華科電力電子實驗報告.

1、 電氣11級 信號與控制綜合實驗課程 電力電子部分實驗報告 姓 名 學(xué) 專業(yè)班同組 學(xué) 號 專業(yè)班號 同組者 實驗評分表基本實驗實驗編號名稱/內(nèi)容實驗分值評分PWM信號的生成和PWM控制的實現(xiàn)DC/DC PWM升壓降壓變換電路性能的研究三相橋式相控整流電路性能的研究DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能的研究設(shè)計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分實驗三十九 信號的調(diào)制SPWM信號的產(chǎn)生與實現(xiàn)教師評價意見總分 目 錄 實驗二十八 PWM信號的生成和PWM控制的現(xiàn)···········

2、83;·············4實驗二十九 DC/DCPWM升壓、降壓變換電路性能研究··················11實驗三十 三相橋式相控整流電路性能研究··········&#

3、183;················14實驗三十一DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究··················23實驗三十九 信號的調(diào)制SPWM信號的產(chǎn)生與實現(xiàn)······

4、83;··············32實驗心得 ··································&#

5、183;················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?分析并驗證基于集成PWM控制芯片TL494的PWM控制電路的基本功能，從而掌握PWM控制芯片的工作原理和外圍電路設(shè)計方法。二實驗原理 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)動信號，控制開關(guān)管的適時、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，通過輸出反饋調(diào)節(jié)

6、開關(guān)管脈沖驅(qū)動信號，調(diào)節(jié)驅(qū)動脈沖的寬度，進而改變開關(guān)管在每個周期中的導(dǎo)通時間，以此來抵消輸出電壓的變化，從而滿足電能變換的需要。本實驗中采用實驗室中已有的PWM控制芯片TL494來完成實驗，當(dāng)然在進行具體的PWM控制之前，我們必須要詳細的了解和認識該控制芯片的工作原理和方式，如何輸出？輸出地雙路信號存在怎樣的關(guān)系？參考信號是如何形成的？反饋信號是如何加載到控制芯片上，同時又是如何以此反饋信號來完成輸出反饋的？另外我們也必須了解和認識到對不同開關(guān)管進行驅(qū)動時，為保證開關(guān)管的完全可關(guān)斷，保證電路的正?？煽抗ぷ鳎绤^(qū)時間的控制方式。最后我們也要了解為防止電力電子變換器在突然啟動時，若開放較寬脈沖而帶

7、來的較大沖擊電流的影響（和會給整個電路帶來許多不利影響），控制芯片要采用“軟啟動”的方式，這也是本實驗中認識的一個重點。三實驗內(nèi)容 （1）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時，集成電路的軟啟動功能。 （2）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時，集成電路的反饋電壓Vf對輸出脈寬的影響。 （3）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時，集成電路的反饋電流If對輸出脈寬的影響。 （4）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時，集成電路的保護封鎖功能 （5）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時，集成電路死區(qū)電壓對輸出脈寬的影響。 四實驗步驟 本實驗采用單路輸出，將端口13接地。1 PWM脈寬調(diào)節(jié)：軟啟動后，在

8、V1端口施加電壓作為反饋信號Vf，給定信號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)計實驗結(jié)果比較。2 軟啟動波形：為防止變換器啟動時較大的沖擊電流，控制芯片TL494和其他控制芯片相似也采用了軟啟動。在啟動時，為防止變換器沖擊電流的出現(xiàn)，驅(qū)動脈寬應(yīng)從零開始增大，逐漸變寬到工作所需寬度。本實驗中此功能由脈沖封鎖端口電位的逐漸開放來實現(xiàn)，電位又打逐漸變小，便可實現(xiàn)軟啟動。為對控制芯片的該控制過程有更明確和清晰的認識，我們可以觀察芯片啟動過程中“啟動和保護端口4”（TP3）的電

9、壓波形變化并與實驗前預(yù)測進行比較。3 觀察TL494控制芯片的脈沖封鎖功能：本實驗中脈沖封鎖很容易實現(xiàn)，可以通過增大V4電位實現(xiàn)，進行簡單的觀察，可以通過改變JP2接法增大V4電位，使得V4+0.12>Vct，則輸出立即封鎖。4 死區(qū)時間測量：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)時間。5 觀察PWM控制芯片TL494的過流保護功能：通過在I1和I2端口施加可變電壓，觀察封鎖時間（相關(guān)封鎖指示燈亮，輸出變?yōu)榱悖?，并記錄封鎖時的施加電壓，認識芯片TL494的限流保護功能。五、實驗結(jié)果及相關(guān)波形：1、鋸齒波的觀測控制芯片TL494的參考鋸齒波

