逆变电路实验报告.docx
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逆变电路实验报告
开放实验报告书
一、实验目的---------------------------------------3
二、实验内容---------------------------------------3
三、实验电路的组成及工作原理-----------------------5
四、实验方法及步骤--------------------------------6
五、实验数据记录-----------------------------------7
六、实验结论---------------------------------------9
一、实验目的
了解SPWM逆变电路和PWM逆变电路的工作原理和应用，熟悉双极性可逆直流脉冲宽度调制型变换电路的组成和工作原理，掌握此电路的工作状态及波形情况，以及电路的调试方法。
二、实验内容
（1）逆变电路（包括SPWM逆变和PWM逆变）的原理与应用的学习和了解
（2）直流PWM专用集成电路SG3525系列脉宽调制型控制电路的调试。
（3）驱动控制单元调试。
（4）H型双极性PWMDC-AC变换电路性能测试
SPWM逆变电路的原理分析介绍
所谓的SPWM波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波，等效的原则是每一区间的面积相等
逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。
SPWM控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM法，正弦波PWM法（SPWM法），磁链**型PWM法和电流跟踪型PWM法，其中利用SPWM控制技术做成的SPWM逆变器具有以下主要特点：
（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。
（2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。
（3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。
PWM逆变电路原理介绍
PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型结构形式,它由四个功率MOSFET管和四个续流二极管组成的双极式PWM可逆变换器。
在本次试验中，考虑到条件的限制，我们在这里采用第二种方案：
采用SG3525芯片来代替单片机编程来实现脉冲调制的功能。
即采用PWM逆变电路实验设计。
下面先简单介绍一下SG3525芯片的内部基本电路和原理：
脉宽调制器SG3525的应用特点及控制
图1为SG3525内部结构图。
基准电压调整器受15端的外加直流电压Vc的影响,当Vc低于7V或严重欠压时,基准电压调整器的精度值就得不到保证,由于设置了欠压锁定电路,当出现欠电压时,欠电压锁定功能使A端线由低电压上升为逻辑高电平,经过或非门输出转化为:
P1=A+B+C+D=P2=1+B+C+D=0
图1 SG3525内部结构图
SG3525的13脚输出为高电平,功率驱动电路输出至功率场效应管的控制脉冲消失,逆变器无电压输出。
欠电压使A端线高电压传到T3晶体管基极,T3导通为8引脚外接电容C3提供放电的途径,C3经T3放电到零电压后,限制了比较器的PWM脉冲电压输出,该电压上升为恒定的逻辑高电平,PWM高电压经PWM锁存器输出至D端线仍为恒定的逻辑高电平,C3电容重新充电之前,D端线的高电平不会发生变化,封锁输出。
欠电压消失后,欠电压锁定功能使A恢复低电压正常值,C3电容由50μA电流源缓慢充电,C3充电对PWM′和D端脉冲宽度产生影响,同时对P1和P2输出脉冲产生影响,其结果是使P1和P2脉冲由窄缓慢变宽,只有C3充电结束后,P1和P2的脉冲宽度才不受C3充电的影响。
这种软启动方式,可使系统主回路电机及功率场效应管避免承受过大的冲击浪涌电流。
系统的故障关闭功能
为便于从主回路受检测到的故障信号,集成控制器内部T3晶体管基极经一电阻连接10引脚。
过流保护环节检测到的故障信号使10脚为高电平,由于T3基极与A端线相连,故障信号产生的关闭过程与欠电压锁定过程类似。
另外,故障信号使T3导通提供8引脚C3电容的放电路径,C3放电到零电压为软启动作好准备。
故障消除后T3截止,C3由电流源缓慢充电,这与欠电压消失后的软启动过程一样。
在本电路中,过流保护环节还输出一个信号到与门的输入端,当出现过流信号时,检测环节输出一低电平信号到与门的输入端,使脉冲消失,与SG3525的故障关闭功能一起构成双重保护。
三、实验电路的组成及工作原理
H型双极性可逆PWM变换器分为驱动控制电路和主电路两部分。
驱动控制电路包括直流电压给定单元、由SG3525芯片构成的脉宽调制器UPW单元、脉冲整形和隔离及驱动单元，主电路包括桥式二极管整流滤波电路和由四只功率管MOSFET构成的H型PWM变换电路及负载。
SG3525是用来产生频率灵活可变的方波脉冲调制信号的一种专用集成电路芯片，当控制电压为直流电压时，改变直流电压的大小，即可改变SG3525芯片输出方波脉冲信号的宽度。
实验电路原理框图如图2，图3，所示。
