单相正弦波脉宽调制逆变电路测试

1.实训目的

（1）熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。

（2）熟悉ICL8038、M57962L 的功能。

（3）掌握SPWM 波产生的机理。

（4）分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

2.实训所需挂箱及附件（表2.16）

表2.16　实训所需挂箱及附件

3.实训线路及原理

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。实训电路由三部分组成： 主电路、驱动电路和控制电路。

1）主电路部分

主电路结构原理如图2.53 所示，交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实训挂箱PAC09A 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。

图2.53　主电路结构原理

2）驱动电路

驱动电路结构原理如图2.54 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，其输出可用来直接驱动IGBT 管。

图2.54　驱动电路结构原理

图2.55　保护电路结构原理

其特点如下：

（1）采用快速型的光耦实现电气隔离。

（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 结之间的饱和压降升到某一定值，使8 脚输出低电平，在光耦TLP521 的输出端OC1 呈现高电平，经过流保护电路（图2.55）输出Q 端呈现低电平，送至控制电路，起到了封锁保护作用。

3）控制电路

控制电路结构框图如图2.56 所示，它是由两片集成函数信号发生器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°的±PWM 波，再经触发器CD4528 延时后，得到两路相位相差180°并带一定死区范围的SPWM1 和SPWM2 波，作为主电路中两对开关管IGBT 的控制信号。各波形的观测点均已引到面板上，可通过示波器进行观测。

图2.56　控制电路结构框图

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180 Hz 左右，此时可较清楚地观察到异步调制的SPWM 波，通过示波器可比较清晰地观测SPWM 波，但在此状态下不能带载运行，因载波比N 低很多，不利于设备的正常运行； 在“运行”状态下，三角载波Uc频率为10 kHz 左右，因波形的宽窄快速变化致使无法用普通示波器观察到SPWM 波形，通过带储存的数字示波器的存储功能也可较清晰地观测SPWM 波形。

正弦调制波Ur频率的调节范围设定为5～60 Hz。

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。

4.实训内容

（1）控制信号的观测。(www.xing528.com)

（2）带电阻及电阻电感性负载。

（3）带电动机负载（选做）。

（4）SPWM 逆变电路故障的分析与处理。

5.实训方法

（1）SPWM 逆变电路分析请参考3.2.1 有关内容。

（2）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PAC22-1挂箱左侧的钮子开关拨到“测试”位置。然后进行如下操作：

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。

（3）带电阻及电阻电感性负载。

在实训步骤2 之后，将PAC22-1 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将输出接灯泡负载，然后将控制屏上的交流调压输出端接至PAC09A “不控整流滤波电路”交流输入端，再把PAC09A “不控整流滤波电路”直流输出端接至PAC22-1 的直流电输入端口。启动电源后，通过调节调压器使整流后输出直流电压保持为200 V。然后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将PAC10 上的100 mH 电抗器与步骤①的灯泡负载串联，组成电阻电感性负载。然后将主电路接通由PAC09A 提供的直流电源（通过调节交流侧的调压器，使输出直流电压保持200 V），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）。

（4）带电动机负载（选做）。

主电路输出接DJ21-1 电阻启动式单相交流异步电动机，启动前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PAC09 提供的直流电源，并由小到大调节交流侧的自耦调压器输出的电压，观察电动机的转速变化，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，并用转速表测量电动机的转速的变化，并记录下来。

6.实训报告

（1）整理并画出“测试”“运行”状态时各测试点的典型波形。

（2）对比、分析SPWM 逆变电路在不同负载时的输出电压波形，并给出书面分析。

（3）讨论并分析实训中出现的故障现象，做出书面分析。

7.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。因此，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，这样就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，探头分别接至被测信号，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。若要继续实训，应先关机后，再重新开机。

（4）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，本装置采用手动调节输入的交流电压。