(完整word版)三相全控整流電壓源實(shí)訓(xùn)報(bào)告..

1、電氣工程學(xué)院2011級(jí)電力電子與電力傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)報(bào)告項(xiàng)目名稱： DC110V/484W 全控整流電壓源項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：項(xiàng)目成員： 負(fù)責(zé)老師:郭育華盧國濤郭育華指導(dǎo)老師:2014年12月10日項(xiàng)目成績：評(píng)閱人： 指導(dǎo)老師：年 月日學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：姓名項(xiàng)目成員：姓名項(xiàng)目成員：姓名目錄1、實(shí)訓(xùn)要求以及指標(biāo) 31.1 實(shí)訓(xùn)要求 31.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 31.3 指標(biāo) 31.4 仿真軟件 32、實(shí)訓(xùn)的主電路設(shè)計(jì) 42.1 工作原理 42.2 參數(shù)選擇 63、實(shí)訓(xùn)的控制電路設(shè)計(jì) 64、系統(tǒng)仿真 114.1 仿真軟件 MATLAB 114.2 仿真模型的建立 124.2.1 開環(huán)控制 124.2.2 閉環(huán)控制

2、145、實(shí)驗(yàn)分析 165. 1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹 165.1.1系統(tǒng)構(gòu)成 165.2.2實(shí)驗(yàn)接線 175.3實(shí)驗(yàn)流程與波形記錄 215.3.1 開環(huán)實(shí)驗(yàn) 215.3.2 閉環(huán)實(shí)驗(yàn) 236、結(jié)論、問題和體會(huì) 256.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 256.2 感受與體會(huì) 25摘 要整流電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣 泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、 三相橋式半控整流電路和 三相橋式全控整流電路，整流電路涉及到交流信號(hào)、直流信號(hào)以及觸發(fā)信號(hào)，同 時(shí)包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件。通過實(shí)驗(yàn)接線和調(diào)試，三相交流輸入通過同步變壓器降壓， 再通過三相全控 橋?qū)嶒?yàn)箱整流輸出，

3、由示波器觀察輸出波形。三相整流控制箱根據(jù)三相全控橋?qū)?驗(yàn)箱的輸入電壓，以及電路板上可變電阻調(diào)節(jié)，輸出雙窄脈沖波的觸發(fā)信號(hào)，通 過脈沖功放箱放大作為三相全控整流實(shí)驗(yàn)箱的控制信號(hào)。本次實(shí)驗(yàn)采用MATLA歆件中的SIMULINK平臺(tái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真。在開環(huán)控制時(shí)，改變電壓，可以實(shí)現(xiàn)整流輸出電壓在不同觸發(fā)角時(shí)波形有著明顯 的區(qū)別，都是對(duì)稱六脈波。在閉環(huán)控制時(shí)，其觸發(fā)角主要由電壓反饋電路，電流 反饋電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，在示波器時(shí)基因數(shù)足夠大的觀察前提下， 調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使該 實(shí)驗(yàn)輸出穩(wěn)定的六脈波波形。經(jīng)過驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)過程中，閉環(huán)條件下，改變輸入電壓，或者是改變負(fù)載阻 值，都能夠使負(fù)載輸出電壓穩(wěn)定不變；在

4、閉環(huán)仿真中，將220V輸入電源換為280V 電源，冉將25換為20負(fù)載接入，輸出電壓基本穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。1、 實(shí)訓(xùn)要求以及指標(biāo)1.1 實(shí)訓(xùn)要求本次實(shí)驗(yàn)為三相全控整流實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕幸韵聨讉€(gè)方面：1）熟悉PESX-24三相整流控制箱；2） 了解三相全控整流的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，工作原理；3）掌握三相整流系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)調(diào)試的正確方法；4）驗(yàn)證PI控制器參數(shù)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的影響。1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）三相相控整流系統(tǒng)的開環(huán)與閉環(huán)調(diào)試.2）觀察、分析三相相控整流系統(tǒng)各點(diǎn)波形。1.3 指標(biāo)1.3.1 開環(huán)指標(biāo)開環(huán)中，在不同觸發(fā)角下得到不同的輸出直流電壓，在0-60度輸出電壓波形連續(xù)，大于60度電壓波形

