电力电子与电力传动实训实验指导书

电力电子与电力传动实训实验指导书

西南交通大学电气工程学院电气工程专业实验中心

二零一四年二月

目录

1.概述.......................................................................................................................12.总体技术参数......................................................................................................2

2.1系统参数...................................................................................................22.2系统构成...................................................................................................2

2.2.1实验台....................................................................................................22.2.2主电路模块............................................................................................32.2.3控制电路模块........................................................................................32.2.4负载........................................................................................................32.2.5传感器....................................................................................................3

3.开发平台各功能箱介绍及使用说明..................................................................4

3.1PESX-21控制电源箱..............................................................................4

3.1.1功能........................................................................................................43.1.2面板接线................................................................................................43.1.3技术参数................................................................................................53.1.4使用说明................................................................................................53.2PESX-22电压传感器实验箱..................................................................5

3.2.1功能........................................................................................................53.2.2面板接线................................................................................................53.2.3技术参数................................................................................................63.2.4使用说明................................................................................................63.3PESX-23IGBT驱动箱...........................................................................6

3.3.1功能........................................................................................................63.3.2面板接线................................................................................................73.3.3技术参数................................................................................................73.3.4工作原理................................................................................................83.4PESX-24三相整流控制箱...................................................................10

3.4.1功能......................................................................................................103.4.2面板接线..............................................................................................103.4.3技术参数..............................................................................................113.4.4工作原理..............................................................................................113.4.5使用说明..............................................................................................143.5PESX-25PWM控制箱.........................................................................14

3.5.1功能......................................................................................................143.5.2面板接线..............................................................................................143.5.3技术参数..............................................................................................153.5.4工作原理..............................................................................................153.5.5使用说明..............................................................................................233.6PESX-26单片机控制单元箱...............................................................23

3.6.1功能......................................................................................................233.6.2面板接线..............................................................................................233.6.3技术参数..............................................................................................24

3.6.4工作原理..............................................................................................253.6.5使用说明..............................................................................................293.7PESX-27DSP控制箱............................................................................30

3.7.1功能......................................................................................................303.7.2面板接线..............................................................................................303.7.3技术参数..............................................................................................323.7.4工作原理..............................................................................................323.8PESX-28多相IGBT驱动单元箱.......................................................51

3.8.1功能......................................................................................................513.8.2面板接线..............................................................................................523.8.3技术参数..............................................................................................523.8.4工作原理..............................................................................................533.9PESX-01三相全控桥...........................................................................55

3.9.1功能......................................................................................................553.9.2面板接线..............................................................................................553.9.3技术参数..............................................................................................563.9.4工作原理..............................................................................................563.9.5使用说明..............................................................................................573.10PESX-02三相逆变桥..........................................................................57

3.10.1功能....................................................................................................573.10.2面板接线............................................................................................573.10.3技术参数............................................................................................583.10.4使用说明............................................................................................583.11PESX-03单相/三相整流桥................................................................58

3.11.1功能....................................................................................................583.11.2面板接线............................................................................................593.11.3技术参数............................................................................................593.12PESX-04电容组件.............................................................................59

3.12.1功能....................................................................................................593.12.2面板接线............................................................................................593.12.3技术参数............................................................................................603.12.4使用说明............................................................................................603.13PESX-05脉冲功放.............................................................................60

3.13.1功能....................................................................................................603.13.2面板接线............................................................................................613.13.3技术参数............................................................................................613.13.4工作原理............................................................................................613.13.5使用说明............................................................................................623.14PESX-06同步变压器箱.....................................................................62

3.14.1功能....................................................................................................623.14.2面板接线............................................................................................623.14.3技术参数............................................................................................633.14.4使用说明............................................................................................633.15PESX-07多相逆变桥..........................................................................63

4

3.15.1功能....................................................................................................633.15.2面板接线............................................................................................633.15.3技术参数............................................................................................643.15.4使用说明............................................................................................643.16PESX-T高频变压器...........................................................................64

3.16.1功能....................................................................................................643.16.2面板接线............................................................................................653.16.3技术参数............................................................................................653.16.4使用说明............................................................................................663.17PESX-L1高频滤波电抗器.................................................................66

3.17.1功能....................................................................................................663.17.2面板接线............................................................................................663.17.3技术参数............................................................................................663.17.4使用说明............................................................................................673.18PESX-L2工频滤波电抗器..................................................................67

