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实验五单相正弦波脉宽调制SPWM电路实验一、实验目的(1)熟悉单相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。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”以及“开关”等模块。3DJK09单相调压与可调负载4双踪示波器5万用表三、实验线路及原理采用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。(1)主电路部分:G1G2G3G4+-1234V1V2V3V4LOADACACAC/DC(整流)DC/AC(逆变)图5-1主电路结构原理图如图5-1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。实验时可由面板上的“负载选择”开关进行选择。图5-2驱动电路结构原理图(2)驱动电路:如图5-2（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结之间的饱和压降降到一定值，使8脚输出高电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现低电平，经过流保护电路（见图5-3），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。OVCU81314VEE6VCC4Vout5VR11Vin3GND2+9V1+24C1G1E1+5OC1M57962LTLP521SPWM1COM图5-3保护电路结构原理图(3)控制电路:控制电路如图5-4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。图5－4控制电路结构框图OC1OC2OC3OC4D5Q1CLK3Q2R4S6VCC14GND7+5V+5VSTOP40133261587432615874RC2C1A4B5CLR3Q6Q7RC14C15A12B11CLR13Q10Q9+5+5+5VPWM+PWM+PWM-PWM-+5-5+5+5V+5VSADJ1FMBIAS7FMSW8TIMCAP10VORGND11SADJ12DADJ4DADJ5VCC6SQUW9SINW2TRIW3SADJ1FMBIAS7FMSW8TIMCAP10VORGND11SADJ12DADJ4DADJ5VCC6SQUW9SINW2TRIW3-5+5-5+5UrUcSTOP-15-5+5237LM311Um8038803845284528&&&&+-SPWM1SPWM2COM74HC04:A74HC04:B74HC08:A74HC08:B74HC08:C74HC08:D图5－5控制电路结构原理图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，通过示波器的锁定功能可清晰地观测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,因波形的快速闪动致使无法观察到SPWM波，通过示波器的锁定功能并经扩展后也可清晰地观测SPWM波。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。四、实验内容(1)控制信号的观测。(2)带电阻及电阻电感性负载。(3)带电机负载（选做）。五、思考题(1)为了使输出波形尽可能地接近正弦波，可采取什么措施？(2)调制波可否采用三角波？(3)分析开关死区时间对输出的影响。六、实验方法(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“负载选择”开关拨至R，L位置，接DJK06给定及实验器件，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）。②保持“负载选择”开关在R，L位置，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）。(3)带电机负载（选做）。将“负载选择”开关拨至“电机”位置，接入DJ21-1电阻启动式单相交流异步电动机，此时必须先将正弦调制波信号Ur的频率调至最小，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，并由小到大调节交流侧的自藕调压器输出的电压，观察电机的转速变化，并逐步由小到大调节正弦调制波信号Ur的频率，用示波器观察负载电压的波形，并用转速表测量电机的转速的变化，并记录之。七、注意事项(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。(1)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。