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电力
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指导书
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0551、电力电子实验指导书,电力,电子,实验,试验,指导书
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电力电子实验指导书武汉大学电气工程学院2006 年 4 月目 录MCLV 型电力电子教学实验台介绍 .1实验一 锯齿波同步移相触发电路实验 .3实验二 单相桥式全控整流电路实验 .5*实验三 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 .9实验四 单相交流调压电路实验 .12实验五 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究 .15*实验六 单相正弦波（SPWM）逆变电源研究 .21*实验七 直流斩波电路的性能研究 .251MCLV 型电力电子教学实验台介绍一、特点（1）采用组件式结构，可根据不同内容进行组合，故结构紧凑，使用方便灵活，并且可随着功能的扩展只需增加组件即可，能在一套装置上完成电力电子学课程的主要实验。（2）装置布局合理，外形美观，面板示意图明确，直观，学生可通过面板的示意查寻故障，分析工作原理。电机采用导轨式安装，更换机组简捷，方便，所采用的电机经过特殊设计，其参数特性能模拟 3KW 左右的通用实验机组，能给学生正确的感性认识。除实验控制屏外，还设置有实验用台，内可放置机组，实验组件等，并有可活动的抽屉，内可放置导线，工具等，使实验更方便。（3）实验线路典型，配合教学内容，满足教学大纲要求。控制电路全部采用模拟和数字集成芯片，可靠性高，维修，检测方便。触发电路采用数字集成电路双窄脉冲。（4）装置具有较完善的过流、过压、RC 吸收、熔断器等保护功能，提高了设备的运行可靠性和抗干扰能力。（5）面板上有多只发光二极管指示每一个脉冲的有无和熔断器的通断。触发脉冲可外加，也可采用内部的脉冲触发可控硅，并可模拟整流缺相和逆变颠覆等故障现象。二、技术参数（1）输入电源： 380V 10% 50HZ1HZ（2）工作条件：环境温度：5 400C相对湿度：75%海 拔：1000m（3）装置容量：1KVA（4）电机容量：200W（5）外形尺寸：长 1800mm X 宽 700mm（长 1300mm X 宽 700mm）2三、实验项目（1）锯齿波同步移相触发电路（2）单相桥式全控整流电路*（3）三相桥式全控整流及有源逆变电路（4）单相交流调压电路（5）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性及其驱动电路的研究*（6）单相正弦波（SPWM）逆变电路实验*（7）直流斩波电路（升压斩波、降压斩波）的性能研究3实验一 锯齿波同步移相触发电路实验一、实验目的1加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。2掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。二、实验内容 1锯齿波同步触发电路的调试。2锯齿波同步触发电路各点波形观察分析。 三、实验线路及原理MCLV 型实验台主控制屏上 MCL543KJ004 锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。四、实验设备及仪器1MCL 系列教学实验台主控制屏：）MCL 31 低压控制电路及仪表）MCL 52 电源控制屏）MCL 543 KJ004 锯齿波同步移相触发电路2双踪示波器（TDS 1002）3万用表五实验方法及步骤1将 MCLV 型实验台主控制屏上的 MCL52 电源控制面板上的三相交流电输出线电压（220V）U 1、V 1 分别与 MCL543 面板上的同步电压 1 端、2 端用导线相连。将 MCLV 型 实 验 台 主 控 制 屏 上 的 MCL 31 低 压 控 制 电 路 及 仪 表 面 板 上 的 Ug 与MCL 543 面板上的 UC0 用导线相连，见图 1 1 其中电位器 PR1 为控制 角。2调节脉冲移相范围打开 MCL52 电源控制面板左下角的电源开关,将 MCL31 面板上的电位器 PR1 逆时针旋到底使“U g”输出电压为 0V，即控制电压 Uco 为零，控制角 =180。按 MCL52 电4源控制面板上的绿色闭合键，调节 MCL31 的给定电位器 RP1，增加 Uc0，观察脉冲的移动情况，要求 Uco=0 时， =180，Uco=Umax 时，=30 ，以满足移相范围 =30180的要求。用示波器观察 U7 电压（即“7” 孔）及 U5 电压（即“5” 孔）的波形变化。3调节 Uc0，使 =60，用示波器观察 MCL54 3 锯齿波同步移相触发电路各孔的电压波形（孔 U7、U 3、U 4、U 5、U 6）及输出脉冲 UG1K1、U G2K2、U G3K3、U G4K4、的相位关系并记录标出其幅值与宽度。 六、实验报告1整理，描绘实验中记录的各点波形，并标出幅值与宽度。2总结锯齿波同步触发电路移相范围的调试方法，移相范围的大小与哪些参数有关？3讨论分析其它实验现象。图 11 锯齿波同步移相触发电路接线图5实验二 单相桥式全控整流电路实验一、实验目的1了解单相桥式全控整流电路的工作原理。