3.18.1功能....................................................................................................673.18.2面板接线............................................................................................673.18.3技术参数............................................................................................673.18.4使用说明............................................................................................683.19PESX-LA负载电阻箱.........................................................................68

3.19.1功能.....................................................................................................683.19.2技术参数............................................................................................683.19.3使用说明............................................................................................693.20PESX-DAM交/直流机组....................................................................69

3.20.1功能....................................................................................................693.20.2接线说明............................................................................................693.20.3技术参数............................................................................................693.20.4使用说明............................................................................................713.21PESX-M主控制台..............................................................................71

3.21.1功能....................................................................................................713.21.2技术参数............................................................................................713.21.3使用说明............................................................................................713.21.4操作....................................................................................................723.21.5航空插座定义....................................................................................72实验例程...........................................................................................................734.1直流降压/升压斩波实验........................................................................73

4.1.1实验目的...............................................................................................734.1.2实验内容..............................................................................................734.1.3实验设备及仪器...................................................................................734.1.4实验接线..............................................................................................744.2半桥DC/DC变换电路实验....................................................................76

4.2.1实验目的...............................................................................................764.2.2实验内容..............................................................................................764.2.3实验设备及仪器...................................................................................76

4.2.4实验接线..............................................................................................774.3三相全控整流实验.................................................................................79

4.3.1实验目的...............................................................................................794.3.2实验内容...............................................................................................794.3.3实验设备及仪器...................................................................................794.3.4实验接线..............................................................................................794.3.5实验方法及步骤..................................................................................814.4单片机入门实验.....................................................................................85

4.4.1实验目的..............................................................................................854.4.2实验内容..............................................................................................854.4.3实验设备及仪器..................................................................................854.4.4实验方法及步骤..................................................................................854.5基于单片机的单相整流实验.................................................................85

4.5.1实验目的..............................................................................................854.5.2实验内容..............................................................................................854.5.3实验设备及仪器..................................................................................854.5.4实验原理..............................................................................................864.5.5实验方法及步骤..................................................................................874.6基于单片机的三相整流实验.................................................................88

4.6.1实验目的..............................................................................................884.6.2实验内容..............................................................................................884.6.3实验设备及仪器..................................................................................884.6.4实验原理..............................................................................................894.6.5实验接线..............................................................................................894.6.6实验方法及步骤..................................................................................904.7DSP入门实验........................................................................................91

4.7.1实验目的..............................................................................................914.7.2实验内容..............................................................................................914.7.3实验设备及仪器..................................................................................914.7.4实验接线..............................................................................................914.7.5实验方法及步骤..................................................................................914.8异步电机调速实验.................................................................................93

4.8.1实验目的..............................................................................................934.8.2实验内容..............................................................................................934.8.3实验设备及仪器..................................................................................934.8.4实验接线..............................................................................................944.8.5实验方法及步骤..................................................................................954.9永磁同步电机调速实验...........................................................................96

4.9.1实验目的..............................................................................................964.9.2实验内容..............................................................................................964.9.3实验设备及仪器..................................................................................964.9.4实验接线..............................................................................................974.9.5实验方法及步骤..................................................................................98

附录各功能箱原理图.........................................................................................110

1.概述

电力电子技术是电气工程专业一门技术基础课，随着技术的发展，它正在向电力系统等学科发展渗透。怎样让学生更好地掌握应用这门课程是我们必须思考的问题。电力电子技术本身是一门实践性很强的课程，仅有理论和仿真分析是远远不够的，最终必须通过实验，才能验证理论及仿真的正确性。目前电力电子技术实验开设的实验项目90%都是验证性实验，学生在两个小时内按图接线测量波形即可，基本上是一种“傻瓜”式教学。完成实验后，根本不知道电路是怎么构成的，使用了哪那些器件，更不可能分析实际测量波形与理论仿真不同波形的原因，所以传统的实验教学是不能满足新的本科培养体系要求。为此，结合我院电力传动专业学科特点，开设电力电子与电力传动实训课。

该课程与其它教学实验课的区别在于以下两点：

课程设置上不同。该课程贯穿于整个学期，规定每个组必须完成一定数量、不同电路拓扑且难易程度不一的题目，老师针对需做的题目讲解3周，重点讲解设计方法，另外3周根据题目进行仿真，余下9周根据仿真计算搭建实验线路验证计算实际是否正确。实验室提供一个开放的时间，供学生随时进行实验。

