1、電氣學(xué)科大類信號與控制綜合實驗課程實 驗 報 告(基本實驗三: 電力電子基本實驗)姓 名 學(xué) 號 專業(yè)班號 同組者 學(xué) 號 專業(yè)班號 指導(dǎo)教師 日 期 實驗成績 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)20DC/DC PWM 升壓降壓變換電路性能研究20三相橋式相控整流電路性能的研究20DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能的研究20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)4實驗二十九 DC/DC PWM 升壓降壓變換電路性能研究15實驗三十 三相橋式相

2、控整流電路性能的研究26實驗三十一 DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能的研究37思考與體會 48參考文獻 51實驗二十八 PWM信號的生成和PWM控制的實現(xiàn)一、任務(wù)和目標(biāo)1.熟悉PWM集成電路芯片TL494的工作原理及實現(xiàn)；2.基于PWM芯片的控制電路設(shè)計；3. 掌握控制電路的調(diào)試方法。二、原理和思路本實驗的理論基礎(chǔ)是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；引入輸出反饋后，輸出電壓即由脈沖寬度來跟蹤調(diào)控，且其諧波頻率固定，易于設(shè)計濾波電路。采用PWM控制芯片TL494來完成實驗，所以我們必須要詳細(xì)的了解和認(rèn)識

3、該控制芯片的工作原理和方式：參考信號和載波信號是如何形成的；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控制的；為保證開關(guān)管的完全可關(guān)斷和電路的正?？煽抗ぷ?，死區(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，為降低較大沖擊電流對電路的影響，控制芯片要采用“軟啟動”的方式，等等。圖28-1為TL494控制芯片內(nèi)部電路的原理框圖,圖28-2為基于該芯片所搭建的PWM控制電路: 圖28-1 PWM集成電路芯片TL494原理框圖圖28-2 基于TL494芯片實現(xiàn)的PWM控制電路1.軟啟動功能 根據(jù)圖28-1，電路啟動前，死區(qū)電壓比較器輸出高電平，G1、G2輸出

4、低電平，S1、S2截止。電路啟動后，利用圖2中所示的繼電器將R21電阻斷開，5V 電源對電容C21進行充電使V4逐漸降低，當(dāng) 時，與鋸齒波存在交點，在交點上方有，此時比較器輸出低電平，G1，G2輸出高電平，S1、S2導(dǎo)通，電路有脈沖輸出。隨著V4降低，的時間漸長，占空比變大，直至V4穩(wěn)定為止，此后占空比保持不變。圖28-3給出了軟啟動過程中的脈寬變化趨勢，從中還可以看出，輸出脈沖并非與V4的下降同時發(fā)生，而是需要經(jīng)過一段時間，至后才出現(xiàn)。圖28-3 電路的軟啟動過程當(dāng)V4穩(wěn)定后，由其幾何關(guān)系可以看出： （28-1）其中，V為V4的穩(wěn)定值。2.穩(wěn)壓控制方式 由圖28-1可知，電路啟動達到穩(wěn)定狀態(tài)

5、后，除V4外，占空比D還與PWM同相端電壓V3有關(guān)：圖中2號端口輸入電位Vg為定值，若接入1端口的反饋電壓VfVg，則V3=K(Vf-Vg)，隨Vf的增大而增大。圖28-4給出了占空比D與V3、V4的關(guān)系，根據(jù)公式（28-1），可得：圖28-4 穩(wěn)壓控制下占空比D的計算 從式（28-3）可知，V3越大，占空比D越小，從而使主電路中的輸出電壓減小，導(dǎo)致反饋電壓Vf減小，V3下降，D增大，如此往復(fù)，最終Vf、V3與D均穩(wěn)定在某個值上，其中Vf=Vg，V3=VA，。根據(jù)圖28-2可知，若VA2.5V,則D0.42。3.限流控制與脈沖鎖閉 限流控制與脈沖鎖閉既有聯(lián)系，又有區(qū)別。從控制對象與目的上看，兩

6、者檢測的均是反饋電流，當(dāng)其超過設(shè)定閾值時，通過使圖28-1中邏輯參數(shù)C=1，使G1、G2輸出低電平，S1、S2截止，從而關(guān)斷較大的反饋電流。從控制手段上看，限流控制是通過芯片內(nèi)部的15，16端口，將反饋電流If與閾值電流IM進行比較，使，進而使圖28-1中PWM比較器的輸出低電平，C=1，實現(xiàn)停止輸出；而脈沖鎖閉則是通過在芯片外部布設(shè)如下圖28-5所示的電流檢測模塊，比較If與IM使得，圖28-1中死區(qū)電壓比較器輸出低電平，C=1，實現(xiàn)鎖閉輸出。另外，脈沖鎖閉功能在過流情況下，能通過二極管HL1或HL2的發(fā)光對操作者進行提示，而限流控制除了使輸出脈沖為零外，并無其他提示信號。三、實驗設(shè)備1PW

7、M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驗板 四、實驗內(nèi)容及方案設(shè)計本實驗采用單路輸出，將端口13接地。方案設(shè)計如下：軟啟動功能：電路的軟啟動是利用電容的充放電原理實現(xiàn)的。當(dāng)開關(guān)斷開時電容C21 和R21、R22 并聯(lián)。由于R21 阻值僅為100 歐姆，并聯(lián)支路分壓很小。TP5 處電壓近似等于電源電壓5V。當(dāng)按下啟動鍵時，R21 被旁路不再與電容并聯(lián)，而R22 阻值很大近似于開路，所以啟動時電容逐漸充電，壓降增大。TP3 的電壓從5V 逐漸下降。可以使得死區(qū)時間從長到短，從而使得占空比從小到大變化使得輸出的電壓從0 開始逐漸增大。如此實現(xiàn)了軟啟動。穩(wěn)態(tài)時電容

8、開路，TP3 大小由JP2 所接電阻和R22 串聯(lián)分壓決定。 按照原理圖28-2，正確完成實驗電路的電源連接，選擇跳板JP1=1&2，JP3=1&2，JP4=1&2；打開電源，使三角波輸出頻率為20kHz，通過TP4用示波器CH2觀測并記錄其輸出頻率及幅值；選擇JP2=1&2，啟動PWM控制電路，同時用示波器的CH1、CH2端口分別記錄Vg1與TP3的波形；重新啟動控制電路，以同樣的方法完成JP2=3&4、JP2=5&6時啟動波形的觀測后，將其關(guān)閉。 （2）反饋電壓Vf對輸出脈寬的影響：選擇跳板JP2=5&6，將可調(diào)直流電壓源連入電路的V1端，啟動控制電路，調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使TP1處的電位在

