实验五--直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)(完整版)实用资料.doc
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1、实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)(完整版)实用资料(可以直接使用,可编辑 完整版实用资料,欢迎下载)实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)一、实验目的(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。(3)了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。二、实验所需挂件及附件DJK01电源控制屏、DJK09单相调压与可调负载、DJK20直流斩波电路、D42三相可调电阻、双踪示波器(慢扫描)、万用表。三、实验线路及其原理1、主电路(1)降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图1所示
2、。图中V为全控型器件,选用IGBT。D为续流二极管。图1(a)中的V的栅极电压波形UGE可知,当V处于通态时,电源Ui向负载供电,UD=Ui。当V处于断态时,负载电流经过二极管D续流,电压UD近似为零,至一个周期T结束,再驱动V导通,重复上一周期的过程。负载电压的平均值为:式中ton为V处于通态的时间,toff为V处于断态的时间,T为开关周期,a为导通占空比,简称占空比或导通比(a=ton/T)。由此可知,输出到负载的电压平均值Uo最大为Ui,若减小占空比a,则Uo随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。图1 降压斩波电路的原理图及波形(2)升压斩波电路(Boost Ch
3、opper)升压斩波电路的(Boost Chopper)原理图及工作波形如图2所示。电路也使用一个全控型的器件V。由图2(b)中V的栅极电压波形UGE可知,当V处于通态时,电源Ui向电感L1充电,充电电流基本恒定为I1,同时电容C1上的电压向负载供电,因C1值很大,基本保持输出电压Uo为恒定值。设V处于通态的时间为ton,此阶段电感L1上积蓄的能量为UiI1ton。当V处于断态时Ui和共同向电容C1充电,并向负载提供能量。设V处于断态的时间为toff,则在此期间电感L1释放的能量为。当电路工作于稳态是,一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等,即:上式中的,输出电压高于电源电压,故称该电
4、路为升压斩波电路。图2 升压斩波电路的原理图及波形(3)升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)升降压斩波电路的原理图及工作波形如图3所示,电路的基本工作原理是:当可控开关V处于通态时,电源Ui经V向电感L1供电使其贮存能量,同时C1维持输出电压Uo基本恒定并向负载供电。此后,V关断,电感L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正,与电源电压极性相反。输出电压为:若改变导通比a,则输出电压可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当0a1/2时为降压,当1/2a1时为升压。图3 升降压斩波电路的原理图及波形(4)Cuk斩波电路Cuk斩波电路的原理图如图4所示。电路的基本工作
5、原理是:当可控开关V处于通态时,Ui-L1-V回路和负载R-L2-C2-V回路分别流过电流。当V处于断态时,Ui-L1-C2-D回路和负载回路R-L2-D分别流过电流,输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为:若改变导通比a,则输出比电源电压高,也可以比电源电压低。当0a1/2时为降压,当1/2a1时为升压。图4 Cuk斩波电路原理图(5)Sepic斩波电路Sepic斩波电路的原理图如图5所示。电路的基本工作原理是:可控开关V处于通态时,Ui-L1-V回路和C2-V-L2回路同时导电,L1和L2贮能。当V处于断态时,Ui-L1-C2-D-R回路及L2-D-R回路同时导电,此阶段Ui和L1既
6、向R供电,同时也向C2充电,贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为:若改变导通比a,则输出比电源电压高,也可以比电源电压低。当0a1/2时为降压,当1/2a1时为升压。图5 Sepic斩波电路原理图(6)Zeta斩波电路Zeta斩波电路的原理图如图6所示。电路的基本工作原理是:当可控开关V处于通态时,电源Ui经开关V向电感L1贮能。当V处于断态后,L1经D与C2构成振荡回路,其贮存的能量转至C2,至振荡回路电流过零,L1上的能量全部转移至C2上之后,D关断,C2经L2向负载R供电。输出电压为:图6 Zeta斩波电路原理图2、驱动与控制电路控制电路以SG3525为核心构成,SG3525为
7、美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成电路,它采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路。调节Ur的大小,在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波(即PWM信号)。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。四、实验内容(1)控制与驱动电路的测试。(2)六种直流斩波器的测试。五、思考题(1)直流斩波电路的工作原理是什么?有哪些结构形式和主要元器件?(2)为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪示波器同时对两处波形进行观测?六、实验方法1、控制与驱动电路测试
8、(1)启动实验装置电源,开启DJK20控制电源开关。(2)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur,用双踪示波器分别观测的第11脚与第14脚的波形,观测输出PWM信号的变化情况,并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)(3)用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形,记录其波形、频率和幅值,并填入下表。观测点A(11脚)B(14脚)PWM波形类型幅值A(V)频率f(Hz)(4)用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和14脚的输出波形,调节PWM脉宽调节电位器,观测两路输出的PWM信号,测出两路信号的相位差。2、直流斩波器
