实验四-单相交直交变频电路的性能研究

北京信息科技大学电力电子技术实验报告实验项目：单相交直交变频电路的性能研究学院：自动化专业：自动化（信息与控制系统）姓名/学号：贾鑫玉/2012010541班级：自控1205班指导老师：白雪峰学期：2014-2015学年第一学期实验四单相交直交变频电路的性能研究一．实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。二．实验内容1．测量SPWM波形产生过程中的各点波形。2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。三．实验设备及仪器1．电力电子及电气传动主控制屏。2．NMCL-16组件。3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH电感)。4．双踪示波器。5．万用表。四．实验原理单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。本实验中主电路中间直流电压ud由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A的IGBT单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET和IGBT专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制VT1、VT4和VT2、VT3两对IGBT。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz。五．实验方法45L1G3VT33E3VT4CG4E2图2—8单相交直交变频电路G11E1G22VT1VT21．SPWM波形的观察（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。（2）观察三角形载波Uc的波形（“1”端与“地”端），测出其频率，并观察Uc和U2的对应关系：（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。（4）观察对VT1、VT2进行控制的SPWM信号（“5”端与“地”端）和对VT3、VT4进行控制的SPWM信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端防号之间的互锁延迟时间。2．驱动信号观察在主电路不接通电源情况下，S3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM波形发生”的G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。3．S3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连，“主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱（将一组900Ω/0.41A并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω）和直流安培表（将量程切换到2A挡）。将经检查无误后，S3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。六．注意事项1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。G1E1G2隔离驱及E2G3隔离动5脉6冲延迟34G4及驱动E312三角波正弦波正弦波频率调节图2--9SPWM波形发生七、实验报告：1：画出完整实验原理图：2、实验相关波形分析（1）、正弦波发生电路输出的正弦波信号：最小频率为2.37Hz，最大为33.3Hz。（2）、三角波分析：在实验中得到只能改变参考波（正弦信号）的频率，而无法改变载波（三角波）的频率，因此载波比随着正弦波频率变化而变化。因此是异步调制。主电源正弦波三角波脉冲延迟隔离及驱动隔离及驱动负载（3）、三角波与正弦波对比合并显示一个完整正弦周期内对比图即为：得到SPWM波为：（4）、反向后触发脉冲对比（5）经过互锁延迟后触发脉冲比较：由图得到互锁延迟时间为35微秒左右。（6）、负载电压波形（1）幅值为23.5V，频率为31.6Hz（2）幅值为23.5V，频率为15.7HZ（）（3）幅值为23.5V，频率为2.40Hz分析：当电阻负载时，调节输入的正弦波的频率，对输出正弦波形的电压幅值基本没有影响，只改变其输出频率。输出正弦交流电频率随输入正弦信号频率的增大而增大。输出交流电波形为一条完整的正弦曲线：为使输出波形尽可能的接近正弦波，可以通过增大载波比来实现。3、分析正弦波与三角波之间不同的载波比情况下的负载波形，理解改变载波比对输出功率管和输出波形的影响。答：载波比越高，负载波形越接近正弦波；当载波的频率不变时，提高调制波频率会提高负载波形的频率；当载波比提高时，功率管耗能增加，而输出波形越接近正弦波。八、实验体会：通过本次实验，熟悉了单相交直交变频电路的组成，对于单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理也有了深入理解。实验后，通过对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作分析，更加加深了对交直交变频电路工作原理以及SPWM波形产生的原理的理解。