9、200mV2.6V范圍內(nèi)變化，利用示波器CH1、CH2分別檢測TP1的電位值及Vg1的輸出脈寬，并計算對應(yīng)的占空比D，同時用萬用表測量TL494芯片的3端口電位V3，至D0為止，而后關(guān)閉電路與電源；JP2=3&4、JP2=1&2時的數(shù)據(jù)記錄同上。（預(yù)計結(jié)果：反饋電壓越大，V3越大，K越大，C=J+K越大，脈寬越??；反之脈寬越大。） （3）脈沖封鎖功能:脈沖封鎖通過增大V4電位實現(xiàn)，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)時間測量：死區(qū)時間的長短由V4 決定。而V4 由JP2 所連的電阻分壓形成。所以改變JP2 所聯(lián)電阻的大小值即可以改變死區(qū)時間的長短。V

10、4 越高，死區(qū)時間越長?？梢愿淖僇P2 所接的電阻，觀察Vg1 和Vg2 的輸出電壓。同時還可以改變輸出方式，觀察死區(qū)時間對于不同的輸出方式電壓的影響實驗波形。（5）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(rèn)識芯片TL494的限流保護功能。實驗結(jié)束后，關(guān)閉電路，切斷電源。五、實驗結(jié)果與分析1、軟啟動功能（1）驗證鋸齒波的產(chǎn)生，f=20kHz圖28-5 TP4測得的鋸齒波波形改變JP2，啟動PWM控制電路圖28-6 JP2=1&2的波形圖28-7 JP2=3&4的波形圖28-8 JP2=5&6的波形結(jié)論：開機后，電阻分

11、壓比立即變化，但由于電容電壓不能突變，因此死區(qū)電壓VTP3只能逐漸衰減至穩(wěn)態(tài)值，實現(xiàn)軟啟動的功能。分析跳線開關(guān)JP2置于不同位置時的曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)改變跳線開關(guān)JP2對應(yīng)電阻時，死區(qū)電壓衰減速度不一樣，而且最終的穩(wěn)態(tài)值不一樣。軟啟動過程中Vg1 輸出脈沖電壓占空比從0 開始逐漸增大，防止電路中出現(xiàn)較大的沖擊電流。2、反饋電壓Vf對輸出脈寬的影響表一 反饋電壓對輸出脈寬的影響（JP2=5&6，fs=20kHZ，Ts=50us）反饋電壓VTP1/V0.20.40.61.222.32.42.412.432.452.47比較電壓V3/V0.0580.0580.0580.0580.0580.0580.82.

12、442.52.783.87脈寬Ton/us373737373737373116130占空比D0.760.760.760.760.760.760.760.640.330.270從上表可以看出： 在Vf小于2.5V時，占空比D與反饋電壓沒有關(guān)系，輸出脈寬基本不變，而當(dāng)Vf接近于2.5V時，脈寬迅速減小，直至為零。下圖28-9 （a）、（b）、（c）示出了反饋電壓大小對驅(qū)動信號占空比的影響：（a）VTP1=2.39V時驅(qū)動信號占空比（b）VTP1=2.41V時驅(qū)動信號占空比（c）VTP1=2.43V時驅(qū)動信號占空比圖28-9 反饋電壓大小對驅(qū)動信號占空比的影響由上圖可見：反饋電壓越大，V3越大，脈寬

13、越小，與預(yù)計結(jié)果相吻合。3、死區(qū)時間測量雙路輸出，改變JP2 所接的電阻，觀察Vg1 和Vg2 的輸出電壓： 圖28-10 JP2=1&2時死區(qū)時間測量（11us） 圖28-11 JP2=3&4時死區(qū)時間測量(12us)結(jié)論：比較圖28-10和圖28-11的死區(qū)時間可知，t（JP2=1&2）t（JP2=3&4），這是因為死區(qū)時間的長短由V4 決定，而V4 由JP2 所連的電阻分壓形成。所以改變JP2 所聯(lián)電阻的大小值即可以改變死區(qū)時間的長短。JP2=3&4時對應(yīng)的V4 值較高，故死區(qū)時間更長。可以改變JP2 所接的電阻，觀察Vg1 和Vg2 的輸出電壓。4、過電流保護結(jié)果和結(jié)論：當(dāng)VTP2小于

14、2.43V時，并未觀察到隨反饋電流的增大（即VTP2），占空比下降。但隨著VTP2從2.43V突然增加到2.62V的過程，占空比降為0，過流二極管發(fā)光提示電流已超過閾值?？梢娺^電流封鎖的動作范圍大于過電流保護的范圍，使得輸出電流過大時直接使控制電路輸出的脈沖電壓占空比為0。六、實驗思考題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：可以使用直流穩(wěn)壓電源在電壓反饋端輸入一直流電壓，調(diào)節(jié)變阻器RP1的大小，使得輸入芯片LS4941號管腳的反饋電壓V+接近于V-,觀測V+變化時輸出的反饋電壓VF的大小。V-端電壓固定于2.5V左右，由于反饋放大器放大倍數(shù)高達39倍，所以當(dāng)V+的電壓在2.4

15、V至2.5V變化時輸出的反饋電壓即發(fā)生改變，進而由于VF電平的變化，會使得輸出脈沖電壓的占空比發(fā)生改變。2.如何驗證你設(shè)計的PMW控制電路所具有的保護功能？答：保護功能包括輸入過電流保護以及電源輸入過電流與輸出過電流的封鎖功能?？梢栽陔娏鞣答両1端加入一直流電壓模擬輸出電流。一方面當(dāng)直流電壓增大時會使得芯片啟動過電流保護功能使得輸出的脈沖電壓占空比減小。當(dāng)直流電壓繼續(xù)增大時，外圍電路啟動過電流封鎖功能，輸出的電壓占空比為0，同時紅燈亮，提示過流環(huán)節(jié)出現(xiàn)的位置。可以在電流反饋I2端加入一直流電壓模擬電源側(cè)的輸入電流，當(dāng)直流電壓增大至一定值時，外圍電路啟動過電流封鎖功能，輸出的脈沖電壓占空比為0。

