3334.

44、236.238.640.224.75075100109固定輸入直流電壓為VD=50V和正弦波頻率fr=50HZ，加上LC濾波器(L=133mH，C=10F)，改變正弦波幅值，記錄在不同的正弦波幅值下，輸出電壓的波形和幅值；Vrm/V3.34.04.55.0Vop-p/V26.430.032.434.23.接入過流保護環(huán)節(jié)的單相半橋逆變電路的性能研究按照實驗接線原理圖1將實驗線路圖連接完整；保持輸入直流電壓、負載和電路其他部分的元件參數(shù)值不變，調(diào)節(jié)B05實驗板上的RP2A，觀察并記錄B05B實驗板上的PW1和B05實驗板上Vg1的波形變化。五、實驗波形記錄與分析1、B05B實驗板的測試和調(diào)節(jié)（1

45、）觀察TRI（三角波）和SIN（正弦波）信號a.調(diào)節(jié)RP4、RP6，使輸出三角波和正弦波對稱b.調(diào)節(jié)RP7使三角波幅值為6.1V圖4-2 fc=4.9KHZVcm=6.1V載波三角波信號c.調(diào)節(jié)RP1、RP5得到50Hz、幅值為4.9V的正弦波形圖4-3 fr=50HZ Vrm=4.9V輸入正弦波信號(2)SP1口輸出SPWM波形圖4-4 SPWM+和SPWM-的波形（3）觀察PW1、PW2輸出波形，測得死區(qū)時間t=5us圖4-5 PW1、PW2波形2、不接過流保護時的單相半橋逆變電路性能研究（1）輸入電壓VD=50V、負載R=100，不加濾波器時輸出電壓波形圖4-6 無濾波器時輸出電壓波形（2） 固定輸入直流電壓VD=50V和三角波載波頻率fc=4.9KHZ，加上LC濾波器，改變正弦波頻率，輸出電壓波形圖4-7 fr=25Hz時濾波后輸出電壓波形圖4-8 fr=50Hz時濾波后輸出電壓波形圖4-9 fr=75Hz時濾波后輸出電壓波形圖4-10 f