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三相正弦波变频电源. 掌握 AC-DC-AC 变化实现的基本方法,以及三相电源及其变频技术的相关原理知识 。. 1. 学会使用 IPM (智能功率模块)实现 DC-AC 的转换及使用异步调制方式和 SPWM 波对电源进行相位及频率的控制。. 2. 一、 实验目的. 二、 实验原理. - PowerPoint PPT Presentation
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三相正弦波变频电源
一、实验目的
掌握 AC-DC-AC 变化实现的基本方法,以及三相电源及其变频技术的相关原理知识。1
学会使用 IPM (智能功率模块)实现 DC-AC 的转换及使用异步调制方式和 SPWM 波对电源进行相位及频率的控制。2
二、实验原理
三相变频电源输出频率范围为 20Hz~ 100Hz 的三相对称交流电,线电压有效值 36V ,最大负载电流有效值为 3A ,具有较小的电压调整率和负载调整率。其原理图如下,图中将有效值为 198V-242V 的交流电介入隔离变压器,通过整流桥及滤波网络将交流电转化为直流电然后经 IPM (逆变模块IM14400 )将直流电转化为有效值 36V 的交流电,从而实现了 AC-DC-AC 的变换。SPWM 波由 FPGA 内部由三角波和正弦波波表经数字比较器比较输出,经光电耦合器接入逆变模块以控制其频率及相位。输出电压电流分别由电压电流互感器检测输入 A/D 反馈回系统 , 逆变模块输出接三相负载。
二、实验原理图
隔离变压器 整流桥 滤波网络
逆变模块(IM14400)DC-DC5V-15V
光耦隔离驱动
单片机(89C52)
SPWM无源滤波
键盘 显示
电压互感器 电流互感器
三相负载
放大整形
MAX197采样
三相SPWM产生
测频
计算有效值
三、实验设备及器件
清华同方计算机Pentium(R)4 CPU 1.80GHz+256M Byte 内存Windows XP
三相正弦波变频电源
直流稳压电源:SG1733SB3A60MHz 数字示波器:TekTronix TDS1002数字信号源:TekTronix AFG310ZQ41 26 型失真度测试仪
实验仪器
四、实验内容及步骤
4 、采样电路
3 、控制回路
2、逆变器
1、整流器
系统
1 、整流器
采用桥式整流电路结构简单,输出电压高,纹波电压较少,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器的正、负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到了充分利用,效率较高。
D
220V--60V
4700uF 4700uF
2200uF
2200uF
1k 2W
1K2W
保险管
参考地
www.1ppt.com
2 、逆变器
采用集成智能功率模块( IPM )。其将 IGBT 及其辅助器件与其保护和驱动电路封装集成在一个小模块中,例如 IM14400芯片,采用这种方式电路体积较小,控制方便,同时因为其内部自带保护电路,使得系统可靠性大大提高。
D1
10
R1
D4
10uF
C10.22uF
C4
D6
+15V
D2
10
R2
D5
D3
10
R3
10uF
C2
10uF
C3
0.22uF
C5
0.22uF
C6
0.22uFC80.02uFC7
100R4
SPWM HIN1HIN2HIN3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
26
25
24
23
22
HIN1
21
Vcc
Vb1
Vs1
GND
CIN
LIN1
Vcc
Vs2
HIN2
Vb2
Vb3
U
Vs3
HIN3
Vcc
Vcc
GND
P
CFO
FO
LIN3
LIN2
W
V
N
IM14400
+整流输出
W相
V相
U相
--整流输出4.7K
R5
3 、控制回路
( 1) SPWM 控制实现方法数字采样法。把正弦波波表存入存储器里,同时利用加法器和减法器生成三角波载波,再通过数字比较器产生所需要的波形。这种方法可靠性高,可重复编程,响应快,精度高,控制简单。( 2) SPWM 波调制方式 采用异步调制。载波比不恒定的调制方式称为同步调制。因为设计要求逆变器输出频率在 20Hz-100Hz ,输出信号频率较低,本设计采用逆变电路集成芯片 IM14400, IM14400的 PWM 输入频率范围为 5KHz-0.3MHz ,可以选择很高的载波比。异步调制方式下,当载波比很大时,正负半周期脉冲不对称和半周期内前后 1/ 4 周期的脉冲不对称造成的谐波分量都很小, PWM 脉冲接近正弦波。故而本设计的调制方式选择异步调制方式。
4 、采样电路
( 1 )电压、电流的取样 采用互感器降压或降流。互感器可以降压和减流,两者转换线性度好 ,精度高 , 而且体积小 , 使用方便,且强电的地与弱电的地可以隔离,安全性好。( 2 )电压、电流有效值的测量采用软件计算有效值。经由 A/D 对电压、电流的瞬时值采样后,再由 FPGA 计算出有效值。此法设计灵活,工作速度快,且频率不高时能实现高精度。
五、测试方案及测试表
系统测试系统测试系统测试系统测试
总体性能
相电压测相电压测试试
线电压测线电压测试试
电流、电压电流、电压功率测量电功率测量电路性能路性能
失真度测试失真度测试
1. 相电压测试空载时,交流电压输入为 220V ,输入测试频率,读输出相电压有效值如下表所示:
频率 /Hz 100 80 50 30 20
U 相( V )
V 相( V )
W 相( V )
三相最大差值( V )
2 . 线电压测试接入 Y 型负载,频率取 60Hz ,线电压有效值应为36V 。
输入电压 /V 220
负载电流有效值 /A
Uuv/V
误差 /%
Uvw/V
误差 /%
Uuw/V
误差 /%
3. 电流、电压功率测量电路性能三相输出只有相位不同,因此电流、电压功率只测量一相即可,信号频率取为 50Hz ,测试数据如下表所示:
电压实际值 /V
电压测量值 /V
误差 /%
电流实际值 /A
电流测量值 /A
误差 /%
4. 失真度测试用失真度测试仪测试系统空载时的电压波形失真度,测试结果如下表所示:
输入频率 /Hz 50 60 80 100
相电压失真度 /%
六、结果分析
(1)该系统强电与弱电交融 , 所以做好隔离防干扰措施是十分必要的 . 该系统的地我们分为三类 , 分别为强电地 ,弱电地 , 交流地。这三者在各自的部分相应的隔离,交流地与弱电地在测试的时候用一个磁珠将其连接。
(2)该系统工作电压较高,所以在调试时一定要注意人员的自身安全。
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Thank you !