2研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻电感性负载时的工作。3熟悉 MCL543 锯齿波触发电路的工作。二、实验线路及原理见图 21。注：1）G 2、 K2 接 VT1 G4、K 4 接 VT6 K1、G 1 接 VT3 G3、K 3 接 VT42）负载 Rd 为 MCL544 的两组 300 电阻串联；3）电感 L 为 700mH图 21 单相桥式全控整流三、实验内容1单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。62单相桥式全控整流电路供电给电阻电感性负载。四、实验设备及仪器1MCL 系列教学实验台主控制屏：）MCL 52 电源控制屏）MCL 31 低压控制电路及仪表）MCL 541 三相变压器）MCL 543 KJ004 锯齿波移相触发电路）MCL 544 电阻、电感性负载fMCL545 二级管2MCL 53 组件 触发电路及晶闸管主回电路3双踪示波器（TDS 1002）4万用表五、注意事项1电阻 Rd 的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警） ；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。2电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。3MCL 543 面板的锯齿波触发脉冲需用导线连到 MCL53 面板，应注意连线不可接错，否则易成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约 30180） ，可尝试改变同步电压极性。4示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。六、实验方法及步骤1单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。a）将 MCLV 型实验台主控制屏上的 MCL52 电源控制面板上的三相交流电输出线电压（220V）U 1、V 1 与 MCL543 面板上的同步电压 1 端、2 端用导线相连。 MCL543 面板上的 UC0 与 MCL31 面板上的 Ug 用导线相连。将 MCL31 面板上的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 UC0=0，控制角 为最大。b）打开 MCL52 电源控制面板左下角的带锁电源开关，按绿色闭合键，用示波器检7查 MCL543 KJ004 锯齿波移相触发电路是否有脉冲输出。c）断开 MCL52 电源控制面板上的电源开关，按图 21 所示连接将其中的“”与“”点用导线连接接上电阻负载（可采用两只 300 电阻串联） ，并将 MCL544 面板上的 Rd 电阻负载调到最大。d）合上 MCL52 电源控制面板上的电源开关，调节 MCL31 面板上的给定电位器 RP1（顺时针方向） 。顺时针调方向逐渐增大，Uco 给定电压逐渐增大，使 角逐渐减小，求取在不同角（0 、30、60、90）时整流电路的输出电压 Ud=f（t） ，晶闸管的端电压 UVT1=f（t）的波形，并记录相应 时的 UC0、U d 和交流输入电压 U2 值。2单相桥式全控整流电路供电给电阻电感性负载断开 MCL52 电源控制面板上的电源开关，断开电阻负载 Rd（可采用两只 300 电阻串联）短接线，再用导线将图 21 中的“a”与 “c”、 “b”与“d”用导线连接构成电阻电感性负载（L=700mH ） 。合上 MCL52 电源控制面板上的电源开关，求取在不同控制电压 UC0 时的输出电压Ud=f（t） ，负载电流 id=f（t）以及晶闸管端电压 UVT1=f（t ）波形并记录相应 UC0 时的Ud、U 2 值。注意：负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻 Rd，但负载电流不能超过 0.8A，U C0 从零起调。断开 MCL52 电源控制面板上的电源开关，改变电感值（L=100mH） ，观察=90，Ud=f（t） 、i d=f（t）的波形，并加以分析。注意：调节 MCL31 面板上的给定电位器 RP1 增加 UC0 使前移时，若电流太大，可增加与 L 相串联的电阻加以限流。3单相桥式全控整流电路供给电感性负载将图 21 中的“a ”与“ c”、 “b”与“d”用导线连接构成电阻 电感性负载（L=700mH） 。调节负载电阻 Rd（逆时方向逐渐减小）为最小，调节 MCL31 面板上的给定电位器 PR1 顺时针调方向逐渐增大，使 Uco 给定电压逐渐增大， 角逐渐减小，求取=90时整流电路的输出电压 Ud=f（t） ，晶闸管的端电压 UVT1=f（t ）的波形，并记录=90时的 Uco、U d 和交流输入电压 U2 值。8七、实验报告1绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当=0，30，60，90时的 Ud、U VT1 波形，并加以分析。2绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻电感性负载情况下，当=90时的 Ud、i d、U VT1 波形，并加以分析。