5、出現(xiàn)斷續(xù)情況。1.3.2 閉環(huán)指標(biāo)采用電壓閉環(huán)控制，達(dá)到以下是項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓：AC220V（三相），電壓波動(dòng)土 15%輸出電壓：DC110V輸出功率：484W恒壓精度：優(yōu)于5%電壓調(diào)整率：優(yōu)于5%負(fù)載整率：優(yōu)于5%1.4 仿真軟件本次實(shí)驗(yàn)采用MATLA歆件中的SIMULINK平臺(tái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真。 SIMULINK MATLA最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合 分析的集成環(huán)境。無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作， 就可 構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效 率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，其中的Sim Power Elect

6、ronic 工具箱能夠非常好的實(shí)現(xiàn)電 力電子技術(shù)的相關(guān)仿真?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn) SIMULINK已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù) 字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。2、 實(shí)訓(xùn)的主電路設(shè)計(jì)通過電力電子技術(shù)課本以及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書， 利用MATLAB勺Simulink仿真軟件 平臺(tái)，搭建出三相全控整流電路的主電路。其中仿真模型中的數(shù)據(jù)來源于實(shí)驗(yàn)室 提供的實(shí)驗(yàn)器件的參數(shù)。2.1 工作原理2.1.1 三相橋式全控整流電路特性分析三相橋式全控整流電路圖是應(yīng)用最為廣泛的整流電路，其電路圖如下:圖2-1三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路由三相半波共陰極接法(VT1 ,VT3 ,VT5 )和三相半波共陽極接法(VT4 ,VT6

7、 ,VT2)的串聯(lián)組合。其工作特點(diǎn)是任何時(shí)刻都有不同組 別的兩只品閘管同時(shí)導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，因此為保證電路啟動(dòng)或電流斷續(xù)后能 正常導(dǎo)通，必須對(duì)不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖，每隔冗/3換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行，但只在同一組別中換相。接 線圖中晶閘管的編號(hào)法使每個(gè)周期內(nèi)6個(gè)管子的組合導(dǎo)通順序是 VT1-VT2-VT3-V T4-VT5-VT6;共陰極組T1 ,T 3 ,T5 的脈沖依次相差2冗/3;同一相的上下兩 個(gè)橋臂,即VT1和VT4 ,VT3和VT6 ,VT5和VT2的脈沖相差冗，當(dāng)a =0時(shí)，輸出電 壓Ud一周期內(nèi)的波形是6個(gè)線電壓的包絡(luò)線，所以輸出脈

8、動(dòng)直流電壓頻率是電源頻率的6倍，比三相半波電路高1倍，脈動(dòng)減小，而且每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路又可稱為6脈動(dòng)整流電路。2.1.2 三相橋式全控整流電路定量分析(1)當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)(即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a <60時(shí))的平均值為:Ud =點(diǎn) sin 3tdsa=2.34cosaB(2-1)(2)帶電阻負(fù)載且a >60 °時(shí)，整流電壓平均值為:% = 3號(hào) 而U消ino)td(3t) = 234 C - ' 輸出電流平均值為Id=U/R2.1.3 晶閘管的選擇品閘管的額定電壓由三相全控橋式整流電路的波形(圖1 + COS- + CT(2-2)2-4)分

9、析知，品閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值(2-3U fm = U rm故橋臂的工作電壓幅值為:Um=j6 127 311.1V(2-4考慮裕量，則額定電壓為:UN=23Um = 23 311.1 = 622.2 933.3 V(2-12品閘管的額定電流晶閘管電流的有效值為:I VTI d max600三346.4A(2-5考慮裕量，故品閘管的額定電流為:I”IS詬=1.52346.4I= (330.97 441.30 A ( 2-6)1.572.1.4 平波電抗器的選擇為了限制輸出電流脈動(dòng)和保證最小負(fù)載電流時(shí)電流連續(xù)，整流器電路中常要用聯(lián)平波電抗器。對(duì)于三相橋式全控整流電路帶電

