20 级。
信号与控制综合实验》课程。
实验报告。基本实验四：电力电子基本实验)
姓名学号专业班号电气同组者1 学号专业班号电气
同组者2 学号专业班号电气
指导教师。日期。
实验成绩。评阅人。
实验评分表。
目录。一、pwm信号的生产和pwm控制的实现1
二、dc/dc－pwm升压、降压变换电路性能研究5
三、三相桥式相控整流电路性能研究7
四、dc/ac单相桥式spwm逆变电路性能研究15
五、dc/dc pwm升降压变换电路(cuk变换器)设计20
六、实验结论24
七、心得与自我评价24
八、参考文献25
一、pwm信号的生产和pwm控制的实现。
一、实验目的。
1.掌握pwm控制芯片的工作原理和外围电路的设计方法；
2.掌握控制电路调试方法，了解其他pwm控制芯片的原理及设计原则。
二、实验内容。
1.了解基于pwm芯片的控制电路的工作原理；
2.验证该控制电路的反馈电压调节脉宽功能，软启动功能，死区控制功能等。
三、实验步骤和数据分析。
1、pwm脉宽调节：软启动后，在v1端口施加电压作为反馈信号vf，给定信号vg=2.5v，改变v1端口电压大小，即可改变v3,从而改变输出信号的脉宽。
v3越大，k越大，c=j+k越大，脉宽越小；反之脉宽越大。记录不同v1下的输出波形并与预计实验结果比较。
不同v1下的输出pwm波形如图1-1所示，图1-1(a)、v1=2.40v时输出pwm波形。
图1-1(b)、v1=2.44v时输出pwm波形。
图1-1(c)、v1=2.49v时输出pwm波形
通过比较不同v1时的pwm波形可以看出，反馈电压v1越大，输出的pwm占空比越小。
2、为防止变换器启动时较大的冲击电流，控制芯片tl494和其他控制芯片相似也采用了软启动。在启动时，为防止变换器冲击电流的出现，驱动脉宽应从零开始增大，逐渐变宽到工作所需宽度。本实验中此功能由脉冲封锁端口电位的逐渐开放来实现，电位又打逐渐变小，便可实现软启动。
为对控制芯片的该控制过程有更明确和清晰的认识，我们可以观察芯片启动过程中“启动和保护端口4”（tp3）的电压波形变化并与实验前**进行比较。
软起动时4号引脚的电位变化如图1-2所示，图1-2(a)、jp2连接1，2时的软启动波形。
图1-2(b)、jp2连接3，4时的软启动波形。
由图1-2可以看出，在软启动的过程中，4号脚的电位v4是缓慢下降的，使得开放的脉冲宽度从零开始增大。下降的速度与rc电路的充电速度有关，jp2分别连接1，2和3，4时，由于电阻值的不同，使得软启动的速度不同，也使得v4的稳态值不同，从而改变了死区时间。
3、死区时间测量：使反馈电压为零，即v3=0，则k=0，将jp2连接5和6，调节v4电位，观察并记录pwm输出波形，并测量死区时间。
观察死区时间的pwm波形如图1-3所示，图1-3、死区时间。
测量得死区时间td=9μs。且调节电位器使v4越大，死区时间越长。
二、dc/dc－pwm升压、降压变换电路性能研究。
一、实验目的。
1、验证、研究dc/dcpwm升、降压变换电路的工作原理和特性；
2、进一步掌握pwm集成电路芯片的应用、设计原则；
3、了解电压/电流传感器的选用原则，建立驱动电路的概念和要求；
4、掌握反馈环节与滤波电路的概念和设计原则。
二、实验内容。
1、了解熟悉buck变换器个环节之间的信号幅值和功率关系，正确地设计并连接、调试；
2、占空比与电流连续方面的研究，对应的个参数设计、实验验证；
3、控制器设计研究：开环特性、闭环特性、反馈环节的设计与选用。
三、实验步骤和数据分析。
1、电感和滤波电容的计算。
选取开关频率f=10khz，80v≤vs≤100v，则0.417≤d≤0.625。由临界连续电流表达式。
则。取l=10mh，则0.094a≤≤0.1458a，343ω≤r≤533ω，即r＜343ω时，负载电流一定连续，故取r=250ω。
取纹波系数。
则滤波电容。
取c=100μf。
2、研究降压变换器的开环特性。
、固定占空比d、负载电阻rl不变，研究输出电压vo与输入电压vi的关系；
在d=0.5，rl=250ω时测得vo与vi的关系如表2-1所示，表2-1、固定d、rl时，vo与vi的关系。
由实验数据可以看出，当输入电压vi改变时，输出电压vo与其保持线性变化，变压比m= =d。
、固定占空比d、输入电压vi不变，研究输出电压vo与负载电阻rl的关系；