16、3.以你自己的調(diào)查或觀察，舉例說明軟啟動的作用。答：軟啟動過程中會出現(xiàn)一系列逐漸變寬的脈沖波形，使得占空比逐漸增大，輸出的直流電壓逐漸升高。這樣做的優(yōu)點是防止電路中出現(xiàn)較大的沖擊電流，比如變壓器或電感因出現(xiàn)的的沖擊電流而導(dǎo)致磁路飽和，進而損壞元件。4.說明限流運行時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(fù)荷，長時間超負(fù)荷運行會嚴(yán)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15

17、（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。七、實驗小結(jié)本實驗的基礎(chǔ)和核心是對TL494控制芯片及其外圍電路的工作原理和功能的準(zhǔn)確理解和運用。在上電力電子學(xué)的理論課程時雖然知道脈沖觸發(fā)信號對主電路的控制機理，卻不明白如何在實際中產(chǎn)生所需的觸發(fā)信號，這次實驗正好給了我們這樣一個學(xué)習(xí)和探索的機會，所以從實驗前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備到答辯到最后完成整個工作，我們始終保持著孜孜不倦的心態(tài)。鄧春花老師是一位治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦蠋煟@不得不說是學(xué)生之幸。為了

18、在答辯時順利通過，我們花了很長時間琢磨附錄紙上的控制原理圖，對鋸齒波的形成和控制、比較回路的原理、軟啟動的過程分析，以及芯片的脈沖封鎖功能和過流保護功能等作了全面的思考和討論。鄧?yán)蠋煯?dāng)時的講解和指導(dǎo)也起了很大的作用。這是第一次進行電力電子學(xué)的實驗，也是第一次接觸這種較為復(fù)雜的控制電路，實驗過程中自然地經(jīng)歷了一番糾結(jié)和探索，但到最后試驗完成舒了一口氣時感覺十分的喜悅和滿足。這就是一種蛻變和收獲的過程。“大必作于細(xì)，難必作于易”，抱著耐心和求實的態(tài)度才能得到真正的鍛煉。實驗完成時間：第4周6，3月10日下午實驗二十九 DC/DC PWM 升壓、降壓變換電路性能研究任務(wù)和目標(biāo)1驗證并研究DC/DC

19、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。4.建立驅(qū)動電路的概念和要求。5.掌握反饋環(huán)節(jié)與濾波電路的設(shè)計。原理和思路本實驗的原理十分清晰，即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(xì)的了解和認(rèn)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(fù)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（盡量拓寬電壓和負(fù)載的變化范圍），研究輸入電壓、負(fù)載變化

20、時，輸出的變化情況。完成實驗后，對開環(huán)特性和閉環(huán)特性進行比較，分析得出結(jié)論。1. DC/DC變換器主電路原理圖29-1 DC/DC BUCk變換器主電路原理圖DC/DC變換器主電路原理圖如圖29-1所示，在輸出電流連續(xù)時有：Vo=DVs圖中DC/DC變換器主電路中接入了兩個霍爾電流傳感器，分別檢測主電路輸入電流和輸出電流。輸出側(cè)接霍爾電壓傳感器，測量輸出電壓并實現(xiàn)反饋控制。2. PWM集成電路芯片TL494原理（見實驗28）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實驗要求指標(biāo)：降

21、壓試驗輸入電壓：100v+20%；輸出50v輸出功率：100w四、濾波器、傳感器的參數(shù)設(shè)計1.選擇濾波器的參數(shù) 選擇濾波器的參數(shù)主要從兩個方面來考慮：（1）從斷流考慮。在運行范圍內(nèi)保證不出現(xiàn)斷流的情況。臨界負(fù)載電流為： 負(fù)載電流最小值為0.2A, 取占空比Dmin=0.4 ，fs=10KHz,對應(yīng)得出的最小電感值應(yīng)為3.65mH。脈動電壓不大于1%根據(jù)脈動電壓公式： 其中：fs為開關(guān)頻率， QUOTE 取占空比Dmin=0.4，fs=10KHz,可以得Cmin= 7.5uF根據(jù)以上原則，并且保留一定的閾值，選擇電感參數(shù)為：10mH,電容參數(shù)為：100uF。2.傳感器及采樣電阻的選擇 本次試驗使

22、用霍爾電壓傳感器和電流傳感器。一方面測量電流以及電壓的大小，另一方面將電壓信號和電流信號反饋至控制電路板中實現(xiàn)保護和反饋控制的功能。（1）霍爾電流傳感器的設(shè)計本試驗板上的霍爾電流傳感器的傳輸比為：50A/50 mA,可見在一次側(cè)輸入1A的電流，二次側(cè)產(chǎn)生的電壓為1mA。為了提高試驗測量的精度選擇5匝端子使得靈敏度提高5倍即一次側(cè)輸入1A的電流，二次側(cè)產(chǎn)生的電壓為5mA。傳感器二次側(cè)電阻的選擇：電流傳感器可以將輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號反饋至控制電路板的I1引腳。當(dāng)輸入I1電壓大于一定值時可以使得電路啟動過電流封鎖。輸出電流的額定電流為2A，可以考慮一定的閾度，當(dāng)電流大于3A時啟動過電流封鎖功能

23、。此時對應(yīng)的霍爾傳感器的二次側(cè)電流為15mA。所以在二次側(cè)可以接入300歐姆的電阻使得當(dāng)輸出電流為3A時對應(yīng)二次側(cè)的輸出電壓為4.5V，使得控制電路啟動電流封鎖功能。（2）霍爾電壓傳感器的設(shè)計 電壓傳感器的作用主要是實現(xiàn)電壓反饋功能實現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控制。 電壓傳感器的本質(zhì)也為電流傳感器。在被測量的支路上并聯(lián)一大電阻。電阻側(cè)流過的電流為V1/R (V1為輸出電壓的大小，R為并聯(lián)在支路側(cè)的電阻，在實驗臺上為15K歐姆),電阻側(cè)流過的電流類似于霍爾傳感器的一次側(cè)電流。已知傳感器的電流傳輸比為10mA/25mA。所以對應(yīng)的二次側(cè)輸出電壓為： QUOTE 式中為二次側(cè)所接的電阻。輸出電壓經(jīng)過傳感器測量

