实验四单相交直交变频电路的性能研究
电力电子技术实验指导(2014下)
《电力电子技术》实验指导书自动化教研室二○一四年八月实验一单项桥式半控整流电路实验实验性质：验证性实验实验日期：一、实验目的1.加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。
2.了解单相桥式半控整流电路的工作原理，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。
二、实验设备三、实验线路及原理本实验电路图如图1-1 所示，实验线路图如图1-2 所示。
两组锯齿波同步移相触发电路均在TK-12挂件上，触发信号加到两个晶闸管（锯齿波触发脉冲G1，K1加到VT1的控制极和阴极，G3，K3加到VT3控制极和阴极），图中的R电阻900Ω，电感L d用100mH，直流电压表、电流表从电源控制屏获得。
四、实验内容1.锯齿波同步触发电路的调试。
2.单相桥式半控整流电路带电阻性负载。
3.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。
图1-1 电路图图1-2 接线路图五、预习要求1.阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。
2.了解单相桥式半控整流电路的工作原理。
六、思考题1.单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?七、实验方法1.用两根导线将220V将TKDD-2电源控制屏的交流电压接到TK-12的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开TK-12电源开关，用双踪示波器观察“锯齿波同步触发电路”各观察孔的波形。
2.锯齿波同步移相触发电路调试。
令U ct=0时（RP2电位器顺时针转到底），α＝170o。
3.单相桥式半控整流电路带电阻性负载：按原理图1-2接线，主电路接可调电阻R，将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压U d、晶闸管两端电压U VT，调节锯齿波同步移相触发电路上的移相控制电位器RP2，观察并记录在不同α角时U d的波形，测量相应电源电压U2、负载电压U d、电流I d计算公式: U d = 0.9U2(1+cosα)/24.单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载①断开主电路后，将负载换成将平波电抗器L d(10OmH)与电阻R串联。
单相交直交变频电路实验报告
单相交直交变频电路实验报告嘿，大家好！今天咱们聊聊单相交直交变频电路实验，听起来是不是有点拗口？但别担心，咱们慢慢来，轻松一点就好。
你得知道，变频电路可不是随随便便的东西，它能让电机在不同的频率下转动，简直就像是给电机加了个调音器，想让它快点、慢点，全凭你的一念之差，真的是神奇极了！在实验室里，咱们一边玩电，一边学东西，真是一举两得的好事。
咱们这次实验用的就是单相交直交变频电路，听上去挺高大上的吧？其实它的工作原理也不复杂。
想象一下，你在调节音量一样，电压的大小直接影响着电机的转速。
这电路里有个“变频器”，它的作用就像是电机的心脏，负责调整频率，搞得电机心甘情愿地按照你的意愿来转。
你知道，这可不是随便玩玩就能搞定的，得小心翼翼地连接线缆，像是绣花一样，每根线都要放在正确的位置，真是一点马虎不得啊！在开始之前，我们得准备一些设备。
电源、变频器、负载电机，还有各种测量工具，真是忙得不可开交。
像是厨房里做菜，材料得齐全，不然就只能干着急。
然后就是连接线缆了，仿佛在搭建一座小房子，每根线都要接得稳稳的，千万不能出错。
要是搞错了，那可是得不偿失，得重新来过，心里想想就觉得无奈啊。
实验开始时，咱们先给变频器通电，心里那个紧张啊，生怕一不小心就把什么搞坏了。
不过，这个变频器的显示屏还挺友好的，数字一闪一闪的，像是在跟我打招呼。
我们先试着调整频率，看看电机转动的样子。
哎呀，转得可欢了，仿佛在说：“快来啊，快来玩我！”我心里一阵得意，感觉自己仿佛是一位电机大师。
调高频率，电机转得飞快，调低频率，哎，像是进入了慢动作，真的是有趣得不得了。
实验中也有些小插曲。
比如有一次，我把频率调得太高了，电机居然发出咕噜咕噜的声音，像是快喘不过气来。
我心里一惊，赶紧把频率降下来，生怕电机受不了，简直是虚惊一场，哈哈。
这样的实验真是让人又紧张又刺激，心跳加速，仿佛在体验一场冒险。
