6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
更新时间:2023-11-08 18:41:02 阅读量: 教育文库 文档下载
实 验 报 告
课程名称:
现代电力电子技术
实验项目: 单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路验 实验时间: 实验班级:
总 份 数: 指导教师:
自动化 学院 电力电子 实验室
二〇〇 年 月 日
朱鹰屏
广东技术师范学院实验报告
学院: 自动化学院 姓名:
电气工程及其自
专业: 班级:
动化 学号:
组别:
组员: 指导教师签名:
成绩:
实验地点: 电力电子实验室 实验日期: 预习情况
操作情况 考勤情况 数据处理情况 实验 (六) 项目名称:单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验 1. 实验目的和要求
(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。 (2)熟悉ICL8038的功能。 (3)掌握SPWM波产生的基理。
(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形,并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2. 实验原理
采用SPWM正弦波脉宽调制,通过改变调制频率,实现交直交变频的目的。实验电路由三部分组成:即主电路, 驱动电路和控制电路。
主电路部分: AC
AC-4G1+2V1V3G31G23G4V2V4LOAD
AC/DC (整流) DC/AC (逆变)
图4-1 主电路结构原理图
如图4-1所示, 交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路(由实验挂箱DJK09提供);逆变部分(DC/AC)由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路,采用双极性调制方式。输出经LC低通滤波器,滤除高次谐波,得到频率可调的正弦波(基波)交流输出 。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载,在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。 (2)驱动电路:
如图4-2(以其中一路为例)所示,采用IGBT管专用驱动芯片M57962L,其输入端接控制电路产生的SPWM信号,其输出可用以直接驱动IGBT管。其特点如下:
①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能,通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT管CE结之间的饱和压降升到某一定值,使8脚输出低电平,在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平,经过流保护电路(见图4-3),使4013的输出Q端呈现低电平,送控制电路, 起到了封锁保护作用。 SPWM114VEE61+9VVin3+5TLP521OC18OVCU13VR11C1G1COMVoutVCC54E1+24 图4-2 驱动电路结构原理图
GND2M57962L
+5V+5V4013Q126
OC1OC2OC3OC4图4-3保护电路结构原理图
(3)控制电路:
图4-4 控制电路结构框图
178SADJTRI WFM BIASFM SWTIM CAPSIN WSQU WVCCDADJV OR GNDSADJDADJ3 +5+57362+5V2RCQ6
-510241854R14357VCCCLKDGNDSSTOPQ964-511112PWM+4+5V5+53CABCLRQPWM+7&&SPWM1 8038+5574HC08:ASTOP74HC08:BUr+574HC04:A74HC04:B23+74528
317810SADJTRI WFM BIASFM SWTIM CAPSIN WSQU WVCCDADJV OR GNDSADJDADJ32-UmLM311+5V14RCQUc678
-5-152964-5+515PWM-+5CABCLRQ74HC08:C74HC08:DPWM-&910121113&SPWM2COM4111125545288038图4-5控制电路结构原理图
控制电路如图4-5所示,它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成,其中一片
8038产生正弦调制波Ur,另一片用以产生三角载波Uc,将此两路信号经比较电路LM311异步调制后,产生一系列等幅,不等宽的矩形波Um,即SPWM波。Um经反相器后,生成两路相位相差180度的±PWM波,再经触发器CD4528延时后,得到两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波,作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。各波形的观测点均已引到面板上,可通过示波器进行观测。
为了便于观察SPWM波,面板上设置了“测试”和“运行”选择开关,在“测试”状态下,三角载波Uc的频率为180HZ左右,此时可较清楚地观察到异步调制的SPWM波,通过示波器可比较清晰地观测SPWM波,但在此状态下不能带载运行,因载波比N太低,不利于设备的正常运行。在“运行”状态下,三角载波Uc频率为10KHZ左右, 因波形的宽窄快速变化致使无法用普通示波器观察到SPWM波形,通过带储存的数字示波器的存储功能也可较清晰地观测SPWM波形。
正弦调制波Ur频率的调节范围设定为5-60Hz。
控制电路还设置了过流保护接口端STOP,当有过流信号时,STOP呈低电平,经与门输出低电平,封锁了两路SPWM信号,使IGBT 关断,起到保护作用。
3. 主要仪器设备
序号 1 2 3 4 5 6 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK06 给定及实验器件 DJK09 单相调压与可调负载 DJK14单相交直交变频原理 双踪示波器 万用表 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块 该挂件包含“二极管”等模块 该挂件包含“单相自藕调压器” 等模块 自备 自备
4. 实验内容及步骤 实验内容:
(1)控制信号的观测。 (2)带电阻及电阻电感性负载。
实验步骤:
(1)控制信号的观测
在主电路不接直流电源时,打开控制电源开关,并将DJK14挂箱左侧的钮子开关拨到“测试”位置。
①观察正弦调制波信号Ur的波形,测试其频率可调范围; ②观察三角载波Uc的波形,测试其频率;
③改变正弦调制波信号Ur的频率,再测量三角载波Uc的频率,判断是同步调制还是异步调制;
④比较“PWM+”,“PWM-” 和“SPWM1”,“SPWM2”的区别,仔细观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。
(2)带电阻及电阻电感性负载
在实验步骤1之后,将DJK14挂箱面板左侧的钮子开关拨到“运行”位置,将正弦调制波信号Ur的频率调到最小,选择负载种类:
①
将输出接灯泡负载,然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器,使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路,由小到大调节正弦调制波信号Ur的频率,观测负载电压的波形,记录其波形参数(幅值、频率)。
F(HZ) UO(V) 15 116 30 116.2 50 116.3 60 116.6
②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载,然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源(通过调节交流侧的自藕调压器,使输出直流电压保持为200V),由小到大调节正弦调制波信号Ur的频率观测负载电压的波形,记录其波形参数(幅值、频率)。
F(HZ) UO(V) 15 116.3 30 116.5 50 116.7 60 116.8
5. 实验数据记录和处理
(1)将输出接灯泡负载,然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器,使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路,由小到大调节正弦调制波信号Ur的频率,观测负载电压的波形,记录其波形参数(幅值、频率)。
F(HZ) UO(V) 15 116 30 116.2 50 116.3 60 116.6
②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载,然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源(通过调节交流侧的自藕调压器,使输出直流电压保持为200V),由小到大调节正弦调制波信号Ur的频率观测负载电压的波形,记录其波形参数(幅值、频率)。
F(HZ) UO(V)
15 116.3 30 116.5 50 116.7 60 116.8
6. 实验结果与分析
(1)双踪示波器有两个探头,可同时测量两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上,否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此,为了保证测量的顺利进行,可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线,这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时,必须在被测电路上找到这两个信号的公共点,将探头的地线接于此处,探头各接至被测信号,只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号,而不发生意外。 (2)在“测试”状态下,请勿带负载运行。
(3)面板上的“过流保护”指示灯亮,表明过流保护动作,此时应检查负载是否短路,若要
继续实验,应先关机后,再重新开机。
(4)当做交流电机变频调速时,通常是与调压一起进行的,以保持V/F=常数,本装置是采用手动调节输入的交流电压。
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