该实验台由我院相关课程老师进行设计，委托校外公司生产。其电路沉淀积累了老师多年科研和工程经验以及当今电力电子技术发展的先进技术。对学生来讲，本身就是一个学习的过程。要完成规定题目，必须熟悉实验台所有电路。只有很好地掌握了主电路和控制电路的工作原理才能进行调试，才能发现问题，解决问题。

为了满足课程要求，专业实验中心购买了“PESX-Ⅰ组合电力电子实验台”和“PESX-Ⅱ组合电力电子与电力传动实验台”两种实验平台。Ⅱ型与Ⅰ型相比，在DSP控制箱、IGBT驱动以及交流机组作了较大升级改动，具体改变内容见第三章。为了叙述方便，在本文统称为“组合电力电子与电力传动实验台”，“PESX-Ⅰ组合电力电子实验台”简称“Ⅰ型实验台”，“PESX-Ⅱ组合电力电子实验台”简称“Ⅱ型实验台”。

组合电力电子与电力传动实验台由实验台，机组或负载，主电路模块和控制电路模块等四大类构成。其中控制模块分为专用芯片控制、单片机控制和DSP+FPGA控制三种层次。常用的电力电子与电力传动系统（如整流电源、斩波电源、逆变器电源、大功率开关电源、三相PWM整流器、H型斩波器、直流传动、交流传动等）都可以在实验台上实现。实验台具有如下特点：

1)采用模块式结构。主电路、控制、电源、传感器等模块都采用独立的模块结构，且模块完全开放，开发可根据自己需要，象积木一样搭建自己的系统。

2)控制系统多层次。控制模块由专用控制器（TC787/SG3525）、单片机（MCU+CPLD）和DSP（F2812）+FPGA三类组成，满足多种主电路结构和不同层次的开发要求。

3)采用先进技术。平台中除有传统技术之外，还采用先进的技术和器件。

主模块采用英飞凌IGBT、其驱动采用Concept公司的专用驱动（国际上使用最广泛）、控制器采用高性能单片机MCU和DSP+FPGA，平台适用于先进技术的研究和产品开发。

4)考虑多种辅助功能。实验台可提供多种辅助功能，如专供示波器使用

的单相隔离电源、交直流电流和电压表、连接导线等，给使用者提供方便。

2.总体技术参数

2.1系统参数

1)输入电源：三相AC380V+地；2)总功率：5KVA；3)整流变压器：3.5KVA；4)隔离变压器：1KVA；5)励磁变压器：双路500VA。

2.2系统构成

2.2.1实验台

实验台用于摆放各种实验箱，内部配保险、隔离开关、主电源开关、电源指示、变压器等，面板配交流电流表（380V3只）、交流电压表（380V3只）、直流电压表（300V、750V各1只）、直流电流表（30A2只）、可调励磁电源，实验台下部用于存放各种电路功能模块。2.2.2主电路模块

1)PESX－012)PESX－023)PESX－034)PESX－045)PESX－056)PESX－067)PESX－078)PESX-L19)PESX-L210)PESX-T

2.2.3控制电路模块

1)PESX－21

2)PESX－223)PESX－234)PESX－245)PESX－256)PESX－267)PESX－278)PESX－28

三相全控桥箱；三相逆变桥箱；（Ⅰ型）单相/三相整流桥箱；电容组件箱；脉冲功放箱；同步变压器箱；多相逆变桥箱；（Ⅱ型）高频滤波电感箱；工频滤波电抗器箱；高频变压器箱；控制电源箱；电压传感器箱；

1台1台1台1台1台1台1台1台1台1台1台1台

三相IGBT驱动单元箱；1台三相整流控制箱（Ⅰ型）；1台PWM控制箱；单片机控制箱；DSP控制箱；

1台1台1台

多相IGBT驱动单元箱（Ⅱ型）；

1台

2.2.4负载

1)PESX-LA三相负载电阻箱；2)PESX-DAM

交直流机组

30A

1台1套3只3只

2.2.5传感器

1)补偿式电流传感器

2)电压传感器（10mA/25mA）

3)高频电流互感器（20A/100mA）4)光电编码器（集电极开路输出）5)力矩传感器（SL06-50）

1只1只1只

3.开发平台各功能箱介绍及使用说明

3.1PESX-21控制电源箱

3.1.1功能

本实验箱是将交流220V变为直流5V，±15V，24V，给控制系统提供工作电源。

Ⅰ型实验台与Ⅱ型实验台差别主要在电源的主控绕组。Ⅰ型实验台用5V作主控，其电源主控芯片采用PI公司的TOP246；Ⅱ型实验台用15V作主控，其电源主控芯片采用UC3842。由于主控绕组不同，其额定输出电流不同3.1.2面板接线

