开关电源的电路分析与检测

《项目三开关电源的电路分析与检测》实验报告11级电气3班田旭同组人：李程、姜鹏、邢海波一、实训目的1、加深理解斩波器电路的工作原理2、掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法3、熟悉斩波器各点的波形二、实训内容1、触发电路调试2、斩波器接电阻性负载斩波器接电阻一电感性负载三、实训电路与原理1.降压（Buck）型变换电路Buck型变换器是最简单和最基本的高频变换器结构，其电路如图3-1（a）所示。图中，U为固定电压的直流电源，V为晶体管开关（可以是大功率晶体管，也可以是功率场效应晶体管）。电感L和电容C为输出端滤波电路，将脉冲波变成纹波较小的直流波；为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管VD。晶体管V由重复频率为f=1/T的控制脉冲uB驱动。在脉冲周期的ton期间，uB为高电平，V导通，输入能量通过电感L向负载输送功率并对电容C充电，电感L中的电流线性增加，在L中储存能量。此时，忽略V的饱和管压降，uA=E，二极管VD承受反向电压而截止。在脉冲周期的tf期间，uB为低电平，V截止，电感L的两端产生右正左负的感应电势，使二极管VD承受正压而导通，电感L在y期间储存的能量经续流二极管VD传送给负载。此时，uA=0，电感L中的电流线性下降：其工作波形如图3-1（b）所示。图3-1降压型变换电路图3-2降压型变换电路（a）电路图（b）工作波形n图1降压（Buck）型变换电路1_1一二*1E输出电压近似为恒定值Uo。则〔E-UAIL则电感L两端的电压为:(1)输出电压近似为恒定值Uo。则〔E-UAIL则电感L两端的电压为:(1)图3-1（b）所示电感L的电流iL，在稳态运行时，一个周期）内的增量和减量相等，即：jtonjtonULdt+0Ljfdt=0tonL(2)由式（1）和式（2）得输出直流电压为:U=二-E=d-E(3)oT其中d=tm/T称为占空比。显然，改变d即可调节输出电压Uo，且由于0<d<1，则Uo<E，属降压输出。°°输出电流平均值为：(4)UoRL(4)2.升压（Boost）型变换电路储能电感L，升压二极管VD和滤波Boost型变换电路如图（a储能电感L，升压二极管VD和滤波电容C组成。图2升压型变换电路（a）电路图（b）工作波形在此期间uA=Uo。其工作波形如在脉冲周期的ton期间，电力晶体管V导通，忽略V的饱和管压降，uA=0。输入电压E直接加在电感L两端，iL线性增长，L中储存能量。二极管VD截止，由储能滤波电容C向负载Rl提供能量，并保持输出电压Uo基本不变。在&期间，V截止，L两端感应电势左负右正，使二极管VD导通，并与输入电压E一起经二极管向负载供电，电感L释放能量，电感电流iL线性下降。设电容C足够大，则U在此期间uA=Uo。其工作波形如电感两端电压为：同式（2）一样，在一个周期内，同式（2）一样，在一个周期内，乙的增量和减量相等。电压为：0<t<tont<t<T将式（5）代人式（2）(5)中得输出(6)显然，由于0<d〈1，则Uo>E，出电流仍为Io=Uo/RL。°、降压(6)显然，由于0<d〈1，则Uo>E，出电流仍为Io=Uo/RL。°、降压/升压（Buck—Boost）是一种升压输出。改变d即可调节输出电压大小。输Buck—Boost型变换器也称反极性变换器，它的Uo与E极性相反，输出电压既可低于、也可以高于输入电压。其基本电路如图（a）所示。°图3降压/升压型变换电路（a）电路图（b）工作波形，uA=uL在uB为高电平，即脉冲周期的ton期间，V导通，忽略其饱和管压降，则uA=uL=E。此时，E向电感L充电，L中储存能量，iL线性增长。二极管VD因反偏而截止，由输出滤波电容C向负载Rl提供电流。在uB为低电平，即&期间，V截止，电感L产生上负下正的感应电势，使二极管VD导通，电感释放能量，向负载Rl供电，并向电容C充电，电感电流iL线性下降。同样，在电容C足够大，Uo基本稳定不变情况下，u.=u技-U。其工作波形如图，uA=uL电感两端电压为：-Uo根据一个周期内电感电流-Uo根据一个周期内电感电流iL的增量和减量相等为：0<t<tont<t<T(7)将式（7）代入式（2）中得输出电压(8)U=ton•E=-^-EoT-11-d(8)调节占空比d，即可调节输出电压大小，并且d<0.5时，U°〈E，为降压输出；d=0.5时，U=E，为等压输出；d>0.5时，U>E，为升压输出。负载上得到的输出电流仍为I=U/Rl。。《项目四晶闸管串级调速装置的分析与检测》实验报告11级电气3班田旭同组人：李程、姜鹏、邢海波实验十一三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。⑵了解展系列集成触发器的调整方法和各点的波形。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”等几个模块。2DJK02晶闸管主电路3DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”，“正反桥功放”等几个模块。4DJK06给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。5DJK10变压器实验该挂件包含“逆变变压器”以及“三相不控整流”。6D42三相可调电阻7双踪示波器自备8万用表自备三、实验线路及原理实验线路如图3-13及图3-14所示。主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，触发电路为DJKO2-1中的集成触发电路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。集成触发电路的原理可参考1-3节中的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。图3-13三相桥式全控整流电路实验原理图在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am、Bm、Cm,返回电网的电压从高压端A、B、C输出，变压器接成Y/Y接法。图中的R均使用D42三相可调电阻，将两个900Q接成并联形式；电感L^在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。图3-14三相桥式有源逆变电路实验原理图四、实验内容三相桥式全控整流电路。三相桥式有源逆变电路。在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障(人为模拟)时观测主电路的各电压波形。五、预习要求阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。（2）阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的有关内容，掌握实现有源逆变的基本条件。（3）学习本教材1-3节中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。六、思考题（1）如何解决主电路和触发电路的同步问题？在本实验中主电路三相电源的相序可任意设定吗？（2）在本实验的整流及逆变时，对a角有什么要求?为什么？七、实验方法（1）DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压七相接，将给定开^S2拨到接地位置（即U/0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使。=150°（注意此处的a表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°）。适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1〜VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。（2）三相桥式全控整流电路按图3-13接线，将DJK06上的“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使a角在30°〜150。范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流Id保持在0.6A左右（注意Id不得超过0.65A）。用示波器观察并记录a=30°、60°及90°时的整流电压U和晶闸管两端电压Udvt的波形，并记录相应的U数值于下表中。da30°60°90°U2Ud（记录值）Ud/U2Ud（计算值）计算公式:Ud=2.34U2Cosa(0〜60o)Ud=2.34U2[1+cos(a+y)](60。〜120。)(3)三相桥式有源逆变电路按图3-14接线，将DJK06上的“给定”输出调到零(逆时针旋到底)，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使角在30°〜90。范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得电流Id保持在0.6A左右(注意Id不得超过0.65A)。用示波器观察并记录p=30°、60°、90°时的电压Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的U数值于下表中。d"dp30°60°90°U2Ud(记录值)Ud/U2Ud(计算值)计算公式:Ud=2.34U2cos(180o-p)故障现象的模拟2当p=60°时，将触发脉冲钮子开关拨向“断开”位置，模拟晶闸管失去触发脉冲时的故障，观察并记录这时的Ud、uvt波形的变化情况。八、实验报告"画出电路的移相特性Ud=f(a)。画出触发电路的传输特性。=f(Uct)。画出a=30°、60°、90°、120°、15