10、（f=20KHZ）2.接通JP2 ，觀察TP3的啟動波形JP2接通時投票TP3啟動波形3.3和4的波形相同，改變反饋電壓的同時，所輸出的PWM脈沖寬度改變，如下：占空比為0.37，不同反饋電壓時的信號脈寬不同。JP2連接12：JP2連接34：5、死區(qū)時間的測量 死區(qū)時間Td與被驅(qū)動導(dǎo)通的最大脈寬時間的關(guān)系為 ，而最大脈寬時間與反饋電壓的大小有關(guān)。故在當(dāng)前電壓下測得的死區(qū)時間如圖所示：死區(qū)時間大概為2.5納秒六、實驗思考題：1.如何驗證本實驗中PWM控制電路（TL494）具有穩(wěn)壓控制功能？答：本實驗中采用的控制芯片TL494中的穩(wěn)壓功能是通過反饋環(huán)節(jié)來實現(xiàn)的，在實驗原理部分已經(jīng)進行了較為詳細的說

11、明；當(dāng)然若要進行簡單的驗證，我們可以采用簡單的Buck電路，限定輸出Vo=50v，此時通過霍爾電壓傳感器采集輸出電壓信號，同時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，電壓誤差信號端輸入為零（即此時有效反饋為零，不影響輸出）。當(dāng)控制電路調(diào)節(jié)完成時，改變輸入電壓或負載大小，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?。纯沈炞CPWM控制電路（TL494）具有穩(wěn)壓控制功能。2.如何驗證本實驗中PWM控制電路（TL494）具有的保護功能?答：PWM控制電路的保護功能由脈沖封鎖端實現(xiàn)，這一點在軟啟動過程中我們已經(jīng)

12、看到：改變脈沖封鎖端口的電位，即可改變輸出脈沖信號的脈寬；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+0.12>Vct，則輸出立即封鎖。利用這一點，我們?nèi)圆捎煤唵蔚腂uck電路進行驗證，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，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，保護主電路不致過流。3.舉例說明軟啟動的作用。答：軟啟動的作用在實驗原理部分、及實驗部分都進行了較為詳細的說明和觀察。作為應(yīng)用，以V-M直流電機調(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

13、時，突然開放脈寬，此時作為負載的直流電機會因此而導(dǎo)致脈動轉(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，則可以使變換器的驅(qū)動脈寬從零平滑增長，使輸出電壓平滑變化，不會產(chǎn)生大的脈動轉(zhuǎn)矩和脈動電流，實現(xiàn)平滑啟動，同時是電路安全可靠穩(wěn)定的運行。4.說明限流運行時的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，輸出脈沖可能長時間處在很寬的狀態(tài)下，此時雖然電路電流為達到保護保護動作電流，但此時變換器的輸出功率可能已超過允許負荷，長時間超負荷運行會嚴重影響開關(guān)管壽命并導(dǎo)致電路故障，因此此時需對電流進行限制，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。此時從端口1

14、5（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際電流檢測值，正常工作時，此時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。實驗二十九：DC/DC PWM升壓、降壓變換電路性能研究一實驗原理 利用實驗二十八中的PWM控制芯片產(chǎn)生驅(qū)動信號，驅(qū)動Buck（直流降壓）電路開關(guān)管，實現(xiàn)DC/DC 降壓變換。為較為詳細的了解和認識Buck電路的性能，我們首先進行的是，Buck的開環(huán)特性，不加反饋環(huán)節(jié)，研究輸出與占空比、輸入電壓和負載的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，添加反饋環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電壓反饋控制，固定占空比使最大（盡量拓寬電壓

15、和負載的變化范圍），研究輸入電壓、負載變化時，輸出的變化情況。二、實驗?zāi)繕耍?驗證并研究DC/DC PWM降壓變換電路的工作原理和特性。2. 在實驗28的基礎(chǔ)上，進一步掌握PWM集成電路芯片的應(yīng)用和設(shè)計原則。3.了解電壓/電流傳感器的選用原則及如何確定采樣電阻。實驗要求指標：降壓試驗輸入電壓：100v+20%；輸出50v輸出功率：100w三實驗內(nèi)容及方案設(shè)計：1.研究降壓變換器的開環(huán)特性2.研究降壓變換器的閉環(huán)特性3.反饋環(huán)節(jié)及濾波器的設(shè)計四參數(shù)計算：1.電感和濾波電容的計算：選取開關(guān)頻率f=10KHz80=<Vs<=100v則0.417=<D<=0.625臨界電流：I