在d=0.5，vi=100v时测得vo与rl的关系如表2-2所示，表2-2、表2-1、固定d、vi时，vo与rl的关系。
由实验数据可以看出，当负载电阻rl较小时，输出电压vo基本不变，此时输出电流连续，变压比m=d；当负载电阻rl增大时，输出电流变小，当小于临界连续电流iob时，电流断续，此时输出电压升高，m>d。
、固定负载电阻rl、输入电压vi不变，研究输出电压vo与占空比d的关系；
在vi=100v，rl=250ω时测得vo与d的关系如表2-3所示，表2-3、固定vi、rl时，vo与d的关系。
由于负载电阻rl=250ω可以保证负载电流连续，所以当改变占空比d时，输出电压随之变化，变化过程中保持变压比m= =d。
三、三相桥式相控整流电路性能研究。
一、实验目的。
1、了解晶闸管相控整流的移相调控原理和方法，掌握不同性质负载时三相桥式相控整流电路输出电压的控制特性。
2、观察输出直流电压及输入交流电流波形，了解相控整流功率因数普遍低下的共病。
3、滤波器设计。
二、实验步骤和数据分析。
1、输出接阻性负载，观察不同控制角α时的输出电压电流波形。
输入线电压v1=45v，负载电阻r=200ω时，输出电压电流波形随控制角α的变化关系如图3-1所示，图3-1(a1)、α0°时输出电压波形。
图3-1(a2)、α0°时输出电流波形。
图3-1(b1)、α30°时输出电压波形。
图3-1(b2)、α30°时输出电流波形。
图3-1(c1)、α60°时输出电压波形。
图3-1(c2)、α60°时输出电流波形。
图3-1(d1)、α90°时输出电压波形。
图3-1(d2)、α90°时输出电流波形。
2、输出接阻感性负载，观察不同控制角α时的输出电压电流波形。
输入线电压v1=45v，负载r=200ω、l=133mh时，输出电压电流波形随控制角α的变化关系如图3-1所示，图3-2(a1)、α0°时输出电压波形。
图3-2(a2)、α0°时输出电流波形。
图3-2(b1)、α30°时输出电压波形。
图3-2(b2)、α30°时输出电流波形。
图3-2(c1)、α60°时输出电压波形。
图3-2(c2)、α60°时输出电流波形。
图3-2(d1)、α90°时输出电压波形。
图3-2(d2)、α90°时输出电流波形。
输出接电阻负载和阻感性负载时输出电压ud随控制角α的变化如表3-1所示，表3-1、输出电压ud随控制角α的变化。
分析图3-1、图3-2和表3-1中的波形和数据可以得出以下结论：
、三相桥式相控整流电路输出接电阻负载，当控制角α>60°时，ud断续，此时输出电压ud<1.35v1cosα；
、三相桥式相控整流电路输出接阻感性负载，ud=1.35v1cosα始终连续，且当α>60°时，ud的波形**现负值成分，直至α>90°以后，ud<0。
四、dc/ac单相桥式spwm逆变电路性能研究。
一、实验目的。
1、验证spwm逆变电路的基本工作原理，并进一步掌握spwm信号形成电路的设计方法；
2、学习、掌握逆变电路输出电压幅值和频率的控制方法；
3、了解逆变电路滤波器的设计原则。
二、实验内容。
1、验证spwm逆变电路的基本工作原理；
2、掌握逆变电路输出电压幅值与频率的控制方法；
3、设计滤波器。
三、实验步骤和数据分析。
1、接好控制电路和对应的电源，顺序观察控制电路三角波vtri和正弦波vsin的波形。
vp-p=8.00v，f=4.717khz的三角波vtri波形如图4-1所示，图4-1、三角波vtri波形。
vp-p=4.96v，f=50hz的正弦波vsin波形如图4-2所示，图4-2、正弦波vsin波形。
2、观察测量控制电路输出驱动波形的死去时间，如图4-3所示，图4-3、驱动波形的死区时间。
测量得死区时间td=12.4μs。
3、合上主电路的总电源开关，逆变器工作，用示波器记录逆变后的spwm波形，如图4-4所示，图4-4、逆变后的spwm波形。
4、设计滤波器参数：当fr=50hz，fc=5khz时，调制比n=100，则最低次谐波频率为f100=nfr=5khz，滤波器的截止频率要求f<<5khz，取l=266mh，c=0.1μf，此时截止频率f=975hz。
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