电力电子实验指导书

电力电子技术实验指导书

郑 州 轻 工 业 学 院

电气工程实验中心

2006年3月

目录

BZT—Ⅲ B型变流、交直流调速实验装置简介及实验操作注意事项 ……………………….2实验一 单相半控桥可控整流电路的研究 ……………………………………………………5实验二 三相桥式全控整流电路的研究 ………………………………………………………8实验三 单相交流调压电路的研究 …………………………………………………………..13实验四 IGBT直流斩波电路的研究 ………………………………………………………….17实验五 DC/AC单相半桥SPWM逆变电路性能研究 ………………………………………….21

BZT—Ⅲ B型变流、交直流调速实验装置简介及

实验操作注意事项

一、概述

BZT—Ⅲ B型变流、交直流调速实验装置是华中师范大学机电厂研制生产的教学实验设备，该装置功能齐全，结构可靠，采用模块化设计，移动组合方便，面板布局直观。测试点用专门的接线端子引至面板，便于接线调试，测量及显示仪表全部采用三位半数显表。该装置供电力电子变流技术实验和交直流调速实验，也可供学生课程设计、毕业设计和有关科研使用。

二、总体结构

本装置外形尺寸为1550×800×780。实验桌上带有滑轮导轨的三个抽屉，分别装有实验所需的交直流电源、变压器、开关、熔断器及各种保护电路。各路交直流电源的输出端子都引到控制面板接线柱及台阶插座上，控制开关及可调旋纽也全部安装在面板上，并画有各个独立环节的电路原理图。实验电路全部画在各个模块面板上，接线柱、电位器也安装在电路相应的位置上，测试孔位置清晰、直观，通过模块和电源等共同构成相应的实验系统。

三、主要技术指标

（1）输入电源：三相四线 380V 50Hz

（2）装置容量：10KVA

（3）实验电源：

提供（a）三项四线制 380V交流电源。

（b）直流可调电源0―250V、8A。

（c）直流可调电源0―230V、8A。

（d）单相220V工作电源。

（e）直流稳压电源5V，1A；±15V，1A；30V，500mA

（4）绝缘电阻：>5MΩ

（5）漏电保护：漏电动作电流≥30mΑ

四、面板操作功能及操作方法

（1）面板操作功能说明：

1、漏电保护开关。2、总电源开。3、总电源关。4、单相调压手柄。5、三相电源(主电路)开。6、三相电源(主电路)关。7、三相电路指示灯。8、三相电路输出指示灯。9、交流0―300V数字显示表。10、直流0―300V数字显示表。11、工作220V电源插座。12、交流380V/220V输出接线柱。13、急停开关。14、交流0―220V输出接线柱。15、直流0―220V输出接线柱。16、交直

流可调电压输出开关。17、保险座（保险丝为10A）。18、直流40V数字显示表。19、直流电压5V，±15V，30V输出台阶插座。20、保险座

（保险丝为2A）。21、直流电压开关。22、转换开关。23、逆变变压器输入端子。24、逆变变压器输出接线柱。25、斩波变压器输出接线柱。26、三相同步电压52V输出端子。27、供实验主电路电源380V/220V输出接线柱。28、输出U、V、W电源指示灯。29、同步变压器引出端子。

（2）操作方法：

投入电源后应注意以下各点。

1．将[1]的扳把向上扳起，[7]指示灯全亮，[11]有220V电源。

2．按下[2]，[8]指示灯全亮，[12]有380V/220V电压。

3．打开[16]，[9] [10]显示为零，顺时针调节[3]，[14] [15]有电压输出，[9]

[10]