24、產(chǎn)生電壓信號輸入至控制電路的V1口，再進過電路內(nèi)部的分壓之后輸入至TL494芯片的V+引腳處實現(xiàn)電壓反饋，使得輸出電壓一定。額定運行時輸出電壓為50V，希望反饋至V+端的電壓值為2.5V，即V+=V-=2.5V使得電路穩(wěn)定工作。根據(jù)此原則可以確定電壓傳感器二次側(cè)的電阻值。V+=2.5V時對應(yīng)的V1電壓值應(yīng)為5V。所以當(dāng)輸出電壓為額定值50V 時，傳感器輸出電壓的大小應(yīng)為5V，根據(jù)上述公式可以確定R2值應(yīng)為600歐姆。本實驗輸出電壓小于100V，所以可以選擇150V量程。五、實驗內(nèi)容與方案設(shè)計首先按照實驗28結(jié)論，檢查控制電路是否正常，核算穩(wěn)壓值、占空比和保護動作值。按圖29-1連接主電路（Bu

25、ck電路），接入控制電路，具體參數(shù)選擇按上述分析計算。本實驗通過調(diào)整JP2所接電阻大小使得脈沖電壓的占空比發(fā)生變化開環(huán)實驗采用控制變量法，即：保持負(fù)載電阻大小不變，調(diào)控輸入的直流電壓值，觀測輸出電壓大小的變化；保持輸入的直流電壓值不變，變化負(fù)載電阻大小，觀測輸出電壓大小的變化。（1）空載（實際負(fù)載電阻值為250歐姆）,占空比D=0.5，控制輸入電壓從80V變化至120V，觀察輸出電壓及輸出電流的變化。（2）輸入電壓恒為100V,占空比D=0.5，負(fù)載電阻從30歐姆變化至空載，觀察輸出電壓以及輸出電流的變化。閉環(huán)實驗同樣也是采用控制變量法，將實驗的結(jié)果和開環(huán)實驗的結(jié)果進行比較。（1）空載（實際負(fù)

26、載電阻值為250歐姆）,占空比D=0.5，控制輸入電壓從80V變化至120V，觀察輸出電壓及輸出電流的變化。（2）輸入電壓恒為100V,占空比D=0.5，負(fù)載電阻從30歐姆變化至空載，觀察輸出電壓以及輸出電流的變化。在做上一實驗的過程中發(fā)現(xiàn)參考電壓值V-實際上小于2.5V。當(dāng)接入主電路之后當(dāng)輸出電壓為額定值時，反饋至V+端的電壓總是大于參考電壓V-，因為之前是將V-當(dāng)作2.5V來設(shè)計的 。此時可通過再調(diào)整RP1大小使得輸出電壓為額定值時，V+=V-。六、實驗結(jié)果與分析開環(huán)實驗數(shù)據(jù)負(fù)載電阻值為250歐姆,占空比D=0.5，控制輸入電壓從80V變化至120V（Vi不能太小，否則容易產(chǎn)生斷流），觀察

27、輸出電壓及輸出電流的變化。實驗結(jié)果記錄于表1：表1 輸出電壓實驗數(shù)據(jù)表輸入電壓/V1201101009080理論輸出/V6055504540輸出電壓/V62.056.95147.842絕對誤差/V21.912.82輸入電流/A02001950180.150.13輸出電流/A0.280.25022020018實驗分析與結(jié)論：D=0.5時，變換電路的變比為0.5，當(dāng)輸入電壓從80V變化至120V時，輸出電壓從42V變化至62V?？梢娫陂_環(huán)的情況下當(dāng)輸入電壓變化時輸出電壓并不可以維持不變。（2）輸入電壓恒為100V,占空比D=0.5，負(fù)載電阻從30歐姆變化至250歐姆（負(fù)載R不能太大，否則容易產(chǎn)生斷

28、流），觀察輸出電壓以及輸出電流的變化實驗數(shù)據(jù)如表2所示。表2 輸出電壓實驗數(shù)據(jù)表R/歐姆50100200250理論輸出/V50505050輸出電壓/V5456.757.959絕對誤差/V46.77.99輸入電流/A0.630.370.20010輸出電流/A1.000.580.30012 實驗分析與結(jié)論：本實驗選取占空比的方法是先令空載（實際負(fù)載電阻值為250歐姆），輸入電壓為100V,調(diào)整JP2所接電阻大小使得脈沖電壓的占空比發(fā)生變化，當(dāng)輸出電壓為50V時認(rèn)為此時對應(yīng)的占空比為0.5。在之后調(diào)整電路的實驗中不改變JP2所接電阻的大小。負(fù)載增大（R減?。r，輸出電流增大，由于存在輸出電阻使得輸出

29、電阻分壓增大，負(fù)載端電壓下降?？梢姰?dāng)電路開環(huán)運行時，當(dāng)輸入電壓的大小以及輸出負(fù)載的大小變化時，輸出電壓的大小并不能保持恒定。從實驗數(shù)據(jù)上看，輸出電壓實測值與理論值之間存在著誤差，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（機械式儀表），存在較大誤差等。閉環(huán)實驗數(shù)據(jù)（1）負(fù)載電阻為250歐姆,占空比D=0.5，控制輸入電壓從80V變化至120V（實驗中應(yīng)注意Vi不能太小，否則容易產(chǎn)生斷流），觀察輸出電壓及輸出電流的變化。記錄于表3：表3 輸出電壓實驗數(shù)據(jù)表輸入電壓/V1201101009080理論輸出/V5050505050輸出

30、電壓/V50.3450.2550.2150.1149.99絕對誤差/V0.340.250.210.11-0.01輸入電流/A0200210190.170.16輸出電流/A0.210.23022019020由于電壓反饋的作用，輸出電壓基本維持在50V恒定。故輸入電壓增大時占空D比減小，如圖29-2所示：輸入電壓80V（b）輸入電壓90V（c）輸入電壓100V（d）輸入電壓110V（e）輸入電壓120V圖29-2 閉環(huán)時不同輸入電壓下占空比變化（2）輸入電壓恒為100V,占空比D=0.5，負(fù)載電阻從30歐姆變化至空載，觀察輸出電壓以及輸出電流的變化實驗數(shù)據(jù)如表4所示。表4 輸出電壓實驗數(shù)據(jù)表R/歐