如图2为逆变电路DC-AC的控制电路
图2DC-AC控制电路
其中16脚电压5v为基准点呀，15脚和13脚分别接入12v高电平。
1和9脚相接构成比较器，11脚和14脚分别产生方波信号。
图3为逆变电路主电路，分别由4个IRF740MOS管和4个IN4148开关二极管构成H桥电路，三极管9014为信号放大作用。
图3DC-AC主电路
在PWM1和PWM2输入方波信号，随着开关MOS管的开关与闭合产生交流电。
当Q1和Q8闭合时Q2和Q7断开，同理再一次脉冲过后，MOS管交换一下，这样在忽略脉冲转换之间的短时间，可以产生频率为50Hz电压为220v的交流电源，可以供电机转动和其他器件的供电。
四、实验方法及步骤
（1）实验电路板的焊接，将实验所需的元器件全部放置在实验桌上。
将设计好元器件的排版然后再进行焊接，注意排版时要将驱动控制电路和主电路分开，这样方便在焊好之后检查错误。
焊接时要先焊接小的器件然后在焊接大的元器件，像电阻、二极管等要先焊，电容、三极管、MOS等后焊。
焊接好元器件之后，首先检查电路是否接通，特别是接地和接电源端，需要跳线的地方再焊接跳线，再检查完电路都导通之后然后调试。
（2）SG3525性能测试接通控制电路电源
①用示波器观测UPW单元“1”端的电压波形，记录波形的形状、周期和幅值。
②用示波器观测UPW单元“2”端的电压波形，调节电位器RP2旋钮，使方波的占空比为50％（即方波的脉冲宽度等于半个周期）。
③合上G（给定）单元的S2开关，分别将开关S1上扳或下扳，通过调节电位器RP1和RP2使正负给定电压均为“0”伏（可以通过给定电压显示，也可以利用万用表测量“Ug”端对地电压）。
用导线连接G（给定）单元的“Ug”端和UPW单元的“3”端，当开关S1上扳或下扳时，分别调节RP1、RP2来改变正、负给定电压，用示波器观察UPW单元“2”端的波形，记录波形的最大占空比和最小占空比。
（3）控制电路和主电路的测试
①调制电源，先将直流电源输出调至12V，用于驱动控制电路的工作电路。
将另一直流电源调至36V，用于主电路的调试电压，在实验时可以通过变换调试电压的大小来观察逆变电路的工作情况和示波器的波形。
②逻辑延时时间的测试在上述实验的基础上，分别将正、负给定均调到零，用示波器观察延时单脉宽调制器SG3525逻辑延时隔离及驱动H型PWM变换电路直流给定“1”端和“2”的波形，并记录延时时间td。
③同一桥臂上下两个元件驱动信号死区时间的测试分别将隔离及驱动电路的G和主电路（PWM单元）的G对应连接，用双踪示波器分别测量主电路中SG3525芯片16脚电压为5.v说明主电路中15和13端接入电压正确。
④用示波器分别测量从1脚至16脚的电压、频率和波形，并且记录下来。
观察得到5、7脚出来为锯齿波，f为110.6Hz，11和14脚为方波信号，f为56..18Hz。
4脚位方波，f为108.7Hz。
⑤用示波器测量主电路中AC1和AC2端的波形电压、频率，并记录。
可以得出输出为5v的交流电压。
⑥改变DC端电压，重复上述步骤进行测量，记录实验数据和波形。
主电路元件参数的选择
本电路所控制的对象主要是用示波器进行波形测量来达到观察所要得到的交流方波信。
功率场效应管的型号为IRF740,开关频率为30MHZ,主电路二极管采用IN4007,额定正向工作电流为1A，反向耐压为1000V,电阻R7、R12为5.1k,R8的阻值为2.2k、功率为2W,滤波电容C1C2为4.7UF/50VZD1和ZD2采用反向恢复时间较快的功率二极管12v,两个取样电阻的阻值为10k。
三极管Q3、Q4为9014饱和管压降：
0.3V放大倍数（β）：
400
五、实验数据记录
4脚
5脚
7脚
11脚
14脚
AC脚
U（v）
4.32
3.28
3.28
10
10
5.6
2.48
2.48
F（Hz）
108.7
110.6
110.6
56.18
56.18
56.1
实验波形图
SG35254脚波形图
SG35255,7脚波形图
SG352511脚波形图
SG352511,14脚波形图
SG3525AC脚接地时波形图
SG3525AC1和AC2波形图
六、实验总结
通过这次的开放性实验，使我学到很多。
首先，由于我们专业没有开电力与电子技术这门课，使我只是了解交流电转换为直流电源的的过程和条件，也就是说只对AC-DC变换技术有一定的了解。
在实验过程中，为了更好的理解逆变电路的工作原理，自己便去看了一下电力电子技术的书。
从中不仅对DC-AC变换有了进一步的了解，同时对AC-AC,DC-DC转换也有了一定的了解。
这次SPWM逆变电路实验原来是用单片机来实现控制电路的设计的，但是由于我还未学过单片机，编程上存在一定的难度，所以采用SG3525调制芯片来代替。
这里也让我进一步了解了一下这块芯片和IRF40的参数和工作原理。
在这次实验中，还有一点我决的收获最多的就是自己上网搜索这方面信息和在没有想要的电路元器件时，如何来采用其他相同类型的器件来代替的能力。
同时，实验在焊好之后还要对电路进行调试，使用示波器观察和记录实验的现象和具体数据。
在主电路的测量和调试上可以采用不同电压条件测试和观察波形。
每次实验都能够让自己学到很多东西，能过学到平时自己在学习上没有涉及到的问题，对自己又是一次提高。
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