3给出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电感性负载情况下，若=90时Ud、i d、U VT1 组形，并加以分析。4作出实验整流电路的输入输出特性 Ud=f（U c0） ，触发电路特性 Uc0=f（）及Ud/U2=f（） 。5实验心得体会。9*实验三 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的1熟悉 MCL31、MCL52 、MCL53 组件。2熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。3了解集成触发器的调整方法及各点波形。二、实验内容1三相桥式全控整流电路2三相桥式有源逆变电路3观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。三、实验线路及原理实验线路如图 31 所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。A：直流电流表 L：平波电抗器。可取 700mHRd：负载电阻，可取 MCL-54.4 中的两组 300 欧的电阻串联图 3-1 三相桥式整流及有源逆变RC10四、实验设备及仪器1MCL 系列教学实验台主控制屏：a）MCL52 电源控制屏b）MCL 31 低压控制电路及仪表c）MCL541 三相变压器d）MCL 544 电阻、电感性负载f）MCL545 二极管2MCL 53 组件触发电路及晶闸管主回电路3双踪示波器（TDS 1002）4万用表五、实验方法1按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）合上 MCL52 电源控制屏开关，给定电压有电压显示，使电源控制屏U、V、W 输出电压至线电压为 220V。（2）用示波器观察 MCL53 组件触发电路及晶闸管主回电路的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔 60的幅度相同的双脉冲。（3）检查相序，用示波器观察“1” ， “2”单脉冲观察孔， “1” 脉冲超前“2” 脉冲60，则相序正确，否则，应调整输入电源。（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为 1V2V 的脉冲。注：将 MCL53 面板上的 Ublf（当三相桥式全控变流电路使用 I 组桥晶闸管 VT1VT6时）接地，将 I 组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通” 。（5）将 MCL31 面板上的输出 Ug 接至 MCL53 面板的 Uco 端，调节偏移电压Ub（即 MCL31 上的电位器 PR1） ，在 Uco=0 时，使控制角=150 。2三相桥式全控整流电路及三相桥式有源逆变电路按 图 3 1 接 线 ， 将 “a”端 与 “c”端 用 导 线 连 接 ， 将 “b”端 与 “d”端 用 导 线连 接 将 Rd 调 至 最 大 （ 600） （MCL 544 电阻、电感性负载） 。（1）整流电路合上 MCL52 主电源，使主控制屏输出电压 Uuv、 Uvw、U wu 为 220V。将 MCL31 上的开关 S1 打向正给定11调节 UC0（即 MCL31 上的电位器 PR1） ，使 在 3090 范围内，用示波器观察记录=30、 60、90 时，整流电压 Ud=f（t） ，晶闸管两端电压 UVT1=f（t）的波形，并记录相应的 Ud 和交流输入电压 U2 数值。（2）有源逆变电路当= =90时，将 MCL 31 上的开关 S1 打向负给定，这时电路处于逆变状态，调节UC0（即 MCL31 上的电位器 PR2） ，用示波器观察 =90 、60 、30 时,逆变电路中Ud、U VT1 的电压波形，并记录相应的 Ud、U 2 数值。4电路模拟故障现象观察在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，用示波器观察并记录此时的 Ud 波形。采用的组件为 MCL53，则触发电路是 KJ004 集成电路，具体应用可参考相关教材。六、实验报告1画出电路的移相特性 Ud=f（）曲线。2作出整流电路的输入输出特性 Ud/U2=f（） 。3画出三相桥式全控整流电路时，角为 30、60 、90 时的 Ud、U VT1 波形。4画出三相桥式有源逆变电路时， 角为 90、60 、30 时的 Ud、U VT1 波形。5简单分析模拟故障现象。12实验四 单相交流调压电路实验一、实验目的1加深理解单相交流调压电路的工作原理。2加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。二、实验内容1单相交流调压器带电阻性负载。2单相交流调压器带电阻电感性负载。三、实验线路及原理本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。晶闸管交流调压器的主电路 由两只反向晶闸管组成，见图 41。四、实验设备及仪器1MCL 系列教学实验台主控制屏：a）MCL52 电源控制屏b）MCL 31 低压控制电路及仪表c）MCL541 三相变压器d）MCL 543 KJ004 锯齿波移相触发电路e）MCL544 电阻、电感性负载f）MCL545 二级管2MCL 53 组件触发电路及晶闸管主回电路3双踪示波器（TDS 1002）4万用表13五、注意事项在电阻电感负载时，当时，若脉冲宽度不够会使负载电流出圈套的直流分量。