31、姆50100200250理論輸出/V50505050輸出電壓/V50.550.1550.4649.89絕對誤差/V0.50.150.46-0.11輸入電流/A0.630.370.20010輸出電流/A0.920.50.250結(jié)論：從表3和表4可知，當(dāng)輸入電壓以及負(fù)載電阻變化時，由于電壓反饋的作用，輸出電壓基本維持恒定。誤差分析：閉環(huán)實驗中輸出電壓的實測值與理論值之間也存在一定的偏差，誤差來源除了開環(huán)實驗中分析的因素外，還存在著霍爾電壓傳感器中采樣電阻的選取不夠精確，這是受到實驗條件和環(huán)境限制的，我們不可能選取可以進行阻值微調(diào)的采樣電阻。此外，閉環(huán)實驗相對開環(huán)實驗而言還是具有較小的誤差的，這是因

32、為反饋環(huán)節(jié)造成的，因為輸出反饋可以有效抵消前向通道中的系統(tǒng)誤差。七、實驗思考題BUCK電路中的電感電流連續(xù)與否會有什么影響？哪些參數(shù)會影響電流連續(xù)？實驗如何保證電流連續(xù)？答：是。1）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。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(zhǔn)確把握，同時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）實驗中我們采用

33、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？實驗中如何保證D不等于1？答：在每一個開關(guān)周期中，電感L都有一個儲能和能量通過二極管D的釋放過程，也就是說必有能量送到負(fù)載端。因此，如果該變換器沒有接負(fù)載，則不斷增加的電感儲能不能消耗掉，必會使Vo不斷升高，最后使變換器損壞。實際工作中，為了防止輸出電壓過高，Boost電路不宜在占空比D接近于1的情況下工作。利用死區(qū)時間可以使得D不接近1。兩種電路中L和C的設(shè)計應(yīng)滿足什么原則？答：（1）脈動電壓值控制在1%以內(nèi)。根據(jù)脈動電壓公式：Buck Boost 其中：fs為開關(guān)頻率， QUOTE 根

34、據(jù)電路實際運行的參可以推得Buck中LC的最小值或Boost中電容的最小值。（2）從斷流考慮。在正常運行范圍內(nèi)保證不出現(xiàn)斷流的情況。臨界負(fù)載電流為： Buck Boost 根據(jù)運行時的具體情況可以得求Buck中電感L最小值，最后再求出電容的最小值或Boost中電感的最小值。 4. 實驗電路中，開關(guān)管的驅(qū)動電路的要求有哪些？答：本實驗電路的開關(guān)管為三極管。驅(qū)動電路的要求為：（1）控制電路和驅(qū)動電路之間要有良好的電氣隔離，使得主電路的高電壓大電流不會對控制電路產(chǎn)生電磁干擾。（2）開通時有較高的強觸發(fā)，以減短開通時間。（3）開通后基極電流要適當(dāng)減小，以減小通態(tài)時基射結(jié)損耗，同時使得三極管不至于過飽和

35、導(dǎo)通。（4）關(guān)斷時施加反向脈沖電流，縮短關(guān)斷時間。（5）斷態(tài)時最好施加反向基射電流，增加晶體管阻斷電壓的能力。5. 實驗電路中，傳感器選取有哪些原則？ 答：（1）根據(jù)實驗要求選擇合適的傳感器，例如本實驗選取霍爾傳感器是因為該類型傳感器精度高、原邊與副邊完全隔離、動態(tài)性能好、可靠性高以及抗電磁干擾能力強。（2）選取的傳感器的量程應(yīng)大于被測量，但不能過大。（3）傳感器的精度應(yīng)該滿足要求。（4）當(dāng)傳感器用于反饋時還需要考慮傳感器的動態(tài)響應(yīng)性能。八、小結(jié)這次試驗和上次的實驗二十八是緊密相連的。實驗二十八中控制電路的反饋輸入電壓和電流信號都是人為加入的，而本次試驗則真正結(jié)合Buck電路的控制，通過特定參

36、數(shù)的霍爾電壓傳感器引入其輸出電壓至控制電路（TL494）的輸入端，產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，實時適式地對主電路開關(guān)管進行觸發(fā)控制，從而較好地實現(xiàn)對輸出電壓的穩(wěn)定控制。通過對開環(huán)和閉環(huán)實驗結(jié)果的對比分析，反饋控制的效果是令人滿意的?？傮w而言，這次實驗進行得很順利。上次實驗的過程偏于對控制電路的原理及功能的探索，本次實驗更多的則是基于主電路的實時控制和實現(xiàn)。此外，濾波器和傳感器的設(shè)計是本次實驗的另一收獲，最終的參數(shù)很簡單明了，但設(shè)計的過程包括對指導(dǎo)書有關(guān)章節(jié)的學(xué)習(xí)卻很費了一番周折，答辯時感謝鄧春花老師指出了某處的錯誤。實驗完成時間：第6周6，3月24日下午實驗三十 三相橋式相控整流電路性能的研究一、任務(wù)

37、和目標(biāo)1. 了解相控整流的基本原理，掌握不同性質(zhì)負(fù)載時三相橋式相控整流電路輸出直流電壓的控制特性；2觀察輸出直流和輸入交流的波形，了解相控整流功率因數(shù)低下的缺點；3. 掌握濾波器設(shè)計、閉環(huán)穩(wěn)壓控制設(shè)計和校正方法的運用。二、原理和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。本實驗著重研究三相全橋相控整流，研究負(fù)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(fù)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

38、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。圖30-1為三相全橋相控整流主電路圖：圖30-1 三相全橋相控整流主電路輸入電流瞬時值，可以在A相電源引線上傳入霍爾傳感器；輸出直流電壓的大小，可以在負(fù)載側(cè)直接使用示波器測量（衰減10倍）；霍爾電流傳感器的設(shè)計 霍爾傳感器主要用于測量輸入電流大小。為了提高測量的靈敏度，可以選擇“5匝”端使得靈敏度變?yōu)?倍。同時在二次側(cè)傳入300歐姆電阻。此時傳感器變