等到一切都准备妥当，我开始记录数据。
测量电流、电压、频率，这些数字就像是我的小伙伴，帮我分析电路的表现。
单相交直交变频电路设计
单相交直交变频电路设计一、设计原理单相交直交变频电路的设计原理基于电力传输和转换的基本原理。
在单相交流电路中，电压和电流是以正弦波形式周期性变化的，一般为50Hz或60Hz。
通过变频电路，可以将交流电转换成直流电。
具体来说，设计单相交直交变频电路需要以下几个步骤：1.变压器：将输入的交流电转换成所需的电压级别。
可以使用变压器将输入的交流电变压成适合电路中其他元件工作的电压。
变压器的设计需要考虑输入和输出的电压、电流、功率以及变压器的效率等因素。
2.整流：将变压器输出的交流电转换成直流电。
可以使用整流电路，如整流桥等，将交流电的负半周去掉，只保留正半周的波形，得到直流电。
3.滤波：将整流后的波形进行滤波处理。
可以使用滤波电路，如滤波电容器和滤波电感器，去除直流电中的纹波。
4.变频：将直流电转换成需要的频率。
可以使用电子元件，如变频器、可控硅等，将直流电转换成所需的频率，供其他设备使用。
二、设计步骤下面介绍单相交直交变频电路设计的具体步骤：1.确定输入和输出参数：根据设计的要求，确定输入交流电的电压、电流和频率，以及输出直流电的电压和频率。
2.变压器设计：根据输入和输出的电压、电流和功率计算变压器的参数，如绕组的匝数、铁心的尺寸和材料等。
根据设计要求选择合适的变压器。
3.整流电路设计：根据所需的直流电压和电流，选择适当的整流电路，如整流桥，计算所需的电阻和电容等参数。
4.滤波电路设计：根据直流电的纹波要求和设计的负载特性，选择合适的滤波电容器和滤波电感器，计算其容值和电感值。
5.变频电路设计：根据所需的输出频率和功率，选择合适的变频器或可控硅等元器件，计算相关参数。
6.整体电路设计：将以上设计的各个部分组合成一个整体电路。
根据实际的电路布局和连接要求，将元件依次连接，形成单相交直交变频电路。
7.电路分析和仿真：使用电路仿真软件，如PSpice等，对设计的电路进行分析和仿真，检查电路的性能和工作过程是否满足设计需求。
单相交直交变频电路设计
附件1：学号：0121011350327基础强化训练题目单相交直交变频电路性能研究学院自动化学院专业班级姓名指导教师2012年7月10日1 总体原理图 (4)1.1方框图 (4)1.2电路原理图 (4)1.2.1 主回路电路原理图 (4)1.2.2 整流电路 (4)1.2.3 滤波电路 (5)1.2.4 逆变电路 (6)2 电路组成 (8)2.1控制电路 (8)2.2驱动电路 (9)2.3主电路 (10)3 仿真结果 (11)3.1仿真环境 (11)3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11)3.3具体仿真结果 (14)3.3.1仿真电路图 (14)3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15)3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16)4 小结心得 (18)5 参考文献 (19)基础强化训练任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 单相交直交变频电路性能研究初始条件：输入为单相交流电源，有效值220V。
要求完成的主要任务:（1）掌握单相交直交变频电路的原理；（2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真；（3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路时间安排：2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表参考文献：[1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业出版社，2011指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日1 总体原理图1.1 方框图图1 总体方框图1.2 电路原理图1.2.1 主回路电路原理图图2 主回路原理图如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。
1.2.2 整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
单相交直交变频电路的性能研究.