有相应的显示。

4．打开[21]，[19]有直流电压输出，转换 [22]，[18]有相应的显示。

5．按下[5]，[28]指示灯全亮，[27]有380V/220V电压输出，[26]有三相52V同步电压输出。

6．按下[6]，[28]指示灯灭，[26] ，[27]无输出电压。

7．关掉[21]，[18]对应的输出与显示全无。

8．按下[13]或 [16]，[8]指示灯灭，[12]无输出电压。

9．将[1]扳把朝下，[7] 指示灯灭，[11]无输出电压。

五、实验操作注意事项

（1）实验前一定要预习有关实验内容，了解实验目的、方法和要求，熟悉本装置电源电路图的工作原理及正确使用方法。

（2）实验电路接线应合理，导线粗细长短适当，自锁紧插件松紧适宜，保证接线良好。

（3）接完线后应仔细检查并经指导老师确认无误后方可合闸通电。

（4）做实验时，人体不可接触带电线路。接线或折线都必须在切断电源的情况下进行。在做电机实验时，电动机励磁电源给定后，不允许在实验过场中调节，以防失磁非车。

（5）在实验过程中，若发现电网突然停电或发生异常情况，须立即切断全部电源开关。若实验中接线偶然脱落，也应及时切断电源后才能把导线接回原处。

（6）实验结束后，应将实验台上的仪表、模块及各类设备、导线、工具等整理好。

实验一 单相半控桥可控整流电路的研究

一、实验目的

1．熟悉单结管触发电路的工作原理,掌握调试步骤和方法。

2．研究分析单相半控桥可控整流电路在电阻及电阻电感性负载下的工作状态。

3．明确续流二极管的作用。

二、实验电路

三、实验主要设备

1．BZT—Ⅲ B 型变流、交直流调速实验装置 1台

2．双踪示波器 1台

3．电阻器（灯板） 1台

4．电抗器（单相自耦调压器代） 1台

5．万用表 1块

四、实验内容及步骤

1．接线

根据实验电路（图1—1）把线连接好。注意电阻负载为外接灯板，电抗器为外接单相调压器。

2．单结晶体管触发电路的调试（单结晶体管触发电路原理见附录一）

闭合S，触发电路电源接通，主电路电源先不接通。用示波器分别观察并记录触发电路中整流输出A点、削波B点、锯齿波C点、单结晶体管D点及脉冲变压器输出脉冲波形。

调节移相电位器RP，观察锯齿波电压Uc的变化情况及脉冲的移相情况，估计触发电路移相范围。并将测量结果填入表1内：

表

1

3.电阻负载的研究

接通主电路电源，将单相调压器调到0位，用示波器观察负载电压Ud，晶闸管两端电压UvT的波形，调节移相电位器Rp,观察不同α角时Ud波形的变化情况，并记录Ud值，填入表2内，作出Ud=f（α）的曲线。（α值可用示波器测算）

表

2

3．电阻电感性负载的研究

将单相调压器顺时针调到最大位置。观察在不同控制角下的输出电压Ud和输出电流Id的波形。改变电感量Ld的大小，观察Id波形的变化情况。

4．研究续流二极管的作用

在电感性负载时，不接续流二极管，模拟触发电路故障，（可将控制角突然调到180°

或将触发电路脉冲Ug的引线断开）使触发脉冲突然消失，观察失控现象并记录Ud波形。接上续流二极管（可将面板上二极管V2接在输出负载两端），重复上述步骤，观察输出电压波形，与不加续流二极管的结果进行比较。

五、实验报告要求

1．说明单结管触发电路的工作原理和调试方法，分析各点波形。

2．分析电阻负载和电阻电感性负载下的输出电压和电流的波形，作出Ud=f(α)的控制特性曲线。

3．分析失控现象和续流二极管的作用。

附录一 单结晶体管触发电路

单结晶体管触发电路原理如图1—2所示。电源接通，从电源变压器输出60V交流电压经V1—V4二极管桥式整流，再经稳压管削波得到梯形波电压。这些梯形波电压与主回路的交流电压同步，又是单结管的电源。

由单结晶体管VU和电容C、电阻R4、R5、脉冲变压器及三极管V2组成张弛振荡器，以产生触发脉冲。三极管V2相当于一个可变电阻Rv2，它的等效电阻阻值随基极电位的改变而变化，改变基极电位Vb2就相当于调整这个可变电阻。V1、V2管构成复合放大，因此，调节Rp即可改变可变电阻Rv2的值，电容通过R4、Rv2充电。当C上所充电压Uc很小（Uc

注：Up为单结晶体管的峰点为电压，Uv为谷点电压。

单结晶体管触发电路由于结构简单、易于调试，在实际中仍然得到较多应用。但其缺点是输出功率较小、脉冲较窄，移相范围小。

实验二 三相桥式全控整流电路的研究

一、实验目的

熟悉KC04集成触发电路的工作原理、接线，掌握其调试方法。

熟悉三相全控整流电路的接线，观察电阻负载、电阻电感性负载和反电势负载下电路的输出电压和电流的波形。

2、实验电路

三、实验设备

BZT-Ⅲ B型变流、交直流调速实验装置 1台

直流电动机—发电机组 1台

三相整流变压器 1台

电抗器 1台

电阻器（灯板） 1台

双踪示波器 1台

万用表 1块

四、实验内容及步骤

1．首先测定三相电源的相序，然后按图2-1把主电路和触发电路接好（通往主电路的电源连线可先断开）。相序的测量方法可以采用双踪示波器，也可采用相序灯法或相序鉴别器。