39、比為1A/1.5V。三、實驗設(shè)備：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；數(shù)字式示波器等。實驗要求指標(biāo)輸入三相交流電壓：=100v輸入功率： =100w方案設(shè)計與結(jié)果分析本實驗采用手動調(diào)節(jié)電位器改變觸發(fā)控制角大?。涸O(shè)置控制電路輸入0至10V直流控制信號，以產(chǎn)生變化的控制角，對主電路輸出電壓進行平滑調(diào)節(jié)。1.尋找相控角和指針式電位器電阻值的關(guān)系。接通主電路，令輸出側(cè)空載，直接接示波器的輸入引腳觀察相控角和電位器阻值之間的關(guān)系。表30-1 相控角和電位器阻值之間的關(guān)系表相控角/0306090電阻值/歐姆最大值 54.543.5 27.

40、0純阻性負(fù)載（輸入三相交流電壓有效值V1=80V）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形。輸出理論值計算： （） （）滿載R=200歐姆且不接濾波器，觀察相控角對輸出電壓的影響，記錄輸出電壓、輸入電流波形。表30-2 純阻性負(fù)載下相控角和輸出電壓的關(guān)系相控角/0306090理論10893.55414.5實測105.4 89.7 50.3 11.9取不同值時，輸出電壓和輸入電流波形如圖30-2至5所示：圖30-2 相控角等于0時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-3 相控角等于30時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖 圖30-4 相控角等于60時輸入電流

41、（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-5 相控角等于90時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖結(jié)論：由圖30-2至5可見，輸出電壓大小隨相控角改變而變化。在純阻性負(fù)載R=200歐的情況下，相控角等于60度為臨界斷流工況，相控角小于60度時輸出電壓波形連續(xù)，大于60度時輸出電壓波形出現(xiàn)中斷。這是由于阻性負(fù)載不能續(xù)流的緣故。輕載R=400歐姆且不接濾波器，觀察相控角對輸出電壓的影響，記錄輸出電壓、輸入電流波形。相控角和輸出電壓關(guān)系如表30-3所示：表30-3 純阻性負(fù)載下相控角和輸出電壓的關(guān)系相控角/0306090理論10893.55414.5實測107.1 91.9 53.3 12.8取不同值時，

42、輸出電壓和輸入電流波形如圖30-6至9所示：圖30-6 相控角等于0時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-7 相控角等于30時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-8 相控角等于60時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-9 相控角等于90時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖結(jié)論：由圖30-6至9可見，輸出電壓大小隨相控角改變而變化，且負(fù)載電阻R=400歐時輸出電壓大小比R=200歐時更加接近于理論值。在純阻性負(fù)載的情況下，相控角等于60度為臨界斷流工況，相控角小于60度時輸出電壓波形連續(xù)，大于60度時輸出電壓波形出現(xiàn)中斷。這是由于阻性負(fù)載不能續(xù)流的緣故。3、阻感性負(fù)載（

43、V1=50V）：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=200，L=133mH，C=220相控角和輸出電壓關(guān)系如表30-4所示：表30-4 RL負(fù)載下相控角和輸出電壓的關(guān)系相控角/0306090理論值VD/V67.558.433.80實際值VD/V66.857.632.40取不同值時，輸出電壓和輸入電流波形如圖30-10至13所示：圖30-10 相控角等于0時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-11 相控角等于30時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-

44、12 相控角等于60時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖圖30-13 相控角等于90時輸入電流（下）和輸出電壓（上）波形圖結(jié)論：由圖30-10至13可見，輸出電壓大小隨相控角改變而變化。在阻感性負(fù)載R=200，L=133mH的情況下，相控角大于60度時輸出電壓波形仍舊連續(xù)，即負(fù)載電感值L=133mH大于臨界電感值時能保證在任意相控角下輸出電壓波形連續(xù)。負(fù)載電感起了續(xù)流的作用。值得注意的是，無論何種負(fù)載工況也無論相控角大小，三相相控整流的輸入電流波形都發(fā)生嚴(yán)重畸變，其諧波成分很高，對電網(wǎng)的影響比較大；而輸出電壓除了含有希望得到的直流分量之外，還含有大量諧波分量（6、12、18次），這對濾波器設(shè)

45、計提出了較高要求，也使得裝置體積和重量大為增加。這些是相控整流電路的固有缺點，理想的解決方法是高頻PWM整流。五、實驗思考題1.觀察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：觀察相控整流電路的功率因數(shù)有以下兩種方法：通過觀察輸入電流以及輸入電壓的波形來實現(xiàn)。通過示波器軟件的諧波分析FFT計算功能，直接得到所需要的數(shù)據(jù)。 （1）對輸入電流電壓的波形進行分析可以得到其有效值基波分量的有效值以及基波電壓和基波電流的相位差?？梢缘霉β室蛩貫椋?QUOTE 為輸入電壓有效值，為輸入電流有效值， QUOTE 為基波分量有效值， QUOTE 為基波電流和電壓的相位差。 （2）若輸出

46、電壓為比較平穩(wěn)的直流，則可以使用示波器或者萬用表測量輸出的有功功率，若忽略電路本身的功率損耗，則可以將該輸出有功功率看作是電源側(cè)輸入的有功功率。因此可以得功率因數(shù)為：。2.影響相控整流的電路功率因數(shù)的原因有哪些？如何提高功率因數(shù)？答：所以功率因數(shù)由兩個方面來決定：（1）輸入基波電壓和基波電流之間的相位差。（2）輸入電壓電流的基波分量的大小。因此可附加無源濾波器或有源功率因素校正器的來提高功率因數(shù)。有源功率因素校正器的作用：使得交流電流跟蹤輸入正弦電壓波形，使兩者同相，從而使輸入端總諧波畸變率THD小于5%，而功率因數(shù)提高到0.95或更高。3.相控整流電路濾波器設(shè)計的原則有哪些？答：（1）特征頻