损坏元件。为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。六、实验方法1单相交流调压器带电阻性负载将 MCL53 面板上的两只晶闸管 VT1，VT4 反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲端 G1、K 1，G 3、K 3 分别接至主电路相应 VT1 和 VT4 的门极和阴极。把图 41 中 a 端与 b 端用导线相连，接上电阻性负载 Rd（可采用两只 300 电阻串联） ，并调节电阻负载 Rd 至最大。将 MCL31 面板上的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uc0=0，=150。合上 MCL52 电源控制屏电源开关，使主控制屏输出电压 Uuv=220V。用示波器观察负载电压 u=f（t） ，晶闸管两端电压 uVT1= f（t）的波形，调节 UC0，用示波器观察不同角时各波形的变化，并记录 = 30 ，60，90，120时的电压波形。2单相交流调压器接电阻电感性负载（1）在做电阻电感实验时需调节负载阻抗角的大小，因此须知道电抗器的内阻和电感量。可采用直流伏安法来测量内阻，如图 41 所示，电抗器的内阻为：RL=UL/I 电抗器的电感量可用交流伏安法测量，如图 41 所示，由于电流大时对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压多测几次取其平均值，从而可得交流阻抗。ZL=UL/I 电抗器的电感量为： )2/(fRLL这样即可求得负载阻抗角 Ldtg1在实验过程中，欲改变阻抗角，只需改变电阻器的数值即可。（2）断开 MCL52 主电源开关，将“a”端与“ c”端用导线相连， “b”端与“d”端用导线相连，接入电感（L=700mH ） 。合上 MCL52 主电源主电源，使主控制屏输出电压 Uuv=220V。调节 UC0，使14=450。用示波器同时观察负载电压 u 和负载电流 i 的波形。调节电阻 Rd 的数值（由大至小） ，观察在不同角时波形的变化情况。记录， = ， 三种情况下负载两端电压 u 和流过负载的电流 i 的波形。也可使阻抗角 为一定值，调节观察波形。注：调节电阻 Rd 时，需观察负载电流，不可大于 0.8A。说明：采用 MCL型，则触发电路为 KJ004 集成电路，具体应用可参考相关教材。电阻性负载可采用两只 300 电阻相串联。七、实验报告1整理实验中记录下的各类波形2分析电阻电感负载时，角与角相应关系的变化对调压器工作的影响。3分析实验中出现的问题。图 41 单相交流调压 15实验五 绝缘栅双极型晶体管（ IGBT） 特性与驱动电路研究一、实验目的1熟悉 IGBT 主要参数与开关特性的测试方法。2掌握混合集成驱动电路 EXB840 的工作原理与调试方法。二、实验内容1IGBT 主要参数测试。2EXB840 性能测试。3IGBT 开关特性测试。4过流保护性能测试。三、实验设备和仪器1MCL 系列教学实验台主控制屏 2MCL 07 电力电子实验箱中的 IGBT 与 PWM 波形发生器部分。3万用表二块 4双踪示波器。 四、实验线路见图 51。五、实验方法1IGBT 主要参数测试（1）开启阀值电压 VGS（th ） 测试在主回路的“1”端与 IGBT 的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“3”与“4”端分别与 IGBT 管的“14”与“17”端相连，再在“14”与“17”端间接入电压表，并将主回路电位器 RP 左旋到底。将电位器 RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流ID=1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压 VGS（th） 。16读取 67 组 ID、Vgs，其中 ID=1mA 必测，填入表 51。表 51ID（mA）1Vgs（V）（2）跨导 gFS 测试在主回路的“2”端与 IGBT 的“18”端串入安培表，将 RP 左旋到底，其余接线同上。将 RP 逐渐向右旋转，读取 ID 与对应的 VGS 值，测量 56 组数据，填入表 52。表 52ID（mA） 1Vgs（V）（3）导通电阻 RDS 测试将电压表接入“18”与“17”两端，其余同上，从小到大改变 VGS，读取 ID 与对应的漏源电压 VDS，测量 56 组数据，填入表 53。表 53ID（mA） 1Vgs（V）2EXB840 性能测试（1）输入输出延时时间测试IGBT 部分的“1”与“13”分别与 PWM 波形发生部分的 “1”与“2”相连，再将IGBT 部分的“10”与“13” 、与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及 EXB840 输出“12” 与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。ton= ，t off= 。 （2）保护输出部分光耦延时时间测试将 IGBT 部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13” 之间波形，记录延时时间。17（3）过流慢速关断时间测试接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。