电力电子实验报告

1、电力电子技术知识模块综合实验报告（2013级本科） 题 目： 直流斩波电路实验 学 院：工程学院 专 业：电气工程及其自动化 班 级：2013电气？班姓 名：朱敏强 学 号：1360222同组同学：评定成绩： 授课教师：吴清云2015年 01 月上海海洋大学电力电子技术综合实验报告任务书课程名称电力电子技术实验课程代码 4704037题目直流斩波电路实验模块综合实验报告学院工程学院专业电气工程及其自动化班级13电气1、2知识模块综合实验报告任务知识模块分为：整流电路实验模块；逆变电路实验模块；直流斩波电路实验模块和交流-交流变流电路实验模块。在每个知识模块内，本学期已经做过相应的实验，要求在已

2、经完成的单个实验的基础上，对本模块内每个实验和它们之间的联系进行深入的分析研究，从而整体理解本模块的理论知识和实验研究知识，达到将模块内知识融会贯通，变成学生自己知识的目的，同时进一步提高学生分析问题、解决问题和理论联系实际的能力。报告任务：1. 直流斩波电路实验模块主要理论知识直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流装置，亦称直流斩波器或DC/DC变换器。用斩波器实现直流变换的基本思想是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流，在一定滤波的条件下，在负载上可以获得平均值可小于或大于电源的电压或电流。如果改变开关器

3、件通、断的动作频率，或改变开关器件通、断的时间比例，就可以改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压、电流平均值的调节。 早在1940年德国人采用机械开关通断的思想来调节直流电压以控制直流电动机的转速，1960年美国人把晶体管斩波器用于控制柴油发电机的励磁系统，1963年德国人把晶闸管斩波器用于控制蓄电池车。早期主要应用于城市电车，地铁、电动汽车等直流牵引调速控制系统中。随着自关断电力电子开关器件和脉宽调制(Pulse Width ModulationPWM )技术的不断发展，直流斩波器具有效率高、体积小、重量轻、成本低等显著优点，广泛应用于开关电源、有源功率因数校正、超导储能等新技术领域。一

4、般来说，直流斩波电路有两类不同的应用领域：一类负载是要求输出电压可在一定范围内调节控制，即要求电路输出可变的直流电压，例如直流电动机负载，为了改变其转速，要求可变的直流电压供电；另一类负载则要求无论在电源电压变化或负载变化时，电路的输出电压都能维持恒定不变，即输出一个恒定的直流电压，如开关电源等。这两种不同的要求均可通过一定类型的控制系统根据反馈控制原理实现。 直流斩波电路的种类较多，根据其电路结构及功能分类，主要有以下4种基本类型：降压(Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路、升降压(Buck-Boost)斩波电路、丘克(Cuk)斩波电路，其中前两种是最基本的电路，后两种是前两种基本

5、电路的组合形式。由基本斩波电路衍生出来的Sepic斩波电路和Zeta斩波电路也是较为典型的电路。利用基本斩波电路进行组合，还可以构成复合斩波电路和多相多重斩波电路。本章将详细介绍基本斩波电路的工作原理和稳态工作特性，对其它电路作一般性的原理分析。 为了获得各类直流斩波电路的基本工作特性而又简化分析，在本章的分析中，都假定直流斩波电路是理想的，即满足以下条件： （1）开关器件和二极管从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过渡时间均为零。（2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限大，漏电流为零。（3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件，且电感量和电容量均为足够大。 （4）线路阻抗

6、为零。无特殊说明时电源的输入功率等于输出功率。2. 直流斩波电路实验模块实验目的熟悉六种斩波电路（buck chopper、boost chopper、buck-boost chopper、cuk chopper、sepic chopper、zeta chopper）的工作原理，掌握着六种斩波电路的工作状态及波形情况。3. 直流斩波电路实验模块实验内容1. SG3525芯片的调试。2. 斩波电路的连接。3. 斩波电路的波形观察及电压测试。4.4. 直流斩波电路实验模块实验原理（包括原理图和原理简述） 、降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工

7、作波形如图4-12 所示。图中V 为全控型器件，选用IGBT。D 为续流二极管。由图4-12b 中V 的栅极电压波形UGE 可知，当V 处于通态时，电源Ui 向负载供电，UD=Ui。当V 处于断态时，负载电流经二极管D 续流，电压UD 近似为零，至一个周期T 结束，再驱动V 导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：式中ton 为V 处于通态的时间，toff 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比(=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO 最大Ui，若减小占空比，则UO 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 图4-12

8、降压斩波电路的原理图及波形 、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13 所示。电路也使用一个全控型器件V。由图4-13b 中V 的栅极电压波形UGE 可知，当V 处于通态时，电源Ui 向电感L1 充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C1 上的电压向负载供电，因C1 值很大，基本保持输出电压UO 为恒值。设V 处于通态的时间为ton，此阶段电感L1 上积蓄的能量为UiI1ton。当V 处于断态时Ui和L1 共同向电容C1 充电，并向负载提供能量。设V 处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为(UO-Ui)

9、 I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期T 内电感L1 积蓄的能量与释放的能量相等，即：上式中的T/toff1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。图4-13 升压斩波电路的原理图及波形、升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-14 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V 处于通态时，电源Ui 经V 向电感L1 供电使其贮存能量，同时C1维持输出电压UO 基本恒定并向负载供电。此后，V 关断，电感L1 中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：(

