实验五 单相正弦波脉宽调制SPWM电路实验
一、实验目的
(1)熟悉单相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。
二、实验所需挂件及附件
序号
型 号
备 注
1
DJK01 电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2
DJK06 给定及实验器件
该挂件包含“二极管”以及“开关”等模块。
3
DJK09 单相调压与可调负载
4
双踪示波器
5
万用
表
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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:
AC/DC (整流) DC/AC (逆变)
图5-1 主电路结构原理图
如图5-1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。输出经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。实验时可由面板上的“负载选择”开关进行选择。
图5-2 驱动电路结构原理图
(2)驱动电路:
如图5-2（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，其输出可用以直接驱动IGBT管。其特点如下：
①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,.过流时IGBT管CE结之间的饱和压降降到一定值，使8脚输出高电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现低电平，经过流保护电路（见图5-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
图5-3保护电路结构原理图
(3)控制电路:
控制电路如图5-4所示，它是由两片集成
函
关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函
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LM311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度的±PWM波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180度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。
图5－4 控制电路结构框图
图5－5控制电路结构原理图
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到异步调制的SPWM波，通过示波器的锁定功能可清晰地观测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行。在“运行”状态下，三角载波Uc频率为10KHZ左右, 因波
形的快速闪动致使无法观察到SPWM波，通过示波器的锁定功能并经扩展后也可清晰地观测SPWM波。
正弦调制波Ur频率的调节范围设定为5-60Hz。
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，经与门输出低电平，封锁了两路SPWM信号，使IGBT 关断，起到保护作用。
四、实验内容
(1)控制信号的观测。
(2)带电阻及电阻电感性负载。
(3)带电机负载（选做）。
五、思考
题
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(1)为了使输出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出的影响。
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。
①观察正弦调制波信号Ur的波形，测试其频率可调范围；
②观察三角载波Uc的波形，测试其频率；
③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；
④比较“PWM+”，“PWM-” 和“SPWM1”，“SPWM2”的区别，仔细观测同一相上下两管驱动信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：
①将“负载选择”开关拨至R，L位置，接DJK06给定及实验器件，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藕调压器，使输出直流电压保持为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）。
②保持“负载选择”开关在R，L位置，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藕调压器，使输出直流电压保持为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）。
将“负载选择”开关拨至“电机”位置，接入DJ21-1电阻启动式单相交流异步电动机，此时必须先将正弦调制波信号Ur的频率调至最小，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，并由小到大调节交流侧的自藕调压器输出的电压，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)在“测试”状态下，请勿带负载运行。
(3)面板上的“过流保护”指示灯亮，表明过流保护动作，此时应检查负载是否短路，若要继续实验，应先关机后，再重新开机。
(1) 当做交流电机变频调速时，通常是与调压一起进行的，以保持V/F＝常数,本装置是采用手动调节输入的交流电压。
浙公网安备 33021202002483