16、ob= 則：取L=10mH則，則即時，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算：1）電流傳感器采樣電阻的計算：電流傳輸比：，選匝數(shù)n=5，同時假定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算：當(dāng)輸出電壓固定V0=50V時，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。實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)記錄： 1.Buck電路的開環(huán)特性： 設(shè)定占空比為D=55.56%（10/18），改變輸入電壓Vs，測量輸出電壓和輸出電流大?。?2.輸入Vs=

17、100V,改變負載電阻大小，測量輸出電壓和輸出電流大?。ㄩ_環(huán)） 3.輸入Vs=100V,改變占空比，負載電阻250，測量輸出電壓和電流大小結(jié)論：從開環(huán)實驗數(shù)據(jù)中，我們可以知道，輸出電壓和輸出電流跟隨輸入電壓、占空比和負載而發(fā)生變化，當(dāng)輸入電壓、占空比、負載電阻變大時，輸出電壓變大。由Buck電路的開環(huán)特性可以得出結(jié)論：開環(huán)特性不具備穩(wěn)壓功能。 實驗思考題：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：1）電流是否連續(xù)當(dāng)然會對實驗帶來影響，電流連續(xù)時輸出與輸入電壓之間存在簡單的線性關(guān)系，這使對輸出特性的研究易于把握，同時也更便于對該電路的應(yīng)用

18、。一旦電流不連續(xù)，（D1對應(yīng)從開關(guān)管截止到續(xù)流二極管斷流所對應(yīng)的時間比值），由于斷流時間無法準確把握，同時這也使得輸入輸出關(guān)系無法準確把握，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、負載、開關(guān)頻率、占空比和平波電感。3）實驗中我們采用較大的平波電感和適當(dāng)?shù)呢撦d，保證最小負載電流大于電路的臨界連續(xù)電流。Boost電路中，為什么D不能等于1？實驗中如何保證D不等于1？答：這是因為在升壓變換中，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，必然會使得輸出趨于無窮大，這會造成輸出畸變，同時也無法得到理想的實驗結(jié)果，

19、也是沒有必要的。從實驗設(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)計應(yīng)滿足什么原則?答：在確定電路參數(shù)L和C時，需要考慮兩個問題：首先是電流的斷流問題，為保證變換器在整個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，使最小負載電流大于臨界連續(xù)電流；其次為限制負載電流的紋波系數(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.實驗電路中，開關(guān)管的驅(qū)動電路的要求有哪些？答：首先要能夠產(chǎn)生適時、適式的可靠驅(qū)動信號，保證開關(guān)管的正常開通和關(guān)斷，實現(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

20、過大時，有效實現(xiàn)電流封鎖；再者要有良好的軟啟動功能，使變換器啟動時不會給主電路帶來大的沖擊電流；最后應(yīng)具有負載過壓保護環(huán)節(jié)（可利用脈沖封鎖實現(xiàn)）。5.實驗電路中，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，進而能夠及時發(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。 實驗三十：三相橋式相控整流電路性能研究一實驗?zāi)康模?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

21、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)計二實驗原理：相控整流的基本原理即為通過控制開關(guān)管觸發(fā)脈沖相對于所承受交流電源的相位（及相控角），來控制導(dǎo)通時間，在整流電路的輸出端得到脈動的整流電壓，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，本實驗著重研究三相全橋相控整流，研究負載性質(zhì)對輸出地影響，同時研究相控角變化對輸出的影響。負載及相控角的變化對輸出的影響，我們在理論方面已經(jīng)有了較深的研究，因此本實驗的重點在于進行實踐性的檢驗。當(dāng)然對于如何組建電路、如何產(chǎn)生滿足要求的驅(qū)動觸發(fā)脈沖及如何實

22、現(xiàn)觸發(fā)脈沖與晶閘管兩端電壓的同步，都是本實驗當(dāng)中需要思考和解決的問題；此外，在實驗過程中，如何調(diào)節(jié)才能實現(xiàn)對相控角的控制，控制的原理是什么，這些也都是需要我們在實驗之前明確的。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、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四實驗要求指標輸入三相交流電壓：<=100v輸入功率： <=100w五實驗參數(shù)計算及結(jié)果記錄：輸出直流電壓的理論值和測量值1,純阻性負載由輸入電壓：輸出功率： ，取則輸出電壓最大值：由 則滿載時取R=200，輕載時取R=400，分別記錄輸入電流和輸出電壓波

