《华科电力电子实验报告概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华科电力电子实验报告概要（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 20 级信号与控制综合实验课程实 验 报 告(基本实验四:电力电子基本实验)姓 名 学 号 专业班号 电气同组者1 学 号专业班号 电气 同组者2 学 号专业班号 电气 指导教师 日 期 实验成绩 评 阅 人 实验评分表基本实验实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）实验分值评分PWM信号的生成和PWM控制的实现DC/DCPWM升压、降压变换电路性能研究三相桥式相控整流电路性能研究DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能研究设计性实验实验名称/内容实验分值评分DC/DC PWM升降压变换电路（cuk变换器）设计创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分目 录一、PWM信号的生产和PW
2、M控制的实现1二、DC/DCPWM升压、降压变换电路性能研究5三、三相桥式相控整流电路性能研究7四、DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能研究15五、DC/DC PWM升降压变换电路(cuk变换器)设计20六、实验结论24七、心得与自我评价24八、参考文献25U201111789张丕沛 电力电子实验报告 25一、PWM信号的生产和PWM控制的实现一、实验目的1.掌握PWM控制芯片的工作原理和外围电路的设计方法；2.掌握控制电路调试方法，了解其他PWM控制芯片的原理及设计原则。二、实验内容1.了解基于PWM芯片的控制电路的工作原理；2.验证该控制电路的反馈电压调节脉宽功能，软启动功能，死区控制功
3、能等。三、实验步骤和数据分析1、PWM脉宽调节：软启动后，在V1端口施加电压作为反馈信号Vf，给定信号Vg=2.5v，改变V1端口电压大小，即可改变V3,从而改变输出信号的脉宽。V3越大，K越大，C=J+K越大，脉宽越小；反之脉宽越大。记录不同V1下的输出波形并与预计实验结果比较。不同V1下的输出PWM波形如图1-1所示，图1-1(a)、V1=2.40V时输出PWM波形图1-1(b)、V1=2.44V时输出PWM波形图1-1(c)、V1=2.49V时输出PWM波形通过比较不同V1时的PWM波形可以看出，反馈电压V1越大，输出的PWM占空比越小。2、为防止变换器启动时较大的冲击电流，控制芯片TL
4、494和其他控制芯片相似也采用了软启动。在启动时，为防止变换器冲击电流的出现，驱动脉宽应从零开始增大，逐渐变宽到工作所需宽度。本实验中此功能由脉冲封锁端口电位的逐渐开放来实现，电位又打逐渐变小，便可实现软启动。为对控制芯片的该控制过程有更明确和清晰的认识，我们可以观察芯片启动过程中“启动和保护端口4”（TP3）的电压波形变化并与实验前预测进行比较。软起动时4号引脚的电位变化如图1-2所示，图1-2(a)、JP2连接1，2时的软启动波形图1-2(b)、JP2连接3，4时的软启动波形由图1-2可以看出，在软启动的过程中，4号脚的电位V4是缓慢下降的，使得开放的脉冲宽度从零开始增大。下降的速度与RC
5、电路的充电速度有关，JP2分别连接1，2和3，4时，由于电阻值的不同，使得软启动的速度不同，也使得V4的稳态值不同，从而改变了死区时间。3、死区时间测量：使反馈电压为零，即V3=0，则K=0，将JP2连接5和6，调节V4电位，观察并记录PWM输出波形，并测量死区时间。观察死区时间的PWM波形如图1-3所示，图1-3、死区时间 测量得死区时间td=9s。且调节电位器使V4越大，死区时间越长。二、DC/DCPWM升压、降压变换电路性能研究一、实验目的1、验证、研究DC/DCPWM升、降压变换电路的工作原理和特性；2、进一步掌握PWM集成电路芯片的应用、设计原则；3、了解电压/电流传感器的选用原则，
6、建立驱动电路的概念和要求；4、掌握反馈环节与滤波电路的概念和设计原则。二、实验内容1、了解熟悉BUCK变换器个环节之间的信号幅值和功率关系，正确地设计并连接、调试；2、占空比与电流连续方面的研究，对应的个参数设计、实验验证；3、控制器设计研究：开环特性、闭环特性、反馈环节的设计与选用。三、实验步骤和数据分析1、电感和滤波电容的计算。选取开关频率f=10kHz，80VVs100V，则0.417D0.625。由临界连续电流表达式则取L=10mH，则0.094A0.1458A，343R533，即R343时，负载电流一定连续，故取R=250。取纹波系数则滤波电容取C=100F。2、研究降压变换器的开环
