華科電力電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 電氣11級(jí) 信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)課程 電力電子部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓 名 學(xué) 專業(yè)班同組 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班號(hào) 同組者 實(shí)驗(yàn)評(píng)分表基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)編號(hào)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分PWM信號(hào)的生成和PWM控制的實(shí)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(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分實(shí)驗(yàn)三十九 信號(hào)的調(diào)制SPWM信號(hào)的產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)教師評(píng)價(jià)意見總分 目 錄 實(shí)驗(yàn)二十八 PWM信號(hào)的生成和PWM控制的現(xiàn)···········

2、83;·············4實(shí)驗(yàn)二十九 DC/DCPWM升壓、降壓變換電路性能研究··················11實(shí)驗(yàn)三十 三相橋式相控整流電路性能研究··········&#

3、183;················14實(shí)驗(yàn)三十一DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究··················23實(shí)驗(yàn)三十九 信號(hào)的調(diào)制SPWM信號(hào)的產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)······

4、83;··············32實(shí)驗(yàn)心得 ··································&#

5、183;················40 實(shí)驗(yàn)二十八 PWM信號(hào)的生成和PWM控制的實(shí)現(xiàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?分析并驗(yàn)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(jì)方法。二實(shí)驗(yàn)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(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)

6、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(lái)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(lái)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(lái)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

7、來(lái)的較大沖擊電流的影響（和會(huì)給整個(gè)電路帶來(lái)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)。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時(shí)，集成電路的軟啟動(dòng)功能。 （2）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時(shí)，集成電路的反饋電壓Vf對(duì)輸出脈寬的影響。 （3）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時(shí)，集成電路的反饋電流If對(duì)輸出脈寬的影響。 （4）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時(shí)，集成電路的保護(hù)封鎖功能 （5）考察開關(guān)頻率為20kHz，單路輸出時(shí)，集成電路死區(qū)電壓對(duì)輸出脈寬的影響。 四實(shí)驗(yàn)步驟 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

8、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?。环粗}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(lái)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

9、壓波形變化并與實(shí)驗(yàn)前預(yù)測(cè)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(jiǎn)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(shí)間測(cè)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(cè)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。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)波形：1、鋸齒波的觀測(cè)控制芯片TL494的參考鋸齒波

10、（f=20KHZ）2.接通JP2 ，觀察TP3的啟動(dòng)波形JP2接通時(shí)投票TP3啟動(dòng)波形3.3和4的波形相同，改變反饋電壓的同時(shí)，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(shí)的信號(hào)脈寬不同。JP2連接12：JP2連接34：5、死區(qū)時(shí)間的測(cè)量 死區(qū)時(shí)間Td與被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通的最大脈寬時(shí)間的關(guān)系為 ，而最大脈寬時(shí)間與反饋電壓的大小有關(guān)。故在當(dāng)前電壓下測(cè)得的死區(qū)時(shí)間如圖所示：死區(qū)時(shí)間大概為2.5納秒六、實(shí)驗(yàn)思考題：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(lái)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

11、明；當(dāng)然若要進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證，我們可以采用簡(jiǎn)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)

12、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+0.12>Vct，則輸出立即封鎖。利用這一點(diǎn)，我們?nèi)圆捎煤?jiǎn)單的Buck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)

13、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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)際電流檢測(cè)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。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 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

15、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。二、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。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三實(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(jì)四參數(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：I

16、ob= 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。實(shí)驗(yàn)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(cè)量輸出電壓和輸出電流大?。?2.輸入Vs=

17、100V,改變負(fù)載電阻大小，測(cè)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(fù)載電阻250，測(cè)量輸出電壓和電流大小結(jié)論：從開環(huán)實(shí)驗(yàn)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(fù)載而發(fā)生變化，當(dāng)輸入電壓、占空比、負(fù)載電阻變大時(shí)，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(shí)驗(yàn)思考題：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(lái)影響，電流連續(xù)時(shí)輸出與輸入電壓之間存在簡(jiǎn)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

18、。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(wú)法準(zhǔn)確把握，同時(shí)這也使得輸入輸出關(guān)系無(wú)法準(zhǔn)確把握，給研究和應(yīng)用帶來(lái)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。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(wú)窮大，這會(huì)造成輸出畸變，同時(shí)也無(wú)法得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，

19、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

20、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(lái)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(cè)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(cè)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(cè)電壓或電流過大而造成自身的損壞。 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)?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(fù)載時(shí)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(jì)二實(shí)驗(yàn)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(duì)于所承受交流電源的相位（及相控角），來(lái)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?cè)诶碚摲矫嬉呀?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)

22、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?cè)趯?shí)驗(yàn)之前明確的。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四實(shí)驗(yàn)要求指標(biāo)輸入三相交流電壓：<=100v輸入功率： <=100w五實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算及結(jié)果記錄：輸出直流電壓的理論值和測(cè)量值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

23、形。輸出理論值計(jì)算： （） （）純阻性負(fù)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(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=100，L=66.5mH，C=220，Vl=100v；（1）阻感性負(fù)載 輸出電壓波形：（2）阻感性負(fù)載時(shí)的輸出波形：（3） 阻感性負(fù)載 輸出電壓波形 （4）阻感性負(fù)載 輸出波形 五、實(shí)驗(yàn)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(fù)載電

24、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(cè)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(lái)移相問題，其中基波

25、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。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

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(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。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

27、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(lái)及傳感器的檢測(cè)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

28、嚴(yán)重后果。因此必須注意！ 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： 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)

29、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(jiǎn)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(cè)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)。二實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)： 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。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(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、

30、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(cè)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(shí)間大約在8納秒左右2.改變正弦參考波的幅值大小，測(cè)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(cè)量輸出電壓的有效值。此時(shí)，調(diào)制比M=0.5，輸入電壓VD=10V。（1）頻率為99.4HZ時(shí)：(2）頻率為77HZ時(shí)：（3）頻率為27HZ時(shí)： 可以得到：輸出電壓與調(diào)制波的頻率無(wú)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(shí)驗(yàn)思考題為什么單相半橋逆變電路

32、的過流保護(hù)檢測(cè)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(wú)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(cè)到過電流，通過控制電路的保護(hù)檢測(cè)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(cè)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(cè)到過流，有效地保護(hù)整個(gè)電路。怎么設(shè)計(jì)死區(qū)電路?設(shè)計(jì)的原則是什么

33、？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??；死區(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。示例中，采用函數(shù)發(fā)生器作為SPWM的正弦波來(lái)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

34、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(cè)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。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(jiǎn)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

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(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。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三十九 信號(hào)的調(diào)制SPWM信號(hào)的產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解SPWM調(diào)制的原理及產(chǎn)生SPWM信號(hào)的方法；2.利用專業(yè)軟件進(jìn)行頻譜分析。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 我們組選用的是設(shè)計(jì)雙極性SPWM方式。然后分別設(shè)計(jì)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(jì)比較電路輸出雙極性SPWM信號(hào)。1.設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)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(zhǎng)。當(dāng)Vo上升到門限電壓Vt+,使V12=V13=0時(shí)，比較器輸出Vo1由-Vz上跳至+Vz，同時(shí)門限電壓下跳至Vt-