单相交直交变频电路的性能研究一、交直交变频器发展概况变频器是运动控制系统中的功率变换器。
当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。
因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。
交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。
二、实验目的和要求熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用、工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、阻感负载时的工作情况及其波形作全面，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
三、实验原理及波形如下图所示，总体设计方案由整流电路、滤波、逆变电路等组成。
市电经整流电路变直流电，直流电经滤波电路进行平滑滤波，再输入逆变电路，变为频率和电压均可调的交流电。
单相交直交变频电路由两部分组成，交流电源转化为直流是整流环节，选用了不可控的整流二极管电路，直流电源侧则选用电容和电感来滤波，能够获得比较平直的直流电压。
单相交交变频电路工作原理
单相交交变频电路工作原理单相交交变频电路是一种常用的电力设备，其主要用途是将交流电源的频率和电压稳定地输出到负载端，以满足不同的电器设备的需求。
本文将深入介绍单相交交变频电路的工作原理及其相关知识。
一、单相交交变频电路的组成单相交交变频电路主要由三个部分组成：变压器，整流器和逆变器。
变压器是将输入的220V AC电压转化为更高的电压，以满足后续电路的需求。
整流器的主要功能是将交流电源变为直流电源，以便于后续的逆变操作。
逆变器是单相交交变频电路的核心，它通过控制电压和频率的波形来实现对负载端输出电压和频率的控制。
二、单相交交变频电路的工作原理1. 变压器在单相交交变频电路中，变压器通常采用降压变压器或升压变压器。
在不同的场合下，变压器的型号和数量不同，电压也不同。
但其基本原理都是利用电流感应的现象，将输入的交流电源转换成更高或更低的电压（根据所需要的电压进行变压）。
2. 整流器在单相交交变频电路中，整流器和变压器一起工作，将220V AC的交流电源变为直流电源。
整流过程是利用半导体晶体管的正向导电性质来实现。
在这个过程中，电流流向负载端，可以满足大多数电器设备的需求。
3. 逆变器在单相交交变频电路的最后一步，逆变器是实现电压和频率控制的关键部分。
逆变器通常采用晶闸管（SCR）来控制输出波形，以实现对负载端输出电压和频率的控制。
晶闸管是一种双向可控晶体管，它可以接通和截止，控制输出波形的形状和频率，进而实现对负载端的控制。
逆变器可以根据负载端的电器设备的电压和频率要求，调整输出波形的形状和频率，从而满足负载端设备的不同需求。
三、单相交交变频电路的应用单相交交变频电路广泛应用于各种工业和民用电器设备中。
例如，它可以应用于空调、冰箱、微波炉、电视机、开水壶等消费电器中，以满足用户对电压和频率的不同需求。
同时，该电路也可以应用于各种工业设备中，例如交流电动机、零件加工机床、轮胎生产机等。
四、单相交交变频电路的优势1. 电压控制：单相交交变频电路可以实现对输出电压的控制，从而满足各种负载端设备的需求。
单相交-直-交变频电路实验
实验课程名称电力电子技术面向专业电气工程及其自动化总学时数16实验项目名称单相交-直-交变频电路实验实验学时2一、实验目的、要求1.熟悉单相交-直-交变频电路的组成，掌握SPWM控制的工作原理（包括8038芯片及IR2110芯片的功能、参数的调节及SPWM控制的实现）。
2.掌握对各单元输出点电压波形的测定与分析。
3.掌握对单相交-直-交变频电路在电阻负载及电阻、电感负载时的电压与电流波形的分析。
4.分析、研究工作频率对电路工作波形的影响。
二、实验原理二极管整流器——IGBT逆变器构成的交-直-交变频电路（图7-1的上部分为主电路），它由二极管整流器、滤波电容、及4只IGBT（V1～V4）组成逆变电路，与IGBT并联的为续流二极管。
直流输出主要通过大容量电容来稳压，所以它属于“电压型”。
图7-1为单相交-直-交变频电路原理图。
图7-1 单相IGBT-SPWM(电压型)交-直-交变频原理图逆变器是将直流电变换成交流电的装置。
图7-1中的直流电是50HZ的交流电经过二极管桥式整流后，变换成电压为Ud的直流电源。
由于是采用并联电容器来作为储能环节的，所以它是电压型的。
虽然供给的是直流电，但在由四个IGBT开关管组成的电路中，以V1与V4为一组，V2与V3为另一组，使之交替通、断，便能在负载上形成交流电。
如在V1与V4导通时，设流过负载的电流为正（如图中的i+），则V2与V3导通时，流过负载的电流便为负（如图中的i-），若使两组开关管依次轮流通、断，则在负载上流过的将是正、反向交替的交流电流，从而实现了将直流电变换成交流电的要求。
当然，在主电路中，将IGBT换成MOSFET 也是可以的，但MOSFET的带载能力不及IGBT，因此在通用变频器中现在多采用IGBT。
三、使用仪器、材料1. SPWM控制单相交直流变频电路单元。
2.双踪示波器。
3.万用表。
四、实验步骤（一）接上电源，调节三角波发生器和正弦波发生器的频率与幅值，用示波器与万用表测定它们的波形与相关数据。
实验四-单相交直交变频电路的性能研究
实验四-单相交直交变频电路的性能研究————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：北京信息科技大学电力电子技术实验报告实验项目：单相交直交变频电路的性能研究学院：自动化专业：自动化（信息与控制系统）姓名/学号：贾鑫玉/2012010541班级：自控1205班指导老师：白雪峰学期：2014-2015学年第一学期实验四单相交直交变频电路的性能研究一．实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验内容1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。
2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。
三．实验设备及仪器1．电力电子及电气传动主控制屏。
2．NMCL-16组件。
3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。
4．双踪示波器。
5．万用表。
四．实验原理单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。
本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。
逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。
ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。
五．实验方法45L1G3VT33E3VT4CG4E2图2—8 单相交直交变频电路G11E1G22VT1VT21．SPWM 波形的观察（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur 波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
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北京信息科技大学
电力电子技术实验报告
实验项目：单相交直交变频电路的性能研究
学院：自动化
专业：自动化（信息与控制系统）
姓名/学号：贾鑫玉/2012010541
班级：自控1205班
指导老师：白雪峰
学期：2014-2015学年第一学期
实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的
熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．实验内容
1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。
2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。
三．实验设备及仪器
1．电力电子及电气传动主控制屏。
2．NMCL-16组件。
3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。
4．双踪示波器。
5．万用表。
四．实验原理
单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。
本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。
逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和
IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。
ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。
五．实验方法
图2—8 单相交直交变频电路
1．SPWM 波形的观察
（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur 波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
（2）观察三角形载波Uc 的波形（“1”端与“地”端），测出其频率，并观察Uc 和U 2的对应关系：
（3）观察经过三角
波和正弦波比较后得到的SPWM 波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。
（4）观察对VT 1、VT 2进行控制的SPWM 信号（“5”端与“地”端）和对VT 3、VT 4进行控制的SPWM 信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端防号之间的互锁延迟时间。
2．驱动信号观察
在主电路不接通电源情况下，S 3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM 波形发生”的G 1、E 1、G 2、E 2、G 3、E 3、G 4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。
经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI 和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。
3．S 3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连， “主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱 （将一组900Ω/0.41A 并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω） 和直流安培表（将量程切换到2A 挡）。
将经检查无误后，S 3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。
4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
在正弦波Ur 的频率可调范围内，改变Ur 的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。
六．注意事项
1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。
2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。
图2--9 SPWM 波形发生
七、实验报告：
1：画出完整实验原理图 ：
2、实验相关波形分析
（1）、正弦波发生电路输出的正弦波信号：最小频率为2.37Hz ，最大为33.3Hz 。
（2）、三角波
分析：
在实验中得到只能改变参考波（正弦信号）的 频率，而无法改变载波（三角波）的频率，因此载波比随着正弦波频率变化而变化。
因此是异步调制。
（3）、三角波与正弦波对比
合并显示一个完整正弦周期内对比图即为：
得到SPWM波为：
（4）、反向后触发脉冲对比
（5）经过互锁延迟后触发脉冲比较：由图得到互锁延迟时间为35微秒左右。
（6）、负载电压波形
（1）幅值为23.5V，频率为31.6Hz （2）幅值为23.5V，频率为15.7HZ
（）
（3）幅值为23.5V，频率为2.40Hz
分析：
当电阻负载时，调节输入的正弦波的频率，对输
出正弦波形的电压幅值基本没有影响，只改变其输出
频率。
输出正弦交流电频率随输入正弦信号频率的增
大而增大。
输出交流电波形为一条完整的正弦曲线：
为使输出波形尽可能的接近正弦波，可以通过增大载波比来实现。
3、分析正弦波与三角波之间不同的载波比情况下的负载波形，理解改变载波比对输出功率管和输出波形的影响。
答：载波比越高，负载波形越接近正弦波；当载波的频率不变时，提高调制波频率会提高负载波形的频率；当载波比提高时，功率管耗能增加，而输出波形越接近正弦波。
八、实验体会：
通过本次实验，熟悉了单相交直交变频电路的组成，对于单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用，工作原理也有了深入理解。
实验后，通过对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作分析，更加加深了对交直交变频电路工作原理以及SPWM波形产生的原理的理解。