23、形。輸出理論值計算： （） （）純阻性負載R=100（），調(diào)節(jié)相控角，觀察并記錄輸出電壓變化（滿載，Vl=100v）（1） （2）（3）（4）2.阻感性負載 的范圍為，電感足夠大時，輸出電流可以忽略脈動，看做恒定電流 ,則滿載時，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=100，L=66.5mH，C=220，Vl=100v；（1）阻感性負載 輸出電壓波形：（2）阻感性負載時的輸出波形：（3） 阻感性負載 輸出電壓波形 （4）阻感性負載 輸出波形 五、實驗思考題：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)負載電

24、感足夠大時，輸出電流可以忽略脈動，此時單相（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)的原因主要有兩個方面：首先相控整流的輸出電壓隨著相控角的增大而脈動加大，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)生嚴重的畸變；其次相控整流還會帶來移相問題，其中基波

25、電源功率因數(shù)等于相控角，同時輸入電流中亦存在著豐富的諧波成分，這兩個方面的因素，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，電源利用率極低，這是相控整流的一大缺點。至于如何提高功率因數(shù)，當(dāng)然就要從以上兩個方面著手考慮。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。相控整流電路濾波器設(shè)計的原則有哪些？答：濾波器的設(shè)計不外乎考慮一下幾點：對本實驗，輸出濾波器首先應(yīng)使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)，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

26、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，以使負載變化時，負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，同時要考慮成本、體積和重量。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)饋實現(xiàn)，結(jié)合實驗二十九不難發(fā)現(xiàn)，我們可以用電壓傳感器采集輸出電壓信號，并進行反饋控制開關(guān)管驅(qū)動信號，構(gòu)成閉環(huán)控

27、制環(huán)節(jié)。但和前面試驗不同的是，這里改變驅(qū)動信號控制的對象不再是開關(guān)管的導(dǎo)通脈寬寬度，而是相控角。此時可以用單片機構(gòu)成微機控制電路，接收來及傳感器的檢測信號，與給定信號比較，是輸出整流電壓維持在需要值。在進行穩(wěn)壓控制時首先應(yīng)考慮的問題就是電源的利用率問題，這是因為：由于穩(wěn)壓設(shè)定值的不合理，可能會造成自動反饋環(huán)節(jié)使相控角過大而是變換器進入深控狀態(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。而在阻感性負載時，還要考慮反饋調(diào)節(jié)對相控角的自動控制不能使相控角過大（當(dāng)處于有源逆變工作狀態(tài)時，相控角接近180度），否則可能會造成換相失敗，以致造成變換器失控，產(chǎn)生大電流，導(dǎo)致故障和損壞等

28、嚴重后果。因此必須注意！ 實驗三十一：DC/AC 單相橋式SPWM逆變電路性能研究一實驗原理： 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，即變量對時間的積分相等，其作用效果相同。在正弦脈沖寬度調(diào)制中，使各個等幅不等寬的脈沖電壓在每個脈波周期內(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，便是如何實現(xiàn)的問題了。本實驗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)動信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生驅(qū)動信號。本實驗中采用單相半橋逆變電路進行實驗研究，實驗?zāi)康氖且ㄟ^實驗進一步認識正弦脈沖寬度調(diào)

29、制的輸出電壓信號同輸入電壓、調(diào)制比及正弦參考電壓頻率的關(guān)系。實驗電路的主接線十分的簡單，但內(nèi)部驅(qū)動信號的產(chǎn)生電路則先對較為復(fù)雜，實驗前須詳細研究。此外還要設(shè)計該逆變電路的過壓和過流保護電路（主體箱內(nèi)布置），在主電路兩個半橋臂上各自串入一個電流傳感器，將檢測到的每個橋臂的電流施加到過流電路保護電路端口，并與限定值比較，實現(xiàn)電路過流保護。二實驗?zāi)繕耍?驗證SPWM逆變電路的基本工作原理，進一步掌握SPWM驅(qū)動信號形成電路的設(shè)計方法。掌握逆變電路輸出電壓幅值和頻率的控制方法。濾波器設(shè)計。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、各種功率和參數(shù)的電感、電容、

30、電阻2.數(shù)字式示波器3.面包板和若干元器件實驗要求指標：輸入直流電壓： <=100v輸入功率： <=100w四、實驗參數(shù)計算1）濾波器設(shè)計：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)。五實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)記錄： 1.首先進行參考信號與驅(qū)動信號死區(qū)時間的的測量：參考正弦波 頻率45.62Hz 峰峰值5.20v高頻三角載波死區(qū)時間大約在8納秒左右2.改變正弦參考波的幅值大小，測量輸出電壓的有效值。載波幅值=6V。

