单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变

1、实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一实验目的1熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2. 熟悉ICL8038的功能。3掌握SPWM波产生的基理。4分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作 波形的影响。二.实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等模块2DJK09单相调压与可调负载该挂件包含“单相自耦调压器”等模块3DJK14单相交直交变频原理4双踪示波器5万用表三实验线路及原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。实验电路 由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。1. 主电路部分A

2、C/DC （整流）DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图如图3-20所示，交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂 箱DJK09提供）; 逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相 桥式逆变电路，采用双极性调制方式。输岀经LC 低通滤波器，滤除高次谐 波，得到频率可调的正弦波 （基波）交流输出。本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条 件下，可接电阻启动式单 相鼠笼式异步 电动机。1.驱动电路如图3-21 （以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端 接控制电路产生的 SPWM信号，其输岀可用以直接驱动IGBT管。其特点如

3、下： 采用快速型的光耦实现电气隔离。 具有过流保护功能，通 讨检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流，过流时IGBT管CE结之间的饱和压降升到某一定 值，使8脚输岀低电平，在光耦TLP521的输岀 端0C1呈现高电平，经过流保护电路（见图3-22）,使4013的输岀Q端呈现低电平，送控制 电路，起到了封锁保护作用。11 P?2l1M57952L图3-21 驱动电路结构原理图图3-22 保护电路结构原理图3 控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中 一片8038产生正弦调制波Ur，另一片用以产生三角载波Uc，将此两路信号经比较电路LM3

4、11 异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的 矩形波Um，即SPWM波。Um经反相器后，生成 两路相位相差180的士 PWM波，再经触发器C04528延时后，得到两路相位相差180并 带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波，作为主电路中两对开关管IGBT的控制 信号。 各波形的观测点均已引到面板上，可通过示波器 进行观测。为了便于观察SPWM波，面板上设置了 “测试”和“运行”选择开关，在“测试”状 态下，三角载波Uc的频率为180Hz左右，此时可较清楚地观察至U异步调制的SPWM波，通 过示波器可 比较清晰地观 测SPWM波，但在此状态下不能带载运行，因载波比N太低，不 利于设备的正常运

5、行。在“运行状态下，三角载波让频率为10kHz左右，因波形的宽 窄 快速变化致使无法 用普通示波器 观察到SPWM波形，通过 带储存的数字示波器的存储功能也可较清晰地观测SPWM波形正弦调制波Ur频率的调节范围设定为560Hz。控制电路 还设置了过流保护接口端STOP,当有过流信号时，STOP呈低电平，经与门 输岀低电平，封锁了两路SPWM信号，使IGBT关断，起到保护作用。un3118038三苗波发生髀eoauSPWM1SPWM2COV图3-23 控制电路结构框图訂ER,逍Lkll.-UiCBD帼*| Ll .,-I A |mu图3-24控制电路结构原理图 四实验内容1控制信号的观测。2.

6、带电阻及电阻电感性负载。3. 带电机负载（选做）。五思考题1.为了使输岀波形 尽可能地接近正弦波，可采 取什么措施?2调制波可否采用三角波？3分析开关死区时间对输岀的影响。六.实验方法1 控制信号的观测在主电路不接直流电源时，打开控制电源开关，并将DJK14挂箱左侧的钮子开关拨到 测试”位置。 观察正弦调制波 信号Ur的波形，测试其频率可调 范围。 观察三角载波Uc的波形，测试其频率。 改变正弦调制波 信号Ur的频率，再测量三角载波Uc的频率，判断是同步调制还是异 步 调制。 比较“ PWM+ ”，“ PWM - ”和“ SPWM1 ”，“ SPWM2 ”的区别，仔细观测同一相上下 两管驱动信

7、 号之间 的死区延 迟时间。2带电阻及电 阻电感性 负载在实验步骤1之后，将DJK14挂箱面板左侧的钮子开关拨到“运行”位置，将正弦调 制波信号Ur的频率调到最小，选择负载种类： 将输出接灯泡负载， 然后将主电路接通由控制屏 左下侧的直流电源（通过调节单相 交流自耦调压器，使整流后输岀直流电压保持为200V）接入主电路，由小到大调节正弦调 制波信号Ur的频率，观测负载电压的波形， 记录其波形参数（幅值、频率）。 接入 DJK06 给定及实验器件和 DJK02 上的 100mH 电感串联组成的电 阻电感性负载， 然后将主电路接通由 DJK09 提供的直流电源（通过调节交流侧的自耦调压器， 使输由

8、直流 电压保持为200V ），由小到大调节正弦调制波 信号Ur的频率观测负载电压的波形， 记录其 波形参数（幅值、 频率）。3带电机负载 （选做 ）主电路输岀 接电阻启动式 单相交流异步电动机，启动前必须先 将正弦调制波 信号Ur的 频率调 至最小 ， 然后将主电路挂通由 DJK09 提供的直流电源，并由 小到大调节交流侧的自 耦调压器输岀的电压， 观察电机的转速变化，并逐步由小到大调节正弦调制波 信号Ur的频 率，用示波器 观察负载电压的波形，并用 转速表测量电机的转速的变化，并记录之。七注意事项1双踪示波器 有两个探头 ，可同时 测量两路信号， 但这两探头的地线都与示波器的 外 壳相连，所以两个探头 的地线不能同时 接在同一电路的不同电 位的两个点上，否则这两点会 通过示波器 外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线 取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察 两个信号时， 必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各 接至被测信号， 只有这样才能在示波器 上同时观察到两个信号， 而不发生意外。2