Ⅰ型实验台PESX-21控制电源箱面板如图3-1所示：

PESX-21 控制电源箱

开

+5V,GND:3A+15V,AGND:0.5A-15V,AGND:0.5A

+5VGND+15VAGNDAGND-15V

输出电压，电流

+24V,GND1:1A+24V,GND:0.5A+5V,GND2:0.5A

+24VGND+5VGND2+24VGND1

关

图3-1PESX-21控制电源箱面板(Ⅰ型)

Ⅱ型实验台PESX-21控制电源箱面板如图3-2所示：

PESX-21 控 制 电 源 箱

开

+5V,GND:1A

+15V,AGND:1.5A-15V,AGND:0.5A

+5VGND+15VAGNDAGND-15V

输出电压，电流

+24V,GND1:1A+24V,GND:0.5A+5V,GND2:0.5A

+24VGND+5VGND2+24VGND1

关

图3-2PESX-21控制电源箱面板(Ⅱ型)

+5V，GND：直流5V及数字地输出；+15V，AGND；+15V及模拟地输出；-15V，AGND；-15V及模拟地输出；+24V，GND1；第一路24V输出；+24V，GND；第二路24V输出；+5V，GND2：备用5V输出；

3.1.3技术参数

输入：交流220V，50HZ；

输出：+5V，GND：3A(Ⅰ型，主控绕组)，1A(Ⅱ型)；+15V，AGND；0.5(Ⅰ型)，1.5(Ⅱ型，主控绕组)；-15V，AGND；0.5A；

+24V，GND1；1A（隔离输出）；+24V，GND；0.5A（隔离输出）；+5V，GND2：0.5A（隔离输出）；

3.1.4使用说明

一般地，控制系统使用的5V，±15V接本箱体的前三组输出，数字

地和模拟地在本电源未联接在一起，根据需要可在控制板上通过一个零欧电阻单点相连。本箱体另外三组输出中+24V、GND1用于继电器、光耦逻辑变换或光电编码器供电；当+24V、GND用于控制板上继电器控制，它的地需与控制地连接一起；+5V、GND2可用于控制系统显示或隔离通讯。

注意：由于控制电源采用反激电路，若负载只加在副控绕组上，在主控绕组输出端必须加一个假负载。其假负载大小需大于额定输出电流的15%。

3.2PESX-22电压传感器实验箱

3.2.1功能

本实验箱用于测量任意波形电压。当原边输入电流10mA时，次边输出25mA。本实验箱中一共有三个相同的电压传感器，每个电压传感器接线相同。3.2.2面板接线

本实验箱的面板如图3-3所示。

PESX-22 电压传感器箱

U12

+HT-HT

+M-

+15V-15V

U21U22

RM2

+HT-HT

+M-

+15VMHV2-15V

U31RM3

+HT-HT

+M-

+15VMHV3-15V

U11U12U21U22U31U32+15V-15VMHV1MHV2MHV3GND

图3-3PESX-22电压传感器箱面板

U11、U12：电压传感器1输入；U21、U22：电压传感器2输入；U31、U32：电压传感器3输入；+15V、-15V：电压传感器工作电压；

MHV1、MHV2、MHV3：电压传感器信号输出。

3.2.3技术参数

输入电源：+15V、-15V；

输入信号电流：10mA(对应电压520V)；输出信号电流：25mA。

3.2.4使用说明

本传感器箱使用的传感器是NV25-P，它采用霍尔感应原理，可测量任意波形电压。当输入电流10mA时，输出25mA。本箱体内装三路相同的电压检测回路，在原边串联4个13K/2W的金属电阻，当输入直流520V，也即原边电流10mA时，传感器输出25mA，检测电流流过一个取样电阻，将其变成电压信号。若检测直流电压为260V，可将传感器原边串联的四个电阻短接两个。

3.3PESX-23IGBT驱动箱

3.3.1功能

本箱体配置在Ⅰ型实验台上。其内装三路IGBT驱动电路。它以2SD315-AI专用IGBT驱动模块为核心，外加工作电源过欠压检测、短路保护设置、上下桥臂信号互锁以及故障信号恒流源变换等四部分电路。从控制板输出的驱动信号经过驱动板隔离放大后直接驱动IGBT模块，同时将检测到的IGBT短路或过流、工作电源过欠压等故障信号以电流方式返回到控制板。

