电力电子课程设计报告
学校：哈尔滨理工大学荣成学院 院系：电气信息系
专业班级：电机与电器09-3 学号：0930160330 姓名：谢成盟
实验四 采用自关断器件的单相交流调压电路研究
一、 实验目的
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。
二、实验内容
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管两端电压波形测试。
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。
三、实验设备和仪器
1．NMCL-K1实验挂箱 3．双踪示波器（自备）
2.万用表（自备） 4.集成芯片SG3525
四、实验电路图
五、实验方法和步骤
接通实验台电源，打开示波器。
1． SG3525性能测试
先按下开关S1
(1) 输出最大与最小占空比的测量。
将PWM波形发生器的“1”和地分别与示波器表笔相连，分别将占空比调至最大与最小，调节示波器将所得波形记录到图1，并记算其占空比Kmax与Kmin
图1
2．控制电路相序与驱动波形测试
先将“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） 将控制电路的11、12与地端分别与示波器表笔1、2相连，并且仅表笔1接地
端，仔细测量该波形是否对称互补，并记录于图2
图2
该波形时互补对称的
（2） 将控制电路的13、15与地端分别与示波器的表笔1、2相连，调节示波器将观
察到的波形记录于图3中
图3
（3） 将主电路的4、5与示波器的表笔1相连，6与5与示波器的表笔2相连，调节
示波器将观察到的波形记录于图4中
图4 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端接（即将电感短接）将UPM的电位器RP右旋到大致中间位置，先测试负载两端电压波形并记录于图5中，再测试mos两端电压波形也记录于图5中
图5 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接线拔掉，UPM的电位器RP仍在原位置不变，测试并记录负载与mos管两端电压波形并记录于图6
图6 5．不同占空比D时负载端电压测试
实验电路仍按原来接线，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，观察SG3525的输出2端脉冲的占空比并记录于图7，再观察负载两端电压大小与波形并记录于图7
1位置
2位置
3位置
4位置
图7 6．不同载波频率时的滤波效果比较
将电感接入电路后，闭合开关S2，用示波器观察负载两端波形并记录于图8，然后断开开关S2用示波器观察负载两端波形并记录于图8中
图8
7．不同占空比D时的负载端谐波大小的测试
观察RP左旋到底时负载两端波形并记录于图9中，观察RP右旋到底时负载两端波形并记录于图9中
图9
8．输入电流的位移因数测试
（1）将主电路的3、4两端用导线短接，在不同占空比条件下双踪示波器同时观察并记录2与1和2与6端间波形并记录于图10中
图10
六、实验结果分析与总结
1．当主电路接纯电阻负载（即电感短路）时，可见负载电压存在死区，其产生的原因是什么？
产生原因：
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，且随占空比的增大而增
大。是分析其产生的原因以及抑制的方法。
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。
.3..实验总结
通过实验过程可以看出与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：
（1） 谐波幅度小，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，经滤波侯，功率因数接近为1；
（3） 对其他用电设备的干扰小。
4.心得体会
通过本次课程设计可以体会到自关断的优点，掌握自关段器件的单相交流调压电路的工作原理，熟悉PWM专用集成电路的组成及工作原理，并且练习示波器的使用方法，由于外界存在干扰故示波器的波形会存在误差和波动。
电力电子课程设计报告
学校：哈尔滨理工大学荣成学院 院系：电气信息系
专业班级：电机与电器09-3 学号：0930160330 姓名：谢成盟
实验四 采用自关断器件的单相交流调压电路研究
一、 实验目的
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。
二、实验内容
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管两端电压波形测试。
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。
三、实验设备和仪器
1．NMCL-K1实验挂箱 3．双踪示波器（自备）
2.万用表（自备） 4.集成芯片SG3525
四、实验电路图
五、实验方法和步骤
接通实验台电源，打开示波器。
1． SG3525性能测试
先按下开关S1
(1) 输出最大与最小占空比的测量。
将PWM波形发生器的“1”和地分别与示波器表笔相连，分别将占空比调至最大与最小，调节示波器将所得波形记录到图1，并记算其占空比Kmax与Kmin
图1
2．控制电路相序与驱动波形测试
先将“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） 将控制电路的11、12与地端分别与示波器表笔1、2相连，并且仅表笔1接地
端，仔细测量该波形是否对称互补，并记录于图2
图2
该波形时互补对称的
（2） 将控制电路的13、15与地端分别与示波器的表笔1、2相连，调节示波器将观
察到的波形记录于图3中
图3
（3） 将主电路的4、5与示波器的表笔1相连，6与5与示波器的表笔2相连，调节
示波器将观察到的波形记录于图4中
图4 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端接（即将电感短接）将UPM的电位器RP右旋到大致中间位置，先测试负载两端电压波形并记录于图5中，再测试mos两端电压波形也记录于图5中
图5 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接线拔掉，UPM的电位器RP仍在原位置不变，测试并记录负载与mos管两端电压波形并记录于图6
图6 5．不同占空比D时负载端电压测试
实验电路仍按原来接线，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，观察SG3525的输出2端脉冲的占空比并记录于图7，再观察负载两端电压大小与波形并记录于图7
1位置
2位置
3位置
4位置
图7 6．不同载波频率时的滤波效果比较
将电感接入电路后，闭合开关S2，用示波器观察负载两端波形并记录于图8，然后断开开关S2用示波器观察负载两端波形并记录于图8中
图8
7．不同占空比D时的负载端谐波大小的测试
观察RP左旋到底时负载两端波形并记录于图9中，观察RP右旋到底时负载两端波形并记录于图9中
图9
8．输入电流的位移因数测试
（1）将主电路的3、4两端用导线短接，在不同占空比条件下双踪示波器同时观察并记录2与1和2与6端间波形并记录于图10中
图10
六、实验结果分析与总结
1．当主电路接纯电阻负载（即电感短路）时，可见负载电压存在死区，其产生的原因是什么？
产生原因：
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，且随占空比的增大而增
大。是分析其产生的原因以及抑制的方法。
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。
.3..实验总结
通过实验过程可以看出与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：
（1） 谐波幅度小，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，经滤波侯，功率因数接近为1；
（3） 对其他用电设备的干扰小。
4.心得体会
通过本次课程设计可以体会到自关断的优点，掌握自关段器件的单相交流调压电路的工作原理，熟悉PWM专用集成电路的组成及工作原理，并且练习示波器的使用方法，由于外界存在干扰故示波器的波形会存在误差和波动。