2．闭合Q（即分别先后按装置电源箱面板上总电源及主电源“开”按纽），接通触发电路电源，用示波器观察1A—1E、2A—2E、3A—3E及-A、+A、–B、+B、-C、+C各点波形。如锯齿波斜率不一致，可通过调节斜率电位器RP1—RP3使其一致，并将各点波形记录于下

表。

3．电阻性负载

按起动按纽，主电路接通电源。调节移相电位器RP，用示波器观察输出电压Ud的波形及晶闸管VT1两端的电压波形，并记录触发角α分别为0°，30°，60°，90°，120°时的Ud值。如若RP调到零位时，输出电压值不为零，可调节偏移电位器RP0使其为零。

人为颠倒三相电源（即U、V、W）的相序，观察输出电压波形是否正常

。

４．电阻电感性负载

按停止按纽，主电路断电，在d1、d2端换接上电阻电感性负载。按起动按纽，接通主回路电源，观察不同α角时Ud、Id的波形，记录α=0°，30°，60°，90°时Ud值

于表中。

改变Rd的数值，观察Id波形的脉动情况。

3．反电动势负载

按停止按纽，按图在d1、d2端换接上电动机负载，接通主电路电源，调节移相电位器RP，使Ud值由0逐渐上升到额定值，用示波器观察Ud的波形。短接平波电抗器，观察Ud波形有何变化。（注：接通主电路电源前，应先接通直流电动机组的的额定励磁电源。并使移相电位器给定电压为零，即使Ud为零）。

五、实验报告要求：

1．总结三相桥式全控整流电路的调试步骤和方法。

2．整理实验中记录的波形，绘制电阻负载和电阻电感性负载时Ud =f(α)的控制曲线。

3．不同负载时，不同α与φ时电流连续与断续的情况分析。

附录二 集成触发电路工作原理

集成触发电路中主要器件就是 KC04晶闸管移相触发电路，它两路相位差180°的移相脉冲可以方便地构成三相全控桥式触发电路。该电路具有输出负载能力大，移相性能好,正负脉冲对称、移相范围宽、同步电压要求小等优点。下面把KC04晶闸管移相触发器的工作原理作一简要介绍。

图2—2为KC04电路原理图，其中划线框内为集成电路部分。从图中可以看出，它与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，可以分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及功放几个环节。

V1—V4等组成同步环节。同步

电压Us经限流电阻R20加到V1、

V2基极。在Us的正半周，V1导通，

电流从+15V—R3—VD1—V1—地。

在Us负半周，V2、V3导通，电流

从+15V—R3—VD2—V3—R5—R21—

-15V。因此，在正、负半周期间，

V4基本上处于截止状态，只有在

同

步电压|Us|

V4从电源+15V经R3、R4取得基极

电流才能导通，其波形见图2—3。

电容C1接在V5的基极和集电

极之间，组成电容负反馈的锯齿波

发生器。在V4导通时，C1经V4、

VD3迅速放电。当V4截止时，电流

经+15V—R6—C1—R22—RP1—(-15

V)对C1充电。在4#端形成线形增

长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于

流过R22、RP1的充电电流和电容

V1的大小。根据V4导通的情况可

知，在同步电压、正、负半周均有

相同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系，见图2—3。

V6及外接元件组成了移相环节。锯齿波电压Uc5（即4#端电压）、偏移电压Ub、移相控制电压Uc分别经R24、R23、R26在基极上叠加。当Ube>+0.7V时，V6导通。设Uc5、Ub为定值，改变Uc，则改变了V6导通的时刻，从而调节了脉冲的相位。

V7等组成了脉冲形成环节。平时V7经电阻R25获得基极电流而导通，电容C2由电源+15V经电阻R7、VD5、V7基射结充电。当V6由截止转为导通时，C2所充电压通过V6成为V5基极反向偏压，使V7截止。此后C2经+15V—R25—V6—地放电并反向充电，当其充电电压Uc2（即12#端）≥1.4时,V7又恢复导通.这样,在V7集电极就得到固定宽度的移相脉冲,其