3.3.2面板接线

本实验箱面板如图3-4所示。

PESX-23 IGBT驱动单元箱

+15VGNDINA1GNDINA2GNDERRA

GNDVDDVDC

PWM OSC

CA1

EA1Rth2

IGD

Viso1

+15V

VDC

CB1

EB1Rth2

IGD

Viso1

+15V

VDC

PWM OSC

CC1

EC1Rth2

IGD

Viso1

GND

CA1GA1EA1CA2GA2GNDINB1GNDINB2GNDERRB

GND

CB1GB1EB1CB2GB2GNDINC1GNDINC2GNDERRC

GND

GC2EC2

IGD

LDI

VDD

IGD

LDI

VDD

IGD

LDI

GNDGND

GA2GB2+15VGNDINA1GNDINA2GNDERRA+15VGNDINB1GNDINB2GNDERRB+15VGNDINC1GNDINC2GNDERRC

图3-4PESX-23IGBT驱动板面板图

箱体内装三个各自独立的驱动电路，所以其外部接线端子的+15V、GND在内部未连接在一起的。

+15V、GND：工作电源；

INA1、INA2：A相桥臂的上、下管驱动信号，由控制板输入；INB1、INB2：B相桥臂的上、下管驱动信号，由控制板输入；INC1、INC2：C相桥臂的上、下管驱动信号，由控制板输入；

CA1、GA1、EA1；CA2、GA2、EA2：A相桥臂输出驱动信号，由驱动板输出到IGBT；

CB1、GB1、EB1；CB2、GB2、EB2：B相桥臂输出驱动信号，由驱动板输出到IGBT；

CC1、GC1、EC1；CC2、GC2、EC2:C相桥臂输出驱动信号，由驱动板输出到IGBT；

ERRA、ERRB、ERRC：A、B、C三相桥臂故障反馈信号。3.3.3技术参数

工作电源：+15V；最大电流：470mA；

工作频率：DC~大于100KHZ；驱动IGBT电压：1700V；

输出峰值电流：±18A(门极到射极)；输出功率：6W；

IGBT短路保护设定值：84A（125℃）。

3.3.4工作原理

驱动板原理图见附录附图4。整个驱动板电路可分为以下几部分：输入过压保护：当输入电压超过16V，稳压管WD1击穿，引起保险管FU1熔断。

输入欠压保护：当输入电压低于12V时，Q1截止，Q2导通，将2SD315驱动模块管脚3和9电平拉低，驱动模块封锁输出到IGBT的驱动信号，同时U1管脚2电平由低变高，此变化时间由R6和C3决定，管脚4由高变低，LED1熄灭。管脚6由高变低，Q4截止，恒流故障信号从Q5流向控制板。

两路控制驱动信号整形及互锁：控制板输入到驱动板两路驱动信号经过U3、U4隔离取出后，再经RC滤波，进入到U1管脚9、11整形。主电路拓扑若是半桥、全桥或逆变，控制板来的信号本身相差180°，也即当U3为高电平时，U4应该是低电平，为了避免驱动信号经过光耦和RC滤波后引起脉冲延时及脉宽变化，在信号输入到驱动模块时再加两套互锁电路。两套互锁电路分别由WD4、R16、R17、Q6和WD5、R23、R24、Q7组成，当U1管脚10为高电平时，Q6导通，保证输入到驱动模块的另一路信号为低电平。

2SD315-AI驱动模块：本模块是驱动板的核心，具体工作原理见文档“DescriptionandApplicationManualforSCALEDriver.”。

IGBT门极保护及短路检测：IGBT门极控制电压不允许超过±20V，为了避免由于脉冲尖峰或驱动模块故障引起施加到IGBT门极电压超过设计值，一般地，在IGBT门极加一对反向串联的稳压管。短路保护检测原理见文档“DescriptionandApplicationManualforSCALEDriver.”。

箱体内每驱动板包含两路IGBT驱动电路，总共可驱动6个IGBT。从控制板到驱动板的驱动信号和故障返回信号均以电流方式传输，这样可避免控制信号在强磁环境下长线传输被干扰。驱动板输出到IGBT模块的G、E端信号线长度不要超过10cm，同时要求双绞，避免IGBT门极信号受干扰产生误动作。