10、動(dòng)機(jī)負(fù)載系統(tǒng)，有：, U2L= 0.693(2-7)I d min其中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。由題目要求:當(dāng)負(fù)載電流降至20A時(shí)電流仍連續(xù)。所以Idmin取20A。所以有：L =0.693” = 0.693父127 =4.40mH( 2-8)20202.2 參數(shù)選擇根據(jù)指標(biāo)要求以及電力電子與電力傳動(dòng)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備選 擇各元器件的參數(shù)：輸入三相交流電壓：AC 220乂輸出直流電壓：DC110V整流橋：理想的晶閘管組成的三相整流橋；負(fù)載電阻：設(shè)置P=484W,選取電阻R=*二25歐姆；濾波電感：考慮電流為4.4A,選取濾波電感為0.5H;濾波電解電容：40

11、0uF;PI控制器比例系數(shù)：3.2積分系數(shù)：4.2限幅器上限：90下限;03、 實(shí)訓(xùn)的控制電路設(shè)計(jì)品閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。輸出電壓通過與給定電壓比較，差值通過PI調(diào)節(jié)后進(jìn)行限幅，送入比較器與方波進(jìn)行比較。從比較器輸出比較結(jié)果的PW快送入晶閘管驅(qū) 動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷。當(dāng)負(fù)載兩端的電壓高于預(yù)設(shè)電壓時(shí)， 得到一個(gè)負(fù) 電壓，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)與限幅后，比較器講之與方波做比較，得到一個(gè)周期不變， 占空比減小的PW時(shí)號(hào)。U0將降低。當(dāng)負(fù)載兩端的電壓低于預(yù)設(shè)電壓時(shí)，得到一 個(gè)正電壓，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)與限幅后，比較器講之與方波做比較，得到一個(gè)周期不 變

12、，占空比變大的PWM1號(hào)。U0將升高?？刂齐娐啡缦聢D3-1 :r(t)圖3-1 PID類控制器的基本結(jié)構(gòu)連續(xù)PID控制器的最一般形式為de tu t =Kpe tKi e d 九-odt其中Kp, 和九分別是對(duì)系統(tǒng)誤差信號(hào)及其積分與微分量的加權(quán)，控制器 通過這樣的加權(quán)就可以計(jì)算出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象模型。如果控制器設(shè)計(jì)得 當(dāng)，控制信號(hào)將能使誤差按減小的方向變化，達(dá)到控制要求。PID控制的結(jié)構(gòu)簡單，另外，這三個(gè)加權(quán)系數(shù) Kp, Ki和Kd都有明顯的物理 意義：比例控制器直接影響應(yīng)于當(dāng)前的誤差信號(hào)，一旦發(fā)生誤差信號(hào)，則控制 器應(yīng)立即發(fā)生作用，以減少偏差。本實(shí)驗(yàn)中為實(shí)現(xiàn)恒壓控制，我們采用的控制原理

13、如下圖3-2:Ud圖3-2恒壓控制設(shè)計(jì)框圖整流電路以移相觸發(fā)集成芯片 TC787為核心，接收來自三相同步變壓器的三 相同步信號(hào)和移相控制信號(hào)Ut,產(chǎn)生相應(yīng)的六路觸發(fā)脈沖。電壓傳感器采集輸出的電壓信號(hào)，經(jīng)過比例處理后將采集的信號(hào)輸入加法 器，利用加法器將取的信號(hào)與給定電壓相比較，求出偏差電壓。然后將偏差電壓輸入比例積分器，通過比例積分器、限流器處理偏差電壓。處理后的偏差電壓此 送至反余弦函數(shù)，得到延遲角«。延遲角Q送到晶閘管觸發(fā)角產(chǎn)生器，并形成門 極信號(hào)，控制整流橋，整流橋中的各個(gè)品閘管按VTi-VT2-VT3-VT4-VTs-VT6 依次導(dǎo)通。最后在輸出側(cè)，得到理想輸出。雙閉環(huán)控制電

