电力电子课程设计报告_电力电子实例课程设计

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课题名称

电力电子课程设计报告

学校：哈尔滨理工大学 荣成 院系：电气信息系 专业班级： 学号： 姓名：

指导教师 ：

2010年 月

日 ：采用自关断器件的单相交流调压电路研究

哈尔滨理工大学荣成电力电子技术课程设计报告

目录

第一章：引言...........................................1。.1

简述...........................................1。.2指标内容及要求...........................................1。.3主电路原理及设计...........................................第二章：实验内容........................................2

第三章：实验系统组成及工作原理..........................3

第四章：实验设备和仪器..................................4

第五章：实验方法........................................4

第六章：思考及心得体会..................................6

第一章

引言

一

简述

电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的换和控制的科学，是20世纪50年代诞生，70年代迅速发展起来的一门多学科互相渗透的综合性技术学科。这些技术包括以节约能源、提高照明质量为目的的绿色照明技术；以节约能源、提高运行可靠性并更好地满足产要求为目的的交流变频调速技术，以提高电力系统运行的稳定性、可控制性为目的，并可有效节能的灵括（柔性）交流输电技术等等。随着电力半导体制造技求、徽电子技术、汁算机技术，以及控制理论的不断进步．电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。二

指标 内容及要求 见第二章

三

主电路的原理及设计 1 交流调压电路

如果在交流电源和负载之间之间用两个晶间管反并联后串联到交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶间管开通相位的控制，以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。这种电路还用干对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不经济的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电机调速等场合。

图3．2所示的就是一种采用晶闸管为主开关元件的单相交流调压电路图，这种交流调压电路的主电路仅由一对反并联的晶闸管或一只双向晶闸管构成。2 交流调压电路控制方式

交流调压电路的控制方式有三种：①整周波通断控制；②相位控制：②斩波控制。在 整周波通断控制方式中．晶闸管是作为交流开关使用的，它把负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变通断比来改变负载k的电压有效值。相位控制时，在电源电压 上、下半波的某一相位分别导通VI、VZ晶闸管，改变控制角即可改变负载接通电压的时 间，从而达到调压的目的。斩波控制方式时，晶闸管要带有强迫关断电路或采用IGBT等 可自关断器件，在每个电压周波中，开关元件多次通断，使电压斩波成多个脉冲，改变导 通比即可实现调压。三种控制方式的输出电压波形如图3．l所示、相位控制交流调压又称 相控调压，是交流调压中的基本控制方式，应用最广。

交流调压电路的输出仍是同频率的交流电，原则上可应用于一切需要调压的交流负载，也可通过变压器再调压。交流调压器是通过改变电压波形来实现调压的，因此输出的电压波形不再是完整的正弦波，谐波分量较大。

本实验就是对自关断器件的单相交流调压电路进行研究，目的是是同学们熟悉采用自管段器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与适用场合，熟悉PWM专用集成电路的组成、功能、工作原理与使用方法，同学们四人一组，分工合作，增加同学们的团

队意识。

第二章

1.PWM专用集成电路性能测试

2.控制电路相序与驱动波形测试

3.带与不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

4.在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。

第三章

实验系统组成及工作原理

随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管遗相控制的交流调压设备，已逐步采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流调压斩波所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：

1）谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；

2）功率因数高，经滤波后，功率因数接近为1.3）对其他用电设备的干扰小。因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。

斩波调压的主回路由MOSFET及反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时，则负载电阻Rl上的电压波形如图5-9b所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输出环节由滤波环节时的负载端电压波形如图5-9C所示。

脉宽调制信号有专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。控制系统中有变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS管VT1导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。

第四章

实验设备和仪器

1.NMCL-K1实验挂箱

2.万用表（自备）

3.双踪示波器（自备）

第五章

实验方法

1.SG3525性能测试

先按下开关s1.(1)输出最大与最小占空比测量。PWM波形发生器的“1”和地。

2.控制电路相序与驱动波形测试

将“PWM”波形发生器的1端与暂控式交流调压电路的14端相连。将电位器RP左旋到底，用双踪示波器观察并记录下列各点波形：

（1）控制电路11、12与地间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；

（2）控制电路的13、15与地端间波形；

（3）主电路的4与5及6与5端间波形；

3.不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

将主电路的3与4短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形

4.带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

将主电路的3与4不短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形

5.不同占空比D时的负载端电压测试

实验中，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出端2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形

6.不同占空比D时的负载端谐波大小的测试

分别观察并记录RP左旋与右旋到底时的负载端波形，从而判断出占空比D大小对负载端谐波大小的影响。

7.输入电流的位移因数测试

（1）将主电路的3、4两端用导线端接，及不接入电感

（2）在不同占空比条件下，用双踪示波器同时观察并记录有2与1端和2与6端间波形。

第六章

思考题

1当主电路接纯电阻负载（即将电感短路）时，可见负载电压波形存在死区，其产生的原因是什么？

答：PWM的上下桥臂的三极管是不能同时导通的。如果同时导通就会是电源两端短路。所以，两路触发信号要在一段时间内都是使三极管断开的。因此电压波形存在死区！

2.当主电路接电感性负载时，在电压的过零点会出现一尖峰脉冲，其幅值随占空比的增大而增大。试分析其产生的原因以及控制方法。

答：根据占空比越大电网的通断时间越长，冲击电流越大谐波分量越大，脉冲越强。

谐波电流对电网危害甚大，必须加以抑制。抑制和消除谐波有两种基本途径，一种是改进电力电子装置，减少注入电网的谐波，另一种是在电力电子装置的侧并联LC无源滤波器，为谐波电流提供频域谐波补偿，或者用电力有源滤波器进行时域谐波补偿。下面就介绍相应的谐波抑制对策：波形叠加法，LC无源滤波器，增加整流相数法，静止无功补偿法，有源电力滤波器补偿法。

心得体会

1．态度 性格决定命运，气度影响格局，态度决定高度，细节决定成败。对于参加课程设计的队员，估计感受颇深。只有我们有丰富的经验，丰富的知识，才能百分百的在到场上赢得胜利。从培训到竞赛是一个漫长的过程，期间心态很重要，会遇到很多问题：训练师不懂的知识，软硬将调不出来，队员之间的矛盾，外界的压力等。其中，最重要的是处理好队员之间的矛盾和心态:不懂的知识可以去学习；波形调不出来，只要有耐心，认真分析就能找出原因；阻碍我们法杖的往往是自己的心胸，心胸开阔，善于接受意见和容忍别人的错误，才能在培训中和设计中有所收获。

2.积累课程设计要求较强的动手能力，讲理论转换为实际的操作时竞赛的必备条件。做课题时要合理分工，发挥各自的特长，严格按要求完成任务。学会看电路图，我们找到很多的资料是电路分析的，就得自己看资料学习。尤其是做原理分析的，资料很多而且较复杂，资料以基本原理居多，可以借助一些综合知识。

3.交流 包括和本组队员之间，其他组之间，指导教师之间以及同爱好者之间。这里着重讲教师及爱好者。教师有着丰富的理论知识和经验，可以为

我们提供丰富的资料；网络上更有丰富的资源，要做的东西网上均能找到相关内容，这也是一个学习的过程，特别是在一些论坛里有着丰富的资源。

最后，向全体参与电力电子课程设计培训的老师说一声：您辛苦了！，感谢你们

对我们的大力支持与帮助。