電能變換技術(shù)

實(shí)驗(yàn)六電能變換技術(shù)PAGEPAGE33光電技術(shù)綜合訓(xùn)練指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)六電能變換技術(shù)電能變換技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的核心。它是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和手段把某種電能（如電力網(wǎng)的交流電、蓄電池可輸出的直流電等）變換成另外一種用途和特性的電能。例如，開(kāi)關(guān)電源可把電力網(wǎng)的交流電變換成供電子電路使用的低壓直流電、逆變器可把蓄電池的直流電變換成普通交流電器使用的交流電、變頻器可把50Hz的交流電變換成供三相異步電機(jī)調(diào)速使用的電壓和頻率可調(diào)的交流電、DC-DC變換器可以把低壓直流電變換成高壓直流電，也可以把高壓直流電變換成低壓直流電等等。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娔茏儞Q技術(shù)的基本原理。理解、熟悉一種直流電能變換的指導(dǎo)思想、技術(shù)核心和過(guò)程的相關(guān)特性。掌握一種現(xiàn)代實(shí)用技術(shù)。拓寬實(shí)驗(yàn)者的思維模式與空間。二、儀器及用具專用直流電能變換實(shí)驗(yàn)臺(tái)1個(gè)，數(shù)字示波器1臺(tái)，低壓直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)，直流電壓表1塊，直流電流表1塊，滑線電阻器1只。三色導(dǎo)線若干根。三、原理現(xiàn)代電力電子的核心技術(shù)之一是采用高頻開(kāi)關(guān)方法。它通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)可把低頻交流電或直流電變換成高頻交流電，通過(guò)變壓器得到所希望的電壓，然后再通過(guò)電感、電容、二極管等器件獲得具有一定特性的電能。如光伏電力系統(tǒng)中的正弦波逆變器。這種逆變器可有兩種變換方案。一種方案是先利用高頻開(kāi)關(guān)、采用正弦脈寬調(diào)制逆變技術(shù)得到正弦脈寬調(diào)制的脈動(dòng)工頻交流電，再經(jīng)電感、電容濾波得到純正的工頻交流電，最后通過(guò)工頻變壓器調(diào)整電壓得到最終需要的符合供電要求的工頻交流電，其原理如圖6.1所示。圖6.1電能變換方案之一第二種方案是先采用高頻開(kāi)關(guān)逆變產(chǎn)生高頻交流電，下一步由變壓器達(dá)到希望的電壓值，再使用高頻變壓器獲得所需電壓的高頻交流電，然后經(jīng)高頻整流、濾波得到高壓直流電。最后，高壓直流再經(jīng)正弦脈寬調(diào)制、逆變、濾波得到純正弦波工頻交流電。其工作過(guò)程示意由圖6.2所示。直高高高高流頻頻頻壓電開(kāi)變整直能關(guān)壓流流正弦逆濾交調(diào)變波電制圖6.2電能變換方案之二本實(shí)驗(yàn)主要實(shí)踐與光伏電力裝置相關(guān)的DC／DC變換技術(shù)。光伏電力方陣的最佳工作點(diǎn)隨工作溫度、輻照度不同而有所改變。為保持系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，需采用直流變換手段以調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作點(diǎn)始終處于比較理想的狀態(tài)。四、實(shí)驗(yàn)裝置及內(nèi)容實(shí)驗(yàn)涉及三種基本的DC／DC變換方式。它們分別是降壓型、升壓型和反向型。這些裝置電路如圖6.3所示。圖6.3實(shí)驗(yàn)裝置電路圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有二大項(xiàng)。分別構(gòu)建、測(cè)量三種基本DC／DC變換方式的占空比特性及其負(fù)載特性。分別構(gòu)建、測(cè)量三種基本DC／DC變換方式的功率與效率的特性曲線。實(shí)驗(yàn)步驟按圖6.3中DC／DC升壓型變換電路接入電壓表和電流表，要保持電壓、電流表極性接法正確。旋調(diào)穩(wěn)壓源輸出電壓為10V。接通實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源?；瑒?dòng)滑線電阻使其阻值為20。調(diào)節(jié)占空比旋扭，用數(shù)字示波器顯示占空比的值并測(cè)量對(duì)應(yīng)的輸入、輸出電壓值和電流值。