47、率應(yīng)該遠小于最低次諧波的頻率。（2）濾波器的電感值不應(yīng)太大，保證輸出負(fù)載變化時，輸出電壓變化不大。（3）濾波器的電容值不應(yīng)太大，使得流過電容的電流不至于過分的增加開關(guān)管的容量。4.相控整流電路的穩(wěn)壓控制需要考慮哪些問題？答：穩(wěn)壓控制要考慮：（1）相控角的變化范圍，需要穩(wěn)定的電壓必須在相控角可以調(diào)控的范圍之內(nèi)。（2）注意輸出電流的變化，當(dāng)輸出電流過大時，應(yīng)該啟動過電流保護功能。六、小結(jié)本實驗對晶閘管三相橋式相控整流電路在不同負(fù)載性質(zhì)時，觸發(fā)控制角對輸出直流電壓的控制特性進行了比較全面的探索。實驗時通過手動調(diào)節(jié)電位器來改變觸發(fā)控制角的大小，因此在正式測取輸出電壓與觸發(fā)控制角的關(guān)系特性前，找出電位器

48、阻值與控制角的精確對應(yīng)關(guān)系，這對后續(xù)實驗的順利進行和誤差控制有很大幫助。當(dāng)然，對相控整流原理的透徹把握，及其在不同負(fù)載和控制角下輸入交流電流和輸出直流電壓波形的預(yù)測也十分重要。本實驗對觸發(fā)脈沖的生成機理并未像前兩次實驗?zāi)菢舆M行深入探索，但通過參考圖書館其他有關(guān)書籍使我對此有了一定的了解。此外，相控整流電路對電網(wǎng)的諧波污染、輸出直流電壓的濾波要求高以及功率因素不可任意調(diào)控等都是其固有缺陷。而高頻PWM整流是這一系列問題的最佳解決方案。實驗完成時間：第8周6，4月7日下午實驗三十一 DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能的研究一、任務(wù)和目標(biāo)驗證SPWM逆變電路的基本工作原理，進一步掌握SPWM驅(qū)動

49、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；濾波器的設(shè)計；掌握模擬控制電路的設(shè)計方法和有關(guān)集成電路芯片的使用。二、原理和思路1、基于慣性系統(tǒng)的等沖量原則的SPWM可以大大提高逆變輸出的諧波次數(shù)，經(jīng)過小型濾波器濾波處理便可得到較為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。且載波頻率越高、脈沖波數(shù)越多效果越明顯。2、采用參考正弦與三角載波信號經(jīng)比較器形成觸發(fā)脈沖。3、同一橋臂上下兩管切不可同時導(dǎo)通：死區(qū)的設(shè)計。4、過電流保護：用電流霍爾傳感器檢測過電流。采用單相半橋逆變電路，研究正弦脈沖寬度調(diào)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。下圖是單相半橋逆變電路圖（含電壓、電流互感器及霍爾傳

50、感器）：圖31-1 DC/AC單相半橋電路原理圖a、濾波器設(shè)計：載波比N=5k/50=100,則SPWM的最低次諧波分量約為4800Hz，基波分量為50Hz。故可設(shè)計濾波器L=10mH,C=10uF，得到的截止頻率為503.29Hz。該濾波器既可以衰減最低次諧波分量，又不會使基波分量衰減。b、傳感器的選擇： 本次試驗使用霍爾電流傳感器和電壓互感器、電流互感器。將電壓信號和電流信號反饋至控制電路板實現(xiàn)過壓、過流保護功能。本試驗板上的霍爾電流傳感器的傳輸比為：50A/50 mA,可見在一次側(cè)輸入1A的電流，二次側(cè)產(chǎn)生的電壓為1mA。為了提高試驗測量的精度選擇5匝端子使得靈敏度提高5倍即一次側(cè)輸入1

51、A的電流，二次側(cè)產(chǎn)生的電壓為5mA。在二次側(cè)可以接入300歐姆的電阻使得當(dāng)直流電流為2A（正常情況不會出現(xiàn)）時對應(yīng)二次側(cè)的輸出電壓為3V，調(diào)節(jié)B05控制板上Rp5,使得對應(yīng)參數(shù)匹配，便可起到過流保護功能。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實驗要求指標(biāo)：輸入直流電壓： =100v輸入功率： =100w四、實驗內(nèi)容與方案設(shè)計：本實驗基于實驗指導(dǎo)書附錄4.B05B 單相半橋模擬控制電路。1、觀察芯片產(chǎn)生的三角載波（TR1）和參考正弦信號(SIN)：調(diào)節(jié)Rp1和Rp5可分別改變參考

52、正弦信號頻率fr和幅值Vsinm。2、將三角載波和正弦波進行比較得到SPWM脈沖波形，觀察 SP1和SP2輸出脈沖波形，觀察經(jīng)過CD14538芯片處理過的具有死區(qū)時間的控制信號（3、4號腳）。3、連接好主電路，并與控制電路連接。在主電路通電之前，檢查控制電路各波形、死區(qū)是否正常。4、在以上正常的前提下，合上總電源開關(guān)及直流電壓開關(guān)（直流輸出，旋鈕置0），逆變電路工作。主電路電源從低壓到高壓逐漸增加至80V,記錄并分析輸出電壓：觀察無LC濾波器與有濾波器兩種情況下的輸出波形，對比分析保證fr=50Hz,改變參考正弦信號幅值Vsinm，測量輸出電壓幅值固定參考正弦信號幅值Vsinm=10.6V，改

53、變頻率fr, 測量輸出電壓頻率5、減小負(fù)載電阻到一合適大小，增大參考正弦信號幅值Vsinm，觀察當(dāng)直流電流超過閾值時，電路的過流保護功能是如何實現(xiàn)的五、實驗結(jié)果與分析觀察芯片產(chǎn)生的三角載波（TR1）和參考正弦信號(SIN)：圖31-2 參考正弦波（fr=50Hz 峰峰值9.6v）圖31-3 三角載波（Vp-p=10.4V，f=4545HZ）觀察SPWM脈沖波形，觀察 SP1和SP2輸出脈沖波形，觀察經(jīng)過CD14538芯片處理過的具有死區(qū)時間的控制信號：圖31-4 正弦波與三角載波比較圖31-5 SP1、SP2的輸出脈沖波形 圖31-6 具有死區(qū)時間的控制信號（放大圖）由圖31-6可知，死區(qū)時間