10、a)电路图 (b)波形图图4-14 升降压斩波电路的原理图及波形、Cuk 斩波电路Cuk 斩波电路的原理图如图4-15 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V 处于通态时，UiL1V 回路和负载RL2C2V 回路分别流过电流。当V 处于断态时，UiL1C2D 回路和负载RL2D 回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<<1/2 时为降压，当1/2<<1 时为升压。、Sepic 斩波电路Sepic 斩波电路的原理图如图4-16 所示。电路的基本工作原理是：可控开关V 处于通态时，

11、UiL1V 回路和C2VL2 回路同时导电，L1 和L2 贮能。当V 处于断态时，UiL1C2DR回路及L2DR 回路同时导电，此阶段Ui 和L1 既向R 供电，同时也向C2 充电，C2 贮存的能量在V 处于通态时向L2 转移。输出电压为：、Zeta 斩波电路Zeta 斩波电路的原理图如图4-17 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V 处于通态时，电源Ui 经开关V 向电感L1 贮能。当V 处于断态后，L1 经D 与C2 构成振荡回路，其贮存的能量转至C2，至振荡回路电流过零，L1 上的能量全部转移至C2 上之后，D 关断，C2 经L2 向负载R供电。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可

12、以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<<1/2 时为降压，当1/2<<1 时为升压。5. 直流斩波电路实验模块实验设计（包括具体实验内容设计和实验方法步骤设计）按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。1 SG3525性能测试用示波器测量，PWM波形发生器的“1”孔和地之间的波形。调节占空比调节旋钮，测量驱动波形的频率以及占空比的调节范围。2buck chopper(1)连接电路。将PWM波形发生器的输出端“1”端接到斩波电路中IGBT管VT的G端, 将PWM的“地”端接到斩波电路中“VT”管的E端,再将斩波电路的（E、5、7），（8、1

13、1），(6、12)相连，最后将15V直流电源U1的“+”正极与VT的C相连，负极“-”和6相连。（照电路图接成buck chopper斩波器。）(2)观察负载电压波形。经检查电路无误后,闭合电源开关，用示波器观察VD两端5、6孔之间电压，调节PWM触发器的电位器RP1，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形。(3)观察负载电流波形。用示波器观察并记录负载电阻R两端波形3boost chopper（1）照图接成boost chopper电路。电感和电容任选,负载电阻为R。实验步骤同buck chopper。4buck-boost chopper（1）照图接成buck-boos

14、t chopper电路。电感和电容任选,负载电阻为R。实验步骤同buck chopper5cuk chopper（1）照图接成cuk chopper电路。电感和电容任选,负载电阻R实验步骤同buck chopper。6sepic chopper（1）照图接成sepic chopper电路。电感和电容任选,负载电阻为R。实验步骤同buck chopper 。7zeta chopper（1）照图接成zeta chopper电路。电感和电容任选,负载电阻为R。实验步骤同buck chopper6. 直流斩波电路实验模块实验设备及仪器1. 电力电子教学试验台主控制屏；2. NMCL-22组件；3. 示

15、波器（自备）；4. 万用表（自备）。7. 直流斩波电路实验模块实验过程及结果（包括实验数据和照片）Pwm的输出端“1”与地之间的的波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形Buck Chopper：1）VD两端5、6孔之间的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-788mv） （U=-959mv）2) 电阻R两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-348mv） （U=-970mv）Boost Chopper1）VD两端5、6孔之间的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-1.49v） （U=-2.8v）2）VT的G、E两端的

16、电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-3.32mv） （U=-3.31v）3) 电阻R两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-2.89v） （U=-3. 26v）Buck-boost chopper1）VD两端5、6孔之间的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-332mv） （U=-387mv）2）VT的G、E两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-196mv） （U=-631mv）3）电阻R两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-319mv） （U=-371mv）Cuk

17、chopper1) VD两端5、6孔之间的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-22.6mv） （U=-367mv）2）VT的G、E两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-164mv） （U=-465mv）3) 电阻R两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-3.09mv） （U=-215mv）Sepic chopper1) VD两端5、6孔之间的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-2.04v） （U=-1.17v）2) VT的G、E两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-

18、96.7mv） （U=-8.06mv）3) 电阻R两端的电压波形：Zeta chopper1) VD两端5、6孔之间的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-213mv） （U=-634mv） 2) VT的G、E两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-2.01v） （U=-7.87v）3) 电阻R两端的电压波形： 占空比较小时的波形 占空比较大时的波形 （U=-1.74mv） （U=-29.5mv）8. 直流斩波电路实验模块实验中碰到的问题及解决措施（1） 在实验中当我们连接好电路时，实验箱发出轻微的蜂鸣声。我们立即断电，仔细检查电路，发现我们连接错了线路，造成了短路；为了清晰的观察电路，我们把电路拆了，进行了重新连接。（2） 为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？因为共地问题，容易造成短路，损坏示波器。（3） 在实验中用示波器观察时，波形可能没有那么稳定和标准。 我们需要多次尝试，可能我们在接线时，有的地方、导线与导线之间接触不良，造成不稳定，所以我们需要将连接部分