驱动模块工作模式设定为直接工作模式，也就是输出到IGBT的驱动信号和其输入信号同相且脉冲宽度一样(忽略驱动模块输入和输出之间的传输延时以及滤波造成的脉宽减少)。当然也可将其设为半桥工作模式，但需要改变PCB

线路。具体设定方法见附件文档“DescriptionandApplicationManualforSCALEDriver”。

针对本开发系统IGBT为BSM50GB120DN2，已经设定其短路保护值为84A(125℃)。若需改变短路保护值，可改变驱动板的R28和R32。具体设定方法如下：

首先从IGBT的Uce~Ice曲线上查出在温度125℃时，需要保护设定的电流值对应的电压Uce，然后用以下公式计算Rth：

Rth

UR26 Ud UCE(off)

I

UR26为R26的压降其中：（R26阻值为180Ω，UR26=1.4mA×180Ω=0.252V）；Ud为IGBT的集电极所连接的二极管导通压降，两个二极管压降约为1.3V。UCE(Off)为对应于设定的IGBT过流电流值时IGBT的通态压降。

由控制板输入到驱动板的驱动信号均采用电流传输方式，如图3-5所示电路。不同的控制电平，其输出限流电阻不同。

信号驱动电流一般设计为12mA。由驱动板返回的故障信号电流流过控制板光耦，可将故障电流信号变为电压信号。下图为驱动板返回到控制板在光耦4脚测量的电压波形。

图3-6故障信号波形

3.4PESX-24三相整流控制箱

3.4.1功能

本实验箱是三相整流控制的核心，有以下三个作用：

根据同步变压器箱输入的A、B、C三相同步信号产生6路触发脉冲，其形式为双窄脉冲列；其移相范围为0°～150°，可满足电阻和电感性负载；

板内有两个运放构成的PI调节器，组成一个电流内环、电压(转速)外环的双闭环控制系统；

箱内设有过流、过压保护环节，当故障发生时封锁触发脉冲，同时可通过继电器输出故障信号。3.4.2面板接线

箱体面板如图3-7所示。

PESX-24 三相整流控制箱

+15V-15V+24VGND

+15V-15VGNDMHV1MHA1

-15VUg1Ug2GNDUaUxUbUyUcUzT1T2T3T4T5T6GND

图3-7三相整流控制箱面板

+15V、GND、-15V：控制系统各个芯片工作电源；+24：控制系统继电器工作电源，其地与控制地相同；

-15V、Ug1、Ug2、GND：外接给定；

+15V、-15V、MHV1、MHA1：电压、电流传感器工作电源和检测信号；Ua、Ux、Ub、Uy、Uc、Uz：三相同步电压输入；

T1、T2、T3、T4、T5、T6、GND：三相整流控制移相脉冲输出。3.4.3技术参数

输入电源电压：±15V、+24V；三相同步信号相电压30V；给定电压：0～-10V；反馈电压：0～2.5V；反馈电流：0～30mA；

移相脉冲输出电流幅值：6.82mA.3.4.4工作原理

锯齿波同步移相触发电路：移相控制脉冲产生电路原理如3-8所示。该电路以移相触发集成芯片TC787为核心，接收来自三相同步变压器的三相同步信号和移相控制信号Ut，产生相应的六路触发脉冲。来自保护电路的LOCK信号接入TC787第5管脚，当LOCK信号为高电平时，TC787将封锁输出脉冲起到故障情况下封锁脉的作用。调整W1、W3、W5、W2、W4、W6六个电位器可以调节触发脉冲与施加到晶闸管上主电压的相位关系。注意任意两个电位器都会互相影响脉冲的位置。TC787

详细介绍见附件。

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当开关拨到3位置时，系统为开环控制，来至Ug的给定信号（0～-10V）经过给定积分电路使Ut输出为（0～10V），控制触发脉冲的移相范围在0～150°变化。当开关拨到2位置时，系统为闭环控制，给定信号Ug（0～-10V）经过给定积分变正后与电压反馈信号的误差输入电压调节器反向端，生成电流给定值，电流给定值与电流反馈信号的误差值输入电流调节器反向端，产生移相控制信号Ut

