采用自关断器件的单相交流调压电路研究

电力电子课程设计总结报告一、课程设计名称采用自关断器件的单相交流调压电路研究二、课程设计目的1．掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与适用场合。2熟悉PWM专用集成电路的组成、功能、工作原理与使用方法。三、课程设计内容：1．PWM专用集成电路性能测试2．控制电路相序与驱动波形测试3．带与不带电感时负载与MOS管两端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。4．在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。四、实验设备和仪器1.NMCL-K1实验挂箱2.万用表（自备）3.双踪示波器（自备）五、实验系统组成及工作原理随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管遗相控制的交流调压设备，已逐步采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流调压斩波所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：1）谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；2）功率因数高，经滤波后，功率因数接近为1。3）对其他用电设备的干扰小。因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。斩波调压的主回路由MOSFET及反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时，则负载电阻Rl上的电压波形如图5-9b所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输出环节由滤波环节时的负载端电压波形如图5-9C所示。脉宽调制信号有专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。控制系统中有变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS管VT1导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。实验原理图：六、课程设计方法和步骤1．SG3525性能测试先按下开关s1.(1)输出最大与最小占空比测量。PWM波形发生器的“1”和地。最小占空比波形最大占空比波形最大占空比40%最小占空比93%2.控制电路相序与驱动波形测试将“PWM”波形发生器的1端与暂控式交流调压电路的14端相连。将电位器RP左旋到底，用双踪示波器观察并记录下列各点波形：（1）控制电路11、12与地间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；（2）控制电路的13、15与地端间波形；（3）主电路的4与5及6与5端间波形；3.不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试。将主电路的3与4短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形。4.带电感时负载与MOS管两端电压波形测试。将主电路的3与4不短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形。5.不同占空比D时的负载端电压测试。实验中，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出端2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形。占空比=占空比=占空比=占空比=6.不同占空比D时的负载端谐波大小的测试。分别观察并记录RP左旋与右旋到底时的负载端波形，从而判断出占空比D大小对负载端谐波大小的影响。占空比=7.输入电流的位移因数测试（1）将主电路的3、4两端用导线端接，及不接入电感（2）在不同占空比条件下，用双踪示波器同时观察并记录有2与1端和2与6端间波形。6．课程设计总结，完成课程设计报告。七、课程设计总结：1．当主电路接纯电阻负载（即将电感短路）时，可见负载电压波形存在死区，其产生的原因是什么？答：当外加正向电压小于Uth时，外电场不足以克服PN结的内电场对多子扩散运动造成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈现为一个大电阻，好像有一个门槛，因此将电压Uth称为门槛电压（又称死区电压）。而此电路中的MOS管为耗尽型NMOS管，而耗尽型NMOS管在uGS为正、负、零时，均可导通工作。因此负载电压波形存在死区，是因为二极管存在死区电压2.当主电路接电感性负载时，在电压的过零点会出现一尖峰脉冲，其幅值随占空比的增大而增大。试分析其产生的原因以及控制方法。答：原因：接入电感性负载时，主电路中引入了无功电流，也向电路注入了谐波电流，而谐波电流在电路阻抗上产生了谐波压降，是电路电压产生畸变，所以在电压的过零点会出现一尖峰脉冲，占空比越大，引入的无功电流越大，尖峰脉冲也越大。控制方法：（1）从电网上考虑。提高短路比Rsc。尽量选取较高的Rsc值，增大系统短路容量。（2）从交流装置本身采取措施。增加交流装置输出的脉冲波数P是减少谐波电流的有效措施。正常运行时，避免在深挖下工作，也能减小谐波电流，从而减小尖峰脉冲。（3）从附加设备考虑。附加设备设置滤波器，或用电力电源滤波器向系统注入谐波电流。用电力电源滤波器向系统注入谐波电流用自关断电力半导体器件构成的采用脉冲宽度调制工作方式的谐波电流发生器，可以产生相位、频率、幅值可调的谐波电流，将这些谐波电流注入系统，以抵消原来部分谐波，从而减小尖峰脉冲。学习小结与体会：电力电子课程设计是我们大学期间第一个重要的课程设计，是学期专业课程的总结，把理论知识运用于实践当中。在学习过程中，我发现：我发现把理论知识运用到实践并不是一件简单的事，你不仅需要对课堂知识深刻理解，熟练掌握，还要灵活运用知识点针对性的解决课程设计中遇到的问题。在这次课程实践当中，我进行了多方面的学习和实践，虽然当中遇到了许多的困难，最终还是把它们克服了。在学习和实践过程中，要将问题于老师和同学们交流，同时，有了心得和体会后要学会与他人沟通，借此来加深印象，并学习他人之所长。学习中每个人的方法不尽相同，但我觉得有一点是共同的，即需花费足够的时间去理解和设计，这次课程设计只有一天的时间，时间比较紧张，提高学习和设计效率是唯一的办法。学习就是这样的，要做好每一件事，都有很多因素影响制约着我们，我们必须快速准确的适应这样的环境，通过改变自己来快速的融入社会。有了这份经历，我觉得自己少了一份浮躁，多了一份沉稳。我深深的感到要有科学的思维方式和学习方法是必要的。在本课程设计中，我明白了理论与实际应用相结合的重要性，并提高了自己组织数据及编写大型程序的能力。培养了基本的、良好的程序设计技能以及合作能力。这次课程设计同样提高了我的综合运用所学知识的能力。程序的编写需要有耐心，有些事情看起来很复杂，但问题需要一点一点去解决，分析问题，把问题一个一个划分，划分成小块以后就逐个去解决。再总体解决大的问题。这样做起来不仅有条理也使问题得到了轻松的解决。通过这段时间的课程设计，我认识到数据结构是一门比较难的课程。需要多花时间上机练习。这次的程序训练培养了我实际分析问题、编程和动手能力，使我掌握了程序设计的基本技能，提高了我适应实际，实践编程的能力。这次的课程设计我对于专业课的学习有了更加深刻的认识，以为现在学的知识用不上就加以怠慢，等到想用的时候却发现自己的学习原来是那么的不扎实。以后努力学好每门专业课，让自己拥有更多的知识，才能解决更多的问题！总的来说，这次课程设计让我获益匪浅，对数据结构也有了进一步的理解和认识。