宽度取决于充电时间常数R25C2的大小。

V8、V12为脉冲分选环节。在同步电压一个周期内，V7集电极输出两个脉冲，这两个脉冲的相位差为180°。脉冲分选是通过同步电压的正负半周进行的。例如在Us正半周V1导通，图2—2中的A点呈低电位，B点应为高电位，V8截止，V12导通。V12把来自V7的正脉冲嵌位在零电位。同时，V7正脉冲又通过二极管VD7，经V9—V11放大由1#端输出脉冲。在同步电压负半周，情况则相反，V8导通，V12截止。V7正脉冲V13—V15放大由15#端输出负相脉冲。

KC04中稳压管V17—V20可提高V8、V9、V12、V13的门限电压，从而提高了电路的抗干扰能力。二极管VD1、VD2、VD6—VD8为隔离二极管。

图2—4是采用KC04元件组装的六脉冲触发电路。二极管VD1—VD2组成六个或门形成六个脉冲，并由三极管V1—V6进行脉冲功率放大。

由于V8、V12的脉冲分选作用，使得同步电压在一周内有两个相位上相差180°的脉冲产生，这样，要获得三相全控桥式整流电路脉冲，只需要三个与主电路同相的同步电压就行了。因此按2—1主变压器接成D，yn11及同步变压器也接成D，yn11情况下，集成触发电路的同步电压Usa、Usb、Usc分别与同步变压器30V的UsU、UsV、UsW相接。

图2—4中RP1—RP3为锯齿波斜率电位器，RP4—RP6为同步相位电位器，调节这些电位器就能得到理想的三相平衡度。

实验三 单相交流调压电路的研究

一、实验目的

1．通过观察电阻性和电感性负载的输出电压、电流波形，加深对双向晶闸管交流调压工作原理的理解。

2．明确交流调压感性负载时其移相应在180°≥α≥φ范围内。

3．熟悉KC05晶闸管移相触发器的原理及应用。

二、实验电路

见图3—1。

3、实验设备

BZT—Ⅲ B型变流、交直流调速实验装置 1台

双踪示波器 １台

电阻器（灯板） １台

电抗器 １台

万用表 １块

交直流电压表 １块

4、实验内容及步骤

1．按图3—1把线接好，分别起动总电源“开”和三相电源“开”按纽，接通30V同步电压和直流电源（此时通往主电路的连线可先断开），用示波器观察KC05移相触发电路工作是否正常，并将A—E点波形记录与下

表中。

2.电阻负载

触发电路工作正常后，先把电源断开，接上通往主电路的连线，然后闭合电源,用示波器观察不同α角时输出电压u和双向晶闸管两端的电压uT波形,并测出负载电压的有效值.为方便读数,可取α=0°,30°,60°,90°,120°,150°各特殊角进行观察分析

。

3.电阻电感负载

按停止按钮。主电路换接上电阻电感负载，接通主电路电源，用示波器观察在不同控制角α和不同阻抗角φ情况下负载电压和负载电流的波形。R可在两块灯板范围内调节，以估算确定φ值。分别观察并记录阻抗角φ=30°（约为3只100W灯并联）时的α>φ,α=φ，α

电流的波形。

5、实验说明及应注意的问题

在做电阻电感负载实验中，当α

6、实验报告要求

1．整理实验中记录的波形。

2．作出电阻负载时U=f(α)曲线（U为负载R上的电压有效值）。

3.讨论分析实验中出现的问题。

附录三 KC05晶闸管移相触发器工作原理

KCO5集成触发器适用于双向晶闸管或两只反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线形好，移相范围宽，控制方式简单，易于集中控制，有失交保护，输出电流大等优点，是交流调压的理想电路。下面简述其工作原理:

图3—2是晶闸管移相触发器内部电

路原理图。V1、V2组成同步检测电路，

当同步电压过零时V1、V2截止，从而使

V3、V4、V5导通，V4导通，使V11基极

被短接，V11截止，V5对外界电容C1充

电到8V左右。同步电压过零结束时，V1、

V2导通，V3、V4、V5恢复截止，C1电

容经V6恒流放电，形成线形下降的锯齿

波。锯齿波的斜率由5#端的外接锯齿波

斜率电位器Rp1调节。锯齿波送至V8与

6#端引入V9的移相控制电压Uc比较放

大，当Uc>Ub时，V10、V11导通，V12

截止，V13、V14导通，输出脉冲。V4是失交保护输出，保证了移相电压与锯齿波失交时晶闸管仍保持全导通。各点波形见图3—3。

对于不同的同步电压，KC05电路同步限流电阻R1的选择可按如下经验公式计算（数值方程，同步电压的单位为V，数3的单位为mA）。

同步电压

3

为提高触发的灵敏度，双向晶闸管采用Ⅰ、Ⅲ触发方式。 R1=

实验四 IGBT直流斩波电路的研究

一、实验目的

1．熟悉斩波电路的工作原理，掌握基本斩波电路的工作状态及波形情况。

2．熟悉IGBT器件的应用。

3．熟悉W494集成脉宽调制器电路。4．了解斩波器电路的测试步骤和方法。2、实验电路

3、实验设备

BZT—Ⅲ B型变流、交直流调速实验装置 1台

双踪示波器 １台电阻器（灯板） １台直流伺服电动机（电枢电压110V，励磁电压110V）　１台万用表 １块4、实验原理

如图4—2所示，220V电源经变压器降压到90V，再由二极管桥式整流，电容滤波获得直流电源，控制IGBT的通断就可调节占空比（τ∕T），从而使输出直流电压得到调节。

控制电路采用W494PWM组成脉宽调制器，其管脚排列和内部功能框图见图4—2。电源电压Ucc的工作范围为7V≤Ucc≤40V，实验电路中Ucc接+15V。W494内部还提供一个+5V的基准电压，由14脚引出。除差动放大器外，所有内部电路均由它提供电源。PWM的开关频率由Cτ端和Rτ端决定，对地分别接入电容C和电阻R，便可产生锯齿波自激振荡，所产生

锯齿波稳定，线性度好，震荡频率为f=1/（RC）。输出控制端（13脚）用于控制W494的输出方式，当其接地时，两路输出三极管同时导通或截止，形成单端工作状态，可以用于提高输出电流，当输出控制端接VREF（14）脚时，W494形成双端工作状态，两路输出三极管接成两路对称反相的工作状态，交替导通。本实验采用13脚接地的控制方式。两个误差放大器，一个可以作为电压控制使用，用于各种不同的PWM控制，另一个可用于保护电路。采用适当连接方式可实现（0—100）%和50%—100%占空比脉冲输出。

5、实验内容及步骤

1．对照图4—1在实验装置中找出主电路和控制电路插板的位置，熟悉电路接线，找出IGBT和W494等主要元器件。

2．按图4—1把线接好（注：通往主电路90V的交流电源应从斩波变压器输出端引入，调试控制电路时，此连线可先断开），把电位器RP1调到零位。起动总电源“开”按纽，接通±15V电源，用示波器观察A点波形应为锯齿波，调节RP2，B点应有脉宽可调的脉冲输出。

3．调RP2使输出脉冲宽度为零，反向旋转RP1使控制电压由零上升，用示波器观察脉冲应逐渐变宽。调RP1应使占空比由（0 —100）%（近似）连续可调，这样则说明控制电路工作正常，记录占空比为50%时A、B两点电压波形于下表中。

4.断开总电源，从斩波变压器输出端引线到主电路，接上灯泡负载（可用200W灯泡）。合上电源，增大RP1用示波器观察负载两端电压波形，占空比是否由（0—100%）（近似）连续可调，若为连续可调方波说明电路工作正常，此时可记录占空比为50%及100%时负载两端电压uO数值及uO波形于下表中。

关掉一盏灯，重复上述实验，记录占空比为50%及100%时负载两端电压数值及波形于下

表中。

5.断开电源，把把电位器调到零位，折去灯泡负载，接上电动机负载。（励磁接为并励方式）

6.接通电源，调节RP1，用示波器观察uO波形及电动机转速的变化，看电动机运行是否平稳，当电动机工作正常后，可用直流电压表记录数据于下

表。

6、实验报告要求

1．整理记录波形，比较两种灯泡下uO波形有什么不同，为什么？2．占空比为100%时uO波形是否平直，为什么？3．画出电动机负载时uO =f（τ∕T）的关系曲线。

实验五 DC/AC单相半桥SPWM逆变电路性能研究

一、实验目的

1．验证并进一步掌握SPWM逆变电路基本工作原理。

2．熟悉函数发生器L8038、单稳态触发器4528、D触发器4013等集成电路芯片的使用。

3．学习、掌握逆变电路输出电压幅值和频率的控制方法。二、实验电路

见图5.1 、5.2。

三、实验原理

图5.1为主电路原理图。直流输入电压Vi经C2、C3分压后对半桥逆变电路供电，控制电路对开关管T1、T2进行SPWM控制，T1、T2交替通、断，可在图5.1电路的a、b两点产生双极性SPWM交流电压，经L、C6、C7滤波后，输出正弦交流电压Vo。