，使输出电压跟随给定电压变化。

调节PI参数。电流环调节器输出饱和值为稳压管WD2稳压值+10V。

U3A及其周边元件构成的反相放大器作为电流调节器和TC787之间接口的变换器。对于TC787来说，当Ut越小，则其脉冲触发角α越小，整流输出电压就越大。而外接的电位器给定电压越大，电流调节器输出越大，为此，在这两者之间加一个反相器，使得给定增加时，整流输出电压也增加。调节W12可使在给定一定值时，输出电压变化。

当给定值小于0.2V时，结型场效应管Q1和Q2导通，把电压外环和电流内环调节器输出锁零，保证给定为零时输出也为零。

电压反馈电路为U3B组成的反比例放大电路，调节电位器W11可以调节比例放大倍数。

电流反馈电路为U3C组成的正比例放大电路，调节电位器W13可以调节比例放大倍数。

3.4.5使用说明

控制板使用见“4.3三相全控整流实验”。

3.5PESX-25PWM控制箱

3.5.1功能

PWM控制板以专用PWM控制芯片SG3525为核心，可用于多种DC/DC电源变换器控制（升压斩波器、降压斩波器、半桥开关电源和全桥开关电源）和直流电机调速系统控制。

控制板留有电压、电流和速度接口，可以实现各种信号的监测、保护和反馈，控制板上有多种跳线，可实现开环、单闭环和双闭环多种控制功能。控制板上还有给定积分积分单元，专供直流调速控制。

需要说明的是：原理图中的参数是根据调试来配置的，在实际应用过程中，电路各元件参数可根据实际情况来调整。3.5.2面板接线

PESX-25PWM控制箱面板如图3-12

PESX-25 PWM控制箱

+15V-15VMHA1GND

+15V-15VGNDVrefVRGND

+15V-15VRU1GNDUF+OUT-OUT+UC-UCVCCGNDSHORTGNDDRAGNDDRB

图3-12PWM控制箱面板

+15V、-15V、MHA1、GND：电流传感器工作电源及检测信号(MHA1)；+15V、-15V、GND：箱体工作电源；

Vref、VR、GND：外接给定电源，其中Vref、GND外给定，VR外接电源(2.5V)；

+15V、-15V、RU1、GND、UF：电压传感器工作电源及检测信号(RU1)，其中，RU1接传感器输出信号为电流型，UF接传感器输出信号为电压型，二者根据传感器选择一种；

+OUT、-OUT：输出电压检测；+UC、-UC：中间直流电压检测；

VCC、GND、SHORT、GND、DRA、GND、DRB：去驱动板电源、驱动信号及故障返回信号。3.5.3技术参数

控制电源：+15V/0.5A、-15V/0.3A；外部给定电压：DC0~5V；电流传感器取样电阻：100欧；电压传感器取样电阻：100欧；速度反馈输入：DC

0-5V；

PWM驱动输出信号：14mA；IGBT故障输入信号：5~20mA；OUT+与OUT-电流：＜1mA；UC+与UC-电流：＜1mA；3.5.4工作原理

电路图由电源指示和保护单元、给定单元、给定积分器、电压/速度调节器、PWM控制器、输出电压检测和保护单元、故障锁定单元、直流电压检测和保护单元、电流检测和保护单元组成。

电源指示和保护单元：电源指示和保护单元的原理如图3-13所示。输入VCC（+15V）和VSS（-15V）经F1和F2自恢复保险后有两个防反二极管D8和D9,电源接反时，电源经防反二极管短路，保险断开，保护控制板和电源。电源接线正常时，电源指示灯L1和L2亮。控制板出现短路或过载时，保险断开，保护上一级电源。

ND

图3-13电源指示和保护单元原理图

给定单元：图3-14是给定单元的原理图。给定单元的电压是由SG3525内部产生一个稳定性能稳定的5.1V电压源，有板上给定和面板给定两个，两个给定通过两个二极管取大输出。当调试时，可采用板上给定，调节电位器RP1调节给定的大小，给定由D1输出。采用外部给定时，可将RP1的输出调到0V，外部给定由V-ref通过D2输出为给定。外部给定可以用一个电位器接上JK1上调节。

图3-14给定单元

给定积分单元：图3-15是给定积分器原理图。给定积分器的功能是让给定信号按一定的上升或下降斜率加到调节器的输入作为参考指令Ur，以防止上升指令变化太快对大惯性系统的冲击。上升斜率小，上升时参考指令慢慢增大，下降斜率大，下降指令快速减小。

这样既能限制指令上升速度，减小上升时的电流冲击，又能保证减速时

图3-15给定积分器

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