14、路：電路原理如圖，CSfive為開環(huán)/閉環(huán)控制開關(guān)。 當(dāng)開關(guān) 撥到3位置時(shí)，系統(tǒng)為開環(huán)控制，來至Ug的給定信號(hào)（Qn-10V）經(jīng)過給定 積分電路使世輸出為（0*10V）,控制觸發(fā)脈沖的移相范圍在 m15伊變化。當(dāng) 開關(guān)撥到2位置時(shí)，系統(tǒng)為閉環(huán)控制，給定信號(hào)Ug（0N-1OV）與電壓反饋 信號(hào)的誤差值輸入電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電流給定值,電流給定值與電流反饋信號(hào)的誤差值輸入電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生移相控制信號(hào) Ut,使輸出電壓跟隨給定 電壓變化。3.1 、控制電路工作原理PESX-24三相整流控制箱由各部分電路共同組成，下面將對(duì)各部分電路的電路圖和工作原理一一介紹。3.1.1 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路鋸齒

15、波同步移向觸發(fā)電路原理圖如圖3.1所示圖如樵窗艇郵臉碉理的需原理圖鋸齒波同步移向觸發(fā)電路以移相觸發(fā)集成芯片 TC787為核心，接收來自三 相同步變壓器的三相同步信號(hào)和移相控制信號(hào)Ut ,產(chǎn)生相應(yīng)的六路觸發(fā)脈沖。來自保護(hù)電路的LOCK信號(hào)接入TC787 5管腳，當(dāng)LOCK信號(hào)為高電平時(shí)，TC787 將封鎖輸出脈沖達(dá)到保護(hù)電路的作用。 調(diào)整W2、W4 W6三個(gè)電位器可以同時(shí)調(diào) 整輸出六脈波中應(yīng)某一相兩個(gè)波頭的幅值；調(diào)整W1、W3 W5三個(gè)電位器可以分別調(diào)整輸出六脈波中對(duì)應(yīng)某一相兩個(gè)波頭之間的幅值。3.1.2 雙閉環(huán)控制電路雙閉環(huán)控制電路原理如圖3.2所示CS5為開環(huán)/閉環(huán)控制開關(guān)。當(dāng)開關(guān)撥到3位置

16、時(shí)，系統(tǒng)為開環(huán)控制，來至Ug的給定信號(hào)(0- -10V )經(jīng)過給定積分電路使 Ut輸出為(0-10V),控制觸發(fā)脈沖的移相范圍在0-150 0變化。當(dāng)開關(guān)撥到2位置時(shí)，系統(tǒng)為閉環(huán)控制,給定信號(hào)Ug (0- -10V)與電壓反饋信號(hào)的誤差值輸入電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電流給定值，電流給定值與電流反饋信號(hào)的誤差值輸入電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生移相控制信號(hào)Ut ,使輸出電壓跟隨給定電壓變化積分電路由U2A和U2B運(yùn)算電路組成；積分電路的輸入 CS3 (-)和輸出CS2 (+)大小相等，極性相反，調(diào)節(jié)電位器 W9能調(diào)節(jié)積分速度。U2A給定積分器輸入與輸出關(guān)系如下：Ucs2 = -15*PR33CD1dt = _1

17、5*P tR33CD1其中:15: U2輸出電壓；P:電位器W9上分壓系數(shù)電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器由U2C運(yùn)算電路構(gòu)成，其輸入為CS2 (+)與電壓反饋輸 出信號(hào)CS7 (-)之和，輸出為CS4 (-);調(diào)節(jié)W7可以調(diào)節(jié)電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器的 時(shí)間參 數(shù)，從而調(diào)節(jié)PI參數(shù)。電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器輸出飽和值為穩(wěn)壓管 WD1穩(wěn)壓 值-10V。電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器由U2D運(yùn)算電路構(gòu)成，其輸入為CS4 (-)與電流反饋輸出 信號(hào)CS10 (+)之和；調(diào)節(jié)W8可以調(diào)節(jié)電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器的時(shí)間參數(shù)，從而調(diào)節(jié) PI參數(shù)。環(huán)調(diào)節(jié)器輸出飽和值為穩(wěn)壓管 WD2穩(wěn)壓值+10V。U3A及其周邊元件構(gòu)成的反相放大器作為電流調(diào)節(jié)器和TC787之間接口的變

18、換器。對(duì)于TC787來說，當(dāng)Ut越小，則其觸發(fā)脈沖開通角a越小，整流輸 出電壓就越大。而給定越大，電流調(diào)節(jié)器