9、的测试(适用一个探头观测波形)斩波电路的输入直流电压Ui由三相调压器输出的单相交流电经DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源,观测Ui波形,并记录其平均值(注:本装置限定直流输出最大值为50V,输入交流电压的大小由调压器调节输出)。按下列实验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进行测试。(1)切断电源,根据DJK20上的主电路图,利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路,并接上电阻负载,负载电流最大值限制在200mA以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、“V-E”分别接至V的G和E端。(2)检查接线正确,尤其是电解电容的极性是否接反后,接通主电路和控制电路的电源。(3)用
10、示波器观测PWM信号的波形、UGE的电压波形、UCE的电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压UD的波形,注意各波形间的相位关系。(4)调节PWM脉宽调节电位器改变,观测在不同占空比(a)时,记录Ui、Uo和a的数值于下表中,从而画出的关系曲线。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比(%)Ui(V)Uo(V)七、实验报告(1)整理各组实验数据绘制直流斩波电路的Ui/Uo-a曲线,比作比较与分析。(2)讨论、分析实验中出现的各种现象。八、注意事项(1)在主电路通电后,不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形,否则会造成短路。(2)用示波器两探头同时观测两处波形时,要
11、注意共地问题,否则会造成短路,在观测高压时应衰减10倍,在做直流斩波器测试实验时,最好使用一个探头。实训六 降压斩波电路仿真实训一、降压斩波电路原理图降压斩波电路如图349所示。图349 降压斩波电路原理图二、建立仿真模型1建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File,选择New,再在弹出菜单中选择Model,这时出现一个空白的仿真平台,在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器,在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。3将电路元器件模块按降压斩波电路原理图连接起来组成仿真电路。如图350所示。图350 降压斩波电路
12、仿真模型三、设置模型参数双击模块图标弹出参数设置对话框,然后按框中提示输入,若有不清楚的地方可以借助help帮助。仿真参数的设置与前相同。四、模型仿真在参数设置完毕后即可以开始仿真。在菜单Simulation下选择Start,立即开始仿真,若要中途停止仿真可以选择Stop。在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。在需要观察的点上放置示波器,双击示波器图标,即弹出示波器窗口显示输出波形。得到如图351、图352、图353所示波形。图351占空比0.2时电压和电流波形图352 占空比0.5时电压和电流波形图351占空比0.8时电压和电流波形实训十二RC正弦波振荡器一、实训目的1. 加深理
13、解RC振荡器的工作原理。2. 学习用示波器测量振荡频率和幅度的方法。二、实训电路图12-1 RC串并联选频网络振荡器三、实训设备与器件序 号名称型号与规格数量备注1直流稳压电源12V1路实训台2函数信号发生器1个实训台3频率计1个实训台4双踪示波器1台自备5直流电压表1只实训台6三极管3DG62个DDZ-217电解电容10uF3个DDZ-218电解电容47uF1个DDZ-219电容0.01uF2个DDZ-2110电阻82、430、1k、1.2k、5.1k、10k、15k、100k、1M各1个11电阻16k2个12电位器10k1个DDZ-12四、实训内容与步骤1. 用实训导线按图12-1连接好实
14、训电路。2. 将12V直流稳压电源接入实训电路。3. 断开线路上的A点与10uF电容的连接,即断开RC串并联网络,测量放大器静态工作点及电压放大倍数。4. 接通RC串并联网络,并使电路起振,用示波器观察输出波形,调节电位器(Rf)使输出波形最大不失真。5. 用示波器测量电路的振荡频率和输出波形幅度,并与理论值进行比较。五、实训总结1. 整理实训数据,绘出振荡波形。2. 由给定电路参数计算振荡频率,并与实测值比较,分析误差产生的原因。任务一:概算文件编制案例思考:某水利枢纽工程相关初设概算资料如下:一、工程概况某水利枢纽工程位于华东地区某县某江上(6类地区,工程在乡镇上,对外交通以铁路为主,铁路
15、终端设物质中转站,中转站距坝址有130km的简易公路。枢纽正常蓄水位638m。总库容59.3亿立米。淹没耕地27199亩,移民25304人,电站总装机450万千瓦,保证出力70.1875.54万千瓦,年平均发电量88.8591.92亿千瓦时;拦河大坝为重力坝,大坝左岸有0.5KM长的均质土附坝;右岸地下厂房,左岸三级垂直升船工程。总工期10年,另施工准备工期1年,自开工之日至开始发挥效益时间为8.5年,施工总工日4000万工日,高峰施工人数20000人。施工主要主要材料水泥和钢筋由厂家直供,炸药在当地爆破管理公司购买,油料在A市石化公司购买。二、工程项目及工程量第一部分建筑工程(一建筑工程1、
16、挡水工程(见表1;2、引水工程(见表2。表1 挡水工程 表2 引水工程 其他工程(略三、基础单价计算资料1、人工工资(标准工资为6类地区,无地区津贴2、主要材料(1水泥水泥由工地附近甲乙两个水泥厂供应。两厂水泥供应的基本资料如下:1甲厂42.5散装水泥出厂价290元/t;乙厂42.5水泥出厂价袋装330元/t,散装300元/t;甲厂52.5水泥出厂价330元/t;乙厂52.5水泥出厂价袋装400元/t,散装350元/t。两厂水泥均为车上交货。2袋装水泥汽车运价0.55元/tkm,散装水泥在袋装水泥运价基础上上浮20%;袋装水泥装车费为6.00元/t,卸车费5.00元/t,散装水泥装车费为5.0
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