1.正弦波和三角波形成电路（参见控制电路原理图5.2）

选用函数发生器集成电路L8038, 产生正弦波和三角波信号, L8038芯片的4、5脚外接时

RB，10脚接时基电容C1，其2、3、9脚可同时输出同一频率的正弦波、基电阻RA、三角波和

方波。若RA=RB=R，则可使输出波形对称，改变端子1和12的电位，可以调节正弦波波形的对称性。输出频率f与10脚外接的时基电容和时基电阻的乘积RC成反比，同时还与8脚的电位V8 有关，8点电位越高，输出频率越低，L8038被设计成：

0.06(Vcc−V8)

(Vcc为电源电压）

R⋅C

R、C固定后，从外部调节V8的电位值，即可控制输出频率。VCC为6脚的外加控制电源正电压，VCC=12V。11脚接负电源电压-12V，7脚电位为6.5V，由内部参考电压供电。

2．SPWM驱动信号的形成、分配和死区控制

集成芯片ICL8038（Ⅰ）产生频率fr=50HZ的正弦波Vsin，经运算放大器放大，形成幅

RW4

)Vsin；L8038（Ⅱ）产生频率fc=5KHZ的三角值为4.8V的正弦波信号Vr，Vr=(1+R3

波，经运算放大器放大，形成幅值为6V的三角波信号VC。Vr和VC再经LM311比较器比较及CD4081与非门反相后，输出VE即为PWM-；VE反相后得到VF即为PWM+。

采用芯片4528单稳态电路作死区控制。当单端B端为“1”、A端为“0”时，为“1”， A端跃变为“1”时，立即为“0”，待延时Δt（Δt为单稳态时间）后，恢复到“1”。因此VE、VF的PWM信号加到单端4528后的最初Δt期间，=0，无驱动信号；延时Δt后，=1，才有驱动信号输出。驱动信号的死区时间由单稳的暂稳态时间Δt，即充电电阻R和电容C确定，图中R7、R8=4.2KΩ、C3、C4=1000P、Δt=4～5μS。

a．当比较器LM311的输入端Vr＞VC，VD=1时，VF=1，VE=0

VF=1，PWM+为高电位，延时Δt后，V7=1=1，T1的驱动信号SPWM1为高电位，T1被开通；同时VE=0，PWM-为低电位，T2的驱动信号SPWM2为低电位，T2阻断。

输出频率fr≈

1

VI 2

b．当比较器LM311的输入端Vr＜VC，VD =0时，VF =0，VE=1VF=0，PWM+为低电位， T1的驱动信号SPWM1低电位，T1阻断；

VE=1，PWM-为高电位，延时Δt后V9=2=1，T2的驱动信号SPWM2为高电位，T2被开

这时主电路输出Vab=+通。

11

VI，Vab=-Vba =−VI。在一个开关周期中，输出电压Vab波22

1

形为双极性SPWM波形，但其幅值为VI。

2

3.驱动电路

驱动电路采用集成驱动电路芯片IR2110，芯片IR2110芯片只需单电源+12V供电，它将两路驱动信号SPWM1、 SPWM2经功率放大处理后，变为开关管、T1、T2的驱动电压。

这时主电路输出Vba=+

4.过流、过压及保护电路

过流、过压保护电路如图4.3,所示,采用具有置位/复位功能的D触发器CD4013作保护环节,采用三个霍尔器件(电流传感器)对电路进行过流保护.过流信号M1、M2、M3及过压信号M4(模拟),经二极管组成的或门送入CD4013的4脚(R端),正常工作时, M（M1、M2、M3、M4）均为零，R=0，Q=1，使驱动信号SPWM1、SPWM2开放，同时=0，故障灯不亮；当过流或过压时，M为高电位，使R=1，导致

=0，SPWM1=0， SPWM2=0，封锁了开关管驱动信号，T1、T2关断，同时，=1，故障灯LED亮，显示故障状态。

5.故障后复位：保护电路对故障信号有记忆功能，一旦有故障后，其输出端stop=0不变，应将主电路输入直流电源电压调为零，消除故障按下复位按钮后，才能使stop端复位为1，解除脉冲封锁，重新启动逆变器工作。