（4）关断时的负栅压测试断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。（5）过流阀值电压测试断开“10”与“13” ， “2”与“1”的相连，分别连接“2”与“3” ， “4”与“5” ， “6”与“7” ，将主回路的“3”与“4”分别和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。IGBT： 17主回路：4IGBT：10主回路：3IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2 IGBT：3IGBT：12IGBT：14RP 左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将 RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。（6）4 端外接电容器 C1 功能测试供教师研究用EXB840 使用手册中说明该电容器的作用是防止过流保护电路误动作（绝大部分场合不需要电容器） 。aC1 不接，测量“8”与“13”之间波形。b “9”与“13”相连时，测量“8”与“13” 之间波形，并与上述波形相比较。3开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连， “4”与“5” ， “6”与“7” ，2“与”3“， “12”与“14” ， “10”与“18” ， “17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和 IGBT 部分 的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。18IGBT：1PWM：1IGBT：13PWM：2IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2 IGBT：3IGBT：12IGBT：14IGBT：17IGBT：16IGBT：10IGBT：18IGBT：15主回路：4IGBT：18主回路：1用示波器分别观察“18”与“15”及“14”与“15”的波形，记录开通延迟时间。（2）电阻，电感负载时开关特性测试将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“18”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 。（3）不同栅极电阻时开关特性测试将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从 R53k 改为R4=27，其余接线与测试方法同上。4并联缓冲电路作用测试（1）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。（2）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。5过流保护性能测试，栅计电阻用 R4在上述接线基础上，将“4”与“5” ， “6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间波形，然后将“10”与“18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后， 揿复位按钮即可继续进行试验。六、实验报告1根据所测数据，绘出 IGBT 的主要参数的表格与曲线 。2绘出输入、输出及对光耦延时以及慢速关断等波形，并标出延时与慢速关断时间。3绘出所测的负栅压值与过流阀值电压值。4绘出电阻负载，电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形，并在图上标出 tON 与 tOFF。5绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明并联19缓冲电路的作用。6过流保护性能测试结果，并对该过流保护电路作出评价。7实验的收获、体会与改进意见。七、思考题1试对由 EXB840 构成的驱动电路的优缺点作出评价。2在选用二极管 V1 时，对其参数有何要求？其正向压降大小对 IGBT 的过流保护功能有何影响？3通过 MOSFET 与 IGBT 器件的实验，请你对两者在驱动电路的要求，开关特性与开关频率，有、无反并联寄生二极管，电流、电压容量以及使用中的注意事项等方面作一分析比较。21R1S22C213+5VR1 SR2P6157834PWM35+&R31432VD1L19+5VS15+13R5221&IGBT+5VR214S1 42667EXB84013159C10VD14RPR32C2R615V+S17204VD2+18V9R7图 5-1 IGBT 实验电路22*实验六 单相正弦波（SPWM）逆变电源研究一、实验目的1掌握单相正弦波（SPWM）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。2熟悉正弦波发生电路、PWM 专用集成电路 SG3525 的工作原理与使用方法。二、实验内容1正弦波发生电路调试。2PWM 专用集成电路 SG3525 性能测试。3带与不带滤波环节时的负载两端电压波形测试。三、实验系统组成及工作原理能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。本实验系统对单相推挽逆变电路进行研究。