31、輸入直流電壓為50V.可以得出：輸出電壓的大小基本只和調(diào)制比有關(guān)。3.固定調(diào)制比M=0.5，改變輸入電壓 Ts=89.6 Ton=44 D=0.491（1）輸入電壓為30V:（2）輸入電壓為50v：（3）輸入電壓為70V:（4）輸入電壓為90V:可以看出：變比近似等于調(diào)制比4.改變正弦參考波的頻率，測量輸出電壓的有效值。此時，調(diào)制比M=0.5，輸入電壓VD=10V。（1）頻率為99.4HZ時：(2）頻率為77HZ時：（3）頻率為27HZ時： 可以得到：輸出電壓與調(diào)制波的頻率無關(guān)。由于輸出電壓的頻率與正弦調(diào)制波的一致，于是可以通過改變調(diào)制波的頻率控制輸出的頻率。六實驗思考題為什么單相半橋逆變電路

32、的過流保護檢測要比單相全橋和三相橋逆變電路多用一個電流傳感器？答：這是因為在單相全橋和三相全橋中，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檢測電路后發(fā)出保護信號，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端子（正端或者負端）串聯(lián)一個電流傳感器，則只能檢測半個周期內(nèi)一個開關(guān)管的過流狀態(tài)，不能完全反映整個橋臂開關(guān)元件的過流狀態(tài)，如果半個周期大于開關(guān)元件過流承受能力則會導(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，有效地保護整個電路。怎么設(shè)計死區(qū)電路?設(shè)計的原則是什么

33、？答：本實驗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)，即可使兩個驅(qū)動信號之間產(chǎn)生可靠的延時，調(diào)節(jié)改變相關(guān)參數(shù)即可改變死區(qū)時間的大?。凰绤^(qū)時間設(shè)計的原則是要保證每個開關(guān)管都能可靠的關(guān)斷，即死區(qū)時間應(yīng)遠大于開關(guān)管所需的的關(guān)斷時間，防止同一橋臂上的開關(guān)管同時導(dǎo)通，造成電源短路形成短路電流損毀開關(guān)管和變換器。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？可否實現(xiàn)穩(wěn)壓？答：很明顯是開環(huán)控制，參考正弦波信號由函數(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

34、驅(qū)動信號，這樣是不可能實現(xiàn)穩(wěn)壓控制的。若要實現(xiàn)穩(wěn)壓控制，必須將輸出電壓信號進行采樣后反饋到驅(qū)動信號產(chǎn)生電路，由輸出電壓檢測信號和輸出給定信號比較后影響驅(qū)動電路產(chǎn)生新的驅(qū)動信號，改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間和方式，這樣才能最終使輸出電壓穩(wěn)定于給定輸出電壓。SPWM逆變電路的輸出濾波器設(shè)計原則是什么？答：本實驗中濾波器的設(shè)計較為簡單，只要使濾波器自身諧振頻率遠小于最低次諧波頻率（本實驗中約為1KHz），因此在已有的實驗條件和環(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)計有一些基本要則也要考慮，這在實驗三十中已經(jīng)講過

35、，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，價格、體積和重量在實際設(shè)計中都是應(yīng)該考慮的因素。設(shè)計性實驗三十九 信號的調(diào)制SPWM信號的產(chǎn)生與實現(xiàn)一、實驗?zāi)康?.了解SPWM調(diào)制的原理及產(chǎn)生SPWM信號的方法；2.利用專業(yè)軟件進行頻譜分析。二實驗內(nèi)容 我們組選用的是設(shè)計雙極性SPWM方式。然后分別設(shè)計正弦調(diào)制波產(chǎn)生電路原理圖和三角載波產(chǎn)生電路原理圖；最后設(shè)計比較電路輸出雙極性SPWM信號。1.設(shè)計正弦調(diào)制波產(chǎn)生電路其中：R=33k C=0.1uF f=48.23Hz Rf=10k R1=5.1k。反饋系數(shù)：令， 得：當(dāng)，幅頻響應(yīng)的幅值為最大，即 穩(wěn)幅時有 等于3。穩(wěn)壓管的作用是使輸出正弦波失真減小。2.設(shè)計三角載波產(chǎn)生電路 其中C=0.1uF R5為電位器，其數(shù)值大小實驗時調(diào)節(jié)。分為同相輸入遲滯比較器和積分器兩部分。設(shè)t=0時接通電源，有Vo1=-Vz,則-Vz經(jīng)R5向C充電，使輸出電壓按線性規(guī)律增長。當(dāng)Vo上升到門限電壓Vt+,使V12=V13=0時，比較器輸出Vo1由-Vz上跳至+Vz，同時門限電壓下跳至Vt-