54、t約為11us。觀察無LC濾波器與有濾波器兩種情況下的輸出波形，對比分析：（1）濾波前圖31-7 無濾波器情況下的輸出波形（2）濾波后圖31-8 有濾波器情況下的輸出波形運用實驗室分析軟件對濾波后輸出波形進行分析，結(jié)果如下：圖31-9 有濾波器情況下的輸出波形的諧波分析表31-1 有濾波器輸出波形分析數(shù)據(jù)結(jié)論：SPWM逆變電路輸出電壓在濾波前含有大量諧波分量，經(jīng)過濾波后，諧波分量大大衰減，輸出波形接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波。這充分說明了高頻脈沖寬度調(diào)制使得輸出電壓中的諧波分量向高頻方向移動，經(jīng)過小型濾波器濾波后便可得到理想正弦波。4、調(diào)節(jié)電阻器RP1，改變參考正弦波頻率fr（固定幅值10.6V）, 觀察輸

55、出電壓波形變化：圖31-10 fr=30Hz時輸出電壓波形（上）圖31-11 fr=50Hz時輸出電壓波形（上）圖31-12 fr=50Hz時輸出電壓波形（上）結(jié)論：(fo=fr)對比分析圖31-10至12可知，輸出電壓頻率在理想條件下和參考正弦波頻率相等，故當(dāng)參考正弦波頻率變化時，輸出電壓頻率隨之變化相同。因此在實際應(yīng)用中輸出電壓頻率的調(diào)節(jié)即可由參考正弦波的頻率改變來實現(xiàn)。5、調(diào)節(jié)電阻器RP4，改變參考正弦波幅值Vsinm（固定頻率fr=50Hz）, 觀察輸出電壓波形變化：圖31-13 Vsinm=3.8V時輸出電壓波形（上）圖31-14 Vsinm=5.3V時輸出電壓波形（上）圖31-15

56、 Vsinm=7.8V時輸出電壓波形（上）結(jié)論：實驗中，輸入直流電壓Vd=9V，三角載波信號幅值Vtrim=5.2V（由實驗結(jié)果1知），故輸出電壓幅值的理論計算式為：Vom=Vsinm/VtrimVd/2=0.865 Vsinm。故可根據(jù)圖31-13至15列出如下輸出電壓幅值隨參考正弦波幅值變化表格：表2 輸出電壓幅值隨參考正弦波幅值變化表格Vsinm/V3.85.37.8Vom測量值/V3.25.16.5Vom理論值/V3.34.66.7絕對誤差/V-0.10.5-0.2由上表可知，輸出電壓實測值較好地與理論值吻合，即輸出電壓幅值隨參考正弦波成正比變化，換言之，輸出電壓幅值隨調(diào)制比M正比變化

57、。誤差的主要原因應(yīng)來自于載波比的影響，因為我們的整個理論計算環(huán)節(jié)都是載波比N足夠大為前提的，而實際上由于載波比不可能無限大，輸出電壓幅值就不是和調(diào)制比嚴(yán)格成正比關(guān)系；此外，讀數(shù)誤差也不容忽略。6、觀察電路的過流保護功能是如何實現(xiàn)的：調(diào)節(jié)RP5，使得電流閾值電壓維持在一個比較小的值（這樣做既實現(xiàn)過流保護實驗的觀察，又不損壞電路），負(fù)載電阻設(shè)為100歐姆，調(diào)節(jié)Vsinm從0.6V到20V,測量輸出電壓Vopp=38V到82V,繼續(xù)增大Vsinm，觀察到HL4發(fā)光，輸出電壓降為0。結(jié)論：通過改變調(diào)制正弦波的幅值和頻率，可改變輸出交流的大小和頻率，實現(xiàn)了SPWM逆變的功能。同時為了過流保護元件不被過流

58、損害。六、實驗思考題為什么單相半橋逆變電路的過流保護檢測要比單相全橋和三相逆變電路多用一個電流霍爾傳感器？答：半橋電路中電流由兩個分壓電容單獨提供，兩個分壓電容就像是兩個電源?？赡軙沟闷渲幸话霕騿为毘霈F(xiàn)過電流的現(xiàn)象，所以要在兩個電容側(cè)皆配置電流傳感器實現(xiàn)電流保護。而單相全橋和三相橋式逆變電路中，負(fù)載的電能直接由電源側(cè)來提供，負(fù)載出現(xiàn)過電流現(xiàn)象時，電源側(cè)的來去引線上都會出現(xiàn)過電流的現(xiàn)象，所以只要在其中一條線路上配置電流傳感器就可以實現(xiàn)電流保護的功能。怎樣設(shè)計死區(qū)電路？設(shè)計的原則是什么？答：可以在電路中增加一鎖存器，參考波和載波比較器輸出電壓為SP，真正用于驅(qū)動開關(guān)管的信號為PW，在SP和PW之

59、間引入鎖存器，鎖存器初始狀態(tài)Q為0，當(dāng)SP為1之后經(jīng)過一段時間所存器才為1。PW=SPQ,可見當(dāng)SP為1以后，經(jīng)過一段時間的延遲，PW才為如此引入了死區(qū)時間。死區(qū)時間設(shè)計的原則是：（1） IGBT在關(guān)斷過程中，存在拖尾效應(yīng)，死區(qū)時間必須要大于關(guān)斷拖尾時間，避免上下橋路的直通短路。（2）死區(qū)時間不可以過長，影響電路占空比的正常變化。3.附錄示例中，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：屬于開環(huán)控制，不可以實現(xiàn)穩(wěn)壓。因為參考正弦波的大小僅和信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形有關(guān)，并不能引入輸出電壓反饋，實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定。4. SPWM逆變電路的輸出濾波器設(shè)計原則是什么？答：(1)特征頻率應(yīng)該遠小于最低次諧波的頻率。(2)不應(yīng)該過小的衰減基波頻率分量。(3) 濾波器的電感值不應(yīng)太大，保證輸出負(fù)載變化時，輸出電壓變化不大。（4）濾波器的電容值不應(yīng)太大，使得流過電容的電流不至于過分的增加開關(guān)管的容量。(5)諧振頻率應(yīng)大于基波頻率。七、小結(jié)SPWM是電力電子學(xué)中我比較