通過(guò)這一步了解相應(yīng)的占空比調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)占空比為某一確定值，滑動(dòng)滑線電阻，測(cè)量對(duì)應(yīng)的輸入、輸出電壓值和電流值。通過(guò)這一步了解認(rèn)識(shí)相應(yīng)的負(fù)載調(diào)節(jié)特性。請(qǐng)指導(dǎo)教師審閱實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)可后進(jìn)行下一環(huán)結(jié)。按圖6.3中DC／DC反向型變換電路接入電壓表和電流表，要保持電壓、電流表極性接法正確。重復(fù)2～7步驟。按圖6.3中DC／DC降壓型變換電路接入電壓表和電流表，要保持電壓、電流表極性接法正確。按重復(fù)2～7步驟。拆除電路，整理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。五、數(shù)據(jù)處理分別計(jì)算3種以上占空比條件下的升壓型電能轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換效率。分別計(jì)算3種以上占空比條件下的反向型電能轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換效率。分別計(jì)算3種以上占空比條件下的降壓型電能轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換效率。六、注意事項(xiàng)搭接電路和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，須避免發(fā)生短路現(xiàn)象。分別在三種DC／DC變換電路中，正確確定電壓表、電流表的接線位置。正確連接和使用數(shù)字示波器。注意升壓型和反向型變換電路中占空比不可以太大。七、思考題試分析三種基本DC／DC直流變換的轉(zhuǎn)換效率。比較三種基本DC／DC直流變換的特點(diǎn)。試論述不同電能轉(zhuǎn)換方式下，占空比的變化對(duì)較換效率的影響或關(guān)系(定性)。原始數(shù)據(jù)見(jiàn)附表數(shù)據(jù)處理升壓型升壓型電源負(fù)載占空比電壓/V電流/A電壓/V電流/A轉(zhuǎn)換效率0.175100.72110.480.7333333330.25100.812.80.480.7680.3100.9213.50.480.7043478260.410.21.28150.50.5744485290.47510.31.717.20.50.4911479150.52510.4218.80.50.451923077反向型反向型電源負(fù)載占空比電壓/V電流/A電壓/V電流/A轉(zhuǎn)換效率0.2759.80.063.20.160.8707482990.3259.80.14.20.210.90.3759.80.144.80.240.8396501460.4259.60.25.80.30.906250.59.60.448.40.420.835227273降壓型降壓型電源負(fù)載占空比電壓/V電流/A電壓/V電流/A轉(zhuǎn)換效率0.35100.063.20.160.8533333330.375100.073.50.180.90.4259.90.083.90.190.9356060610.459.80.14.20.210.90.59.80.124.60.230.8996598640.5259.60.134.80.240.923076923實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看到：1.升壓型轉(zhuǎn)換效率是最差的，且隨著占空比提升，升壓型的轉(zhuǎn)換效率出現(xiàn)了較為明顯的下降。2..反向型效率相對(duì)較高，但隨著占空比提高，其效率也有下降。在這里實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的較大波動(dòng)來(lái)自于電流較小時(shí)，對(duì)電流表進(jìn)行讀數(shù)時(shí)會(huì)有較大的誤差。3.降壓型隨著占空比提升，其效率有所提升，且效率較高。四．思考題1試分析三種基本DC／DC直流變換的轉(zhuǎn)換效率。2比較三種基本DC／DC直流變換的特點(diǎn)。3試論述不同電能轉(zhuǎn)換方式下，占空比的變化對(duì)較換效率的影響或關(guān)系(定性)。解答：1.升壓型效率最差，反向型效率和降壓型效率均較高。三種直流變換方式中：.