推挽逆变器的主要优点是在任何时刻导通的开关不会多于一个，对于输出相同的功率，开关损耗比较小，因此，特别适用于由低直流电压（如电池）供电的场合。另外，两个开关管的驱动信号是共地的，可简化驱动电路，其不足是变压器原边绕组利用率低，当变压器原边两个绕组不完全对称时或者两开关器件特性不对称时，还可能出现直流磁化饱和现象。逆变器主电路开关管采用功率 MOSFET 管，具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率较高的特点。当开关其间 VT1、VT 2 轮流导通，再经推挽变压器升压后，即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。脉宽调制信号由专用集成芯片 SG3525 产生。SG3525 芯片不仅能产生频率灵活可变的方波，而且可输出正弦 PWM（SPWM）信号，以提高后接变压器的工作频率。为了使SG3525 产生一个 SPWM 信号，可在芯片的 9 脚处加入一个幅度可变的 50Hz 正弦波（我们这里仅需得到频率固定的 50Hz 可变电源，若需获得频率也可变的交变电源，则只需在 9 脚处加入一个幅值与频率均可变的正弦波即可） ，与 5 脚处的锯齿波信号进行比较，从而获得23SPWM 控制信号，改变正弦波的幅值，即改变调制度 M（调制度定义为正弦波调制波峰Urm 与锯齿波载波峰值 Utm 之比，即 M=Urm/Utm）就可以改变输出电压的幅值，正常M1。考虑到 5 脚处的锯齿波如图 61a 所示，锯齿波的顶点 UH 约为 3.3V，谷点 UL 约为0.9V。图 61为此，正弦波信号必须如图 61b 所示，即其峰峰值必须在 0.9V3.3V 范围内变化。正弦波发生电路如图 63 所示。图 62 正弦波发生电路由图 62 可知，正弦波发生器由两部分组成，前半部分为 RC 串并联型正弦波振荡器，振荡频率设定在 50Hz，调节电位器 RP（即实验挂箱面板上的幅度调节电位器） ，即可调节正弦波峰峰值，从而调节 SPWM 信号的脉冲宽度以及逆变电源输出基波电压的大小。正弦波发生器的后半部分为移位电路，将正负对称的正弦波移位到第一象限，并使正弦波的谷点在 0.9V 之上。四、实验设备和仪器1MCL 11 实验挂箱 2万用表 3双踪示波器（TDS 1002）tUSWUHULU50Hzta b 8-8-C+R+RPRP224五、实验方法1认真阅读实验指导书与有关教材掌握用 SG3525 芯片产生 SPWM 信号的原理与 RC 串并联正弦波发生器的工作原理，以及推挽式单相正弦波逆变电源的工作原理、特点、波形分析与使用场合。2主电路接线见图 63。将主电路的“9”与“12”端用导线相连。（1）正弦波发生器测试测量 1 端正弦波信号的频率，最大与最小峰峰值，正弦波的谷点偏离横坐标的数值以及正弦波上、下半波的对称性。（2）SG3525 性能的测试a锯齿波周期与顶点 UH、谷点 UL 测量（分开关 S2 合上与断开两种情况） 。b正弦波与锯齿波的配合调试。当正弦波发生器的幅度调节电位器在任意位置时，都能与锯齿波有符合要求的相交点，使在“3”端能得到正确的 SPWM 控制信号。图 63 单相正弦波（SPWM ）逆变电源3不带滤波环节时的负载端波形测试（1）主电路接线同上，S 2 放在断开位置，幅度调节电位器旋转到大致中间的位置。（2）观察并记录负载端波形。135正 弦 波 发 生 器 12通断C21SR幅 度 调 节 2675G96.0+15断 通 S图 58单 相 正 弦 波 (SPWM)逆 变 电 源45VT2VT18N1N910c7613CLR12254带滤波环节时的负载端波形测试（1）断开“9”与“12”端的连线，将主电路的“9”与“10”及“11”与“12”相连，幅度调节电位器旋转到大致中间的位置。（2）观察并记录负载端波形。六、实验报告1列出正弦波信号的实测数据。2在开关 S2 断开与合上条件下，画出 SG3525 的 5 脚的锯齿波，并注明周期、顶点UH、谷点 UL。3在开关 S2 断开与合上条件下，画出不带与带滤波环节时的负载电压波形，并与理想波形相比较，试分析两者相差的原因。4实验的收获、体会与改进意见。七、注意事项开机步骤：在合上交流电源开关之前，应检查15V 电源开关 S1 是否处于断开状态。关机步骤：先关 MCL52 电源控制屏总开关，将幅度调节器调到最小，将 S1 开关打到关，最后关 MCL11 实验挂箱上的电源开关。26*实验七 直流斩波电路的性能研究一、实验目的熟悉降压斩波电路（Buck Chopper）和升压斩波电路（Boost Chopper）的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。二、实验内容1SG3525 芯片的调试。2降压斩波电路的波形观察及电压测试。3升压斩波电路的波形观察及电压测试。三、实验设备及仪器1电力电子教学实验台主控制屏。2MCL 16 组件。3MCL 544 电阻（300/0.71A） 。4万用表。5双踪示波器（TDS 1002）四、实验方法1SG3525 的调试原理框图见图 71。a) 将扭子开关 S1 打向“直流斩波”侧，将“3”端和“4”端用导线短接，将 S2 扭子开关打向“ON” 。用示波器观察“1”端输出电压波形应为锯齿波，并记录其波形的频率和幅值。b) 将扭子开关 S2 打向“OFF” ，用导线分别连接“5” 、 “6”、 “9”，再将扭子开关
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