电力电子实验报告_张丰伟_U201011871_电气1004

R=200Ω，L=133mH，α=60输出电压 R=200Ω，L=133mH，α=90输出电压 波形（CH1）和输入电流波形（CH2） 波形（CH1）和输入电流波形（CH2）

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五、结果分析与讨论

在实验中首先进行了空载情况下输出与相控角的关系，由于不能准确确定电位器调节时相控角α的准确变化，因而无法准确把握电位器的调节何时能使相控角α为需要的值。故只能借助于示波器来观测输出电压的大小，通过理论公式求出相控角α，毫无疑问这给实验的结果带来了很大的误差和不确定性。由于误差，求得的α与实际的α可能相差很大，因此所得的α根本不是实际的相控角α。

由于示波器的原因，波形非常差，与后来更换实验台继续实验测得的波形有极大的差别。波形总是不稳定，有时完全杂乱，调节示波器用了很多的时间，波形也极差。后来，其他组实验完成后，在相邻实验台继续实验，由于时间已晚，仅进行了3组测量（换实验台之前两个多小时只测了1组）。

更换实验台后测得的波形，与理论值比较吻合。

在调节相控角α，最好能够通过仪表显示α的大小变化，而不是通过理论公式计算α。而后者，严格来说，可能与实际值相差很大而无意义。

六、实验思考题

1．记录相控整流的功率因数应该观察哪些因素（数据或波形）?如何观察？ 当负载电感足够大时，输出电流可以忽略脉动，此时输入电压波形与该相输入电流波形间存在相位差；由于单相电流中含有丰富的谐波成分，从波形相位上一般只能观测到电源基波功率因数，且基波功率因数角等于相位控制角，电源的功率因数

6PF?cos?，故相控角越大，则电源功率因数越低。

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2．影响相控整流电路功率因数的原因有哪些？如何提高功率因数？

影响相控整流功率因数的原因主要有两个方面：首先相控整流的输出电压随着相控角的增大而脉动加大，输出电压是周期性的非正弦电压，其中还有十分丰富的谐波形成分，尤其是较低此谐波幅值比较高，这使电源电压产生严重的畸变；其次相控整流还会带来移相问题，其中基波电源功率因数等于相控角，同时输入电流中亦存在着丰富的谐波成分；这两个方面的因素，使电源功率因数随着移相角的增大而迅速减小，特别是深控时，电源利用率极低。

提高功率因数，可从以上两个方面考虑。为改善输入电源电压波形，可以选择合适的输入滤波器，使输入电源波形尽量接近正弦波；为减小移相角的影响，可以尽量使变换器工作在相控角较小的状态下，避免深控的发生。

3．相控整流电路滤波器设计的原则有哪些？

输出滤波器应使负载上的单次谐波电压和总谐波电压降低到允许的范围内，使输出电压电流的纹波系数限制到一定的范围之内；而输入滤波器则要使电源中的单次谐波电流和总谐波电流降低到允许的范围内，同时使电源电压波形正弦化，提高电源的功率因数。并且，输出滤波器中的电容不能过分增加开关器件的电流，而输入滤波器的电容则应不过分增大电源电流即输入输出电容都不应过大；波器电抗也不应过大，以使负载变化时，负载电压和输入电源电压不变化过大。还有成本、体积和重量的考虑。

4．相控整流电路的稳压控制需要考虑哪些问题？

相控整流的稳压控制应有输出电压反馈，可以用电压传感器采集输出电压信号，并进行反馈控制开关管驱动信号即相控角α，构成闭环控制环节。此时可以用模拟电路，或将单片机或DSP构成微机控制电路，将传感器的检测信号，与给定信号比较，输出整流电压维持在需要值所需的驱动值。

由于稳压设定值的不合理，可能会造成自动反馈环节使相控角过大而是变换器进入深控状态，电源功率因数急速下降，电源利用率极低。而在阻感性负载时，还要考虑反馈调节对相控角的自动控制不能使相控角过大（当处于有源逆变工作状态时，相控角接近180度），否则可能会造成换相失败，以致造成变换器失控，产生大电流，导致故障和损坏等严重后果。

实验31：DC/AC 单相桥式SPWM逆变电路性能研究

一、任务和目标

1．验证SPWM逆变电路的基本工作原理，进一步掌握SPWM驱动信号形成电路的设计方法。

2．学习、掌握逆变电路输出电压幅值和频率的控制方法 3．了解逆变电路滤波器的设计原则

4．熟悉和掌握模拟控制电路设计方法和有关集成电路芯片的使用

二、总体方案设计

桥式电路如图:

正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本工作原理是脉冲等效原理:大小、波形不同的窄脉冲变量，只要它们的冲量，即变量对时间的积分相等，其作用效果相同。在正弦脉冲宽度调制中，使各个等幅不等宽的脉冲电压在每个脉波周期内按照正弦规律变化，则逆变电路输出的多脉波电压与正弦电压等效。

本实验采用单极倍频正弦脉冲宽度调制，将正弦参考电压波和高频三角载波送入驱动信号产生电路产生驱动信号。

本实验中采用单相半桥逆变电路进行实验研究，实验目的是要通过实验进一步认识正弦脉冲宽度调制的输出电压信号同输入电压、调制比及正弦参考电压频率的关系。实验电路的主接线十分的简单，但内部驱动信号的产生电路则先对较为复杂，实验前须详细研究。

此外还要设计该逆变电路的过压和过流保护电路（主体箱内布置），在主电路两个半桥臂上各自串入一个电流传感器，将检测到的每个桥臂的电流施加到过流电路保护电路端口，并与限定值比较，实现电路过流保护。

输出电压瞬时值：

?2VD2VD?111?van??sinn?t?sin?t?sin3?t?sin5?t?sin7?t??? ???357?n?1,3,5?n?其中，基波分量的有效值为V1?2VD

??0.45VD

三、方案实现和具体设计

要求输入直流电压<100V；输出功率<100W

因电路板元件老化等原因，参考调制波波形谐波较大，故设计的滤波器参数很大，L=399mH,C=20uF，得到的截止频率为56.340Hz。已知N=4.7k/50=94,则SPWM的最低次谐波分量约为4700Hz，基波分量为50Hz。所以该滤波器既可以衰减最低次谐波

分量，又不会使基波分量较大衰减。

四、实验设计与实验结果

1．调节Rp1，使参考调制正弦波频率为50Hz，调节Rp3使参考调制正弦波波形对称，但由于元器件老化等原因，波形无法调节到完全对称 参考调制正弦波及载波如图：

参考调制正弦波及载波波形

参考调制正弦波及载波波形

输出PWM波形PW1、PW2如图：