7、特性。、固定占空比D、负载电阻RL不变，研究输出电压Vo与输入电压Vi的关系；在D=0.5，RL=250时测得Vo与Vi的关系如表2-1所示，表2-1、固定D、RL时，Vo与Vi的关系Vi/V80859095100105110115120Vo/V323541434546495054变压比M0.40.4120.4560.4530.450.4380.4450.4350.45由实验数据可以看出，当输入电压Vi改变时，输出电压Vo与其保持线性变化，变压比M= =D。、固定占空比D、输入电压Vi不变，研究输出电压Vo与负载电阻RL的关系；在D=0.5，Vi=100V时测得Vo与RL的关系如表2-2所示，
8、表2-2、表2-1、固定D、Vi时，Vo与RL的关系RL/500250200100Vo/V58454242变压比M0.580.450.420.42由实验数据可以看出，当负载电阻RL较小时，输出电压Vo基本不变，此时输出电流连续，变压比M=D；当负载电阻RL增大时，输出电流变小，当小于临界连续电流IOB时，电流断续，此时输出电压升高，MD。、固定负载电阻RL、输入电压Vi不变，研究输出电压Vo与占空比D的关系；在Vi=100V，RL=250时测得Vo与D的关系如表2-3所示，表2-3、固定Vi、RL时，Vo与D的关系占空比D0.500.430.300.24Vo/V45423228变压比M0.45
9、0.420.320.28 由于负载电阻RL=250可以保证负载电流连续，所以当改变占空比D时，输出电压随之变化，变化过程中保持变压比M= =D。三、三相桥式相控整流电路性能研究一、实验目的1、了解晶闸管相控整流的移相调控原理和方法，掌握不同性质负载时三相桥式相控整流电路输出电压的控制特性。2、观察输出直流电压及输入交流电流波形，了解相控整流功率因数普遍低下的共病。3、滤波器设计。二、实验步骤和数据分析1、输出接阻性负载，观察不同控制角时的输出电压电流波形。输入线电压V1=45V，负载电阻R=200时，输出电压电流波形随控制角的变化关系如图3-1所示，图3-1(a1)、=0时输出电压波形图3-1
10、(a2)、=0时输出电流波形图3-1(b1)、=30时输出电压波形图3-1(b2)、=30时输出电流波形图3-1(c1)、=60时输出电压波形图3-1(c2)、=60时输出电流波形图3-1(d1)、=90时输出电压波形图3-1(d2)、=90时输出电流波形2、输出接阻感性负载，观察不同控制角时的输出电压电流波形。输入线电压V1=45V，负载R=200、L=133mH时，输出电压电流波形随控制角的变化关系如图3-1所示，图3-2(a1)、=0时输出电压波形图3-2(a2)、=0时输出电流波形图3-2(b1)、=30时输出电压波形图3-2(b2)、=30时输出电流波形图3-2(c1)、=60时输出
11、电压波形图3-2(c2)、=60时输出电流波形图3-2(d1)、=90时输出电压波形图3-2(d2)、=90时输出电流波形输出接电阻负载和阻感性负载时输出电压Ud随控制角的变化如表3-1所示，表3-1、输出电压Ud随控制角的变化0306090电阻性负载Ud/V59.351.733.96.98阻感性负载Ud/V59.750.732.43.871.35V1cos/V60.7552.6130.3750分析图3-1、图3-2和表3-1中的波形和数据可以得出以下结论：、三相桥式相控整流电路输出接电阻负载，当控制角60时，Ud断续，此时输出电压Ud60时，Ud的波形中出现负值成分，直至90以后，Ud0。四
12、、DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能研究一、实验目的1、验证SPWM逆变电路的基本工作原理，并进一步掌握SPWM信号形成电路的设计方法；2、学习、掌握逆变电路输出电压幅值和频率的控制方法；3、了解逆变电路滤波器的设计原则。二、实验内容1、验证SPWM逆变电路的基本工作原理；2、掌握逆变电路输出电压幅值与频率的控制方法；3、设计滤波器。三、实验步骤和数据分析1、接好控制电路和对应的电源，顺序观察控制电路三角波Vtri和正弦波Vsin的波形。Vp-p=8.00V，f=4.717kHz的三角波Vtri波形如图4-1所示，图4-1、三角波Vtri波形Vp-p=4.96V，f=50Hz的正弦波Vsin波形如图4-2所示，图4-2、正弦波Vsin波形2、观察测量控制电路输出驱动波形的死去时间，如图4-3所示，图4-3、驱动波形的死区时间测量得死区时间td=12.4s。3、合上主电路的总电源开关，逆变器工作，用示波器记录逆变后的SPWM波形，如图4-4所示，图4-4、逆变后的SPWM波形4、设计滤波器参数：当fr=50Hz，fc=5kHz时，调制比N=100，则最低次谐波频率为f100=Nfr=5kHz，滤波器的截止频率要求f5kHz，取L=266mH，C=0.1F，此时截止频率f=975Hz。经滤波后的输出电压波形如图4-5所示，图4-5、滤波后的