四、实验设备

1．直流电源模块BM182．交直流电压表、电流表

3．电阻负载（变阻器）、电感（75mH）4．DC/AC半桥逆变主电路模块BM245．DC/AC半桥逆变控制电路模块BM25

五、实验内容及步骤

1．观察控制电路波形。将直流电压（实际接±15V）、⊥三个端口接入半桥逆变控制电路的相应端口，M1、M2、M3接地、M4的旋钮逆时针调至最小，用以封锁过压保护信号。合上总电源开关及直流输出电源的开关，控制电路工作；

2.观察记录三角波VC的波形，频率=Z、幅值=察正弦波Vr波形，调节RW1使正弦波频率为50HZ、调节RW4使正弦调制波幅值Vrm约为5V；

3．连接主电路。将控制电路模块中驱动信号AB、CD、、过流保护信号M1、M2、M3（与地线断开后）与主电路中相应端口相连、主电路中的霍尔（HL）器件工作电源±12V与控制电路工作电源±12V使用同一组直流电源。合上总电源开关及直流输出的开关，电路工作。

4．观察AB与CD两组驱动信号波形。将两组驱动信号的参考点B、D端用导线相联，接示波器探笔地线端，示波器两个通道信号端分别

接入A、C端，同时观察。记录波形后，将B、D端连线拆除。

5．关闭总电源开关，将可调三相电源的任意一相相电压接入直流电源模块BM18输入端，输出端与主电路相接（注意极性），并接入直流电流、电压表（注意量程及极性）；

6．观察并记录额定工况时的电压波形。

半桥逆变主电路输出端接电阻负载（阻值约为55Ω），串接交流电流表（量程3A），并

联接电压表。检查、确认电路连线正确，经老师认可后，合上总电源及直流电源输出开关，观察开关管T1和T2的驱动信号是否正常，再合上三相电源开关，电路工作。将直流电源电压Vi调至200V，交流输出电压VO≈55V。

（a）纯电阻负载（R=55Ω，输出电流1A），（b）串联加入电感负载（L=75MH），在以上

两种情况下，观测记录输出交流电压VO、IO的波形及数据于表一中。

7．交流输出电压特性

(1) 纯电阻负载R=55Ω，正弦调制电压Vrm=4.8V不变,改变直流电源电压Vi，检测并记录输出电压VO的数据于表二中。

表二

（2）电阻负载R=55Ω，直流电源电压Vi改变时，调节正弦调制电压幅值Vrm（调节RW4，顺时针调节Vrm增大，逆时针减小）使输出电压VO=55V不变，检测并记录Vrm与Vi的函数关系于表三中。

验证VO=Vrm/ VCm·Vi=M·Vi的关系式是否成立。

（3）改变负载电流，调节正弦调制电压幅值，使输出电压VO=55V不变，检测并记录Vrm与IO的函数关系于表四中。

验证VO=

Vrm

Vi=M•Vi的关系式是否成立。

Vcm

（）直流电压i=不变，正弦调制电压Vrm不变，调节负载改变负载电流O，检测并记录VO的数据于表五中。

表五

(5)观测超调、非线形特性

fr=50HZ，直流电压Vi=220V，电阻负载R=55Ω，调节正弦调制电压幅值Vrm，检测并记录输出电压VO的值于表六中。

表

六

调节8038（I）的电阻RW1，改变正弦调制波的频率fr，幅值Vrm不变，观测并记录输出电压VO幅值及频率于表七中。

表

七

8．观察过流、过压保护功能

a）过流保护：过流保护点设置为2A，逆变器正常工作时，将电阻负载慢慢减小，输出电流IO将逐渐升高（用电流表检测），当输出电流IO的值超过整定值2A时，保护电路

动作，逆变器立即停止工作，同时故障灯亮。

b）过压保护：在图5.3保护电路中,在M4点加一个高电平模拟过压信号(即顺时针旋转M4),使CD4013的R端置于高电位,此时保护电路动作,逆变器应立即停止工作,同时故障灯亮。

六、实验报告

1.用SPWM逆变电路的基本工作原理对实验结果进行归纳、总结。2.提出对实验目的、内容及实验装置的改进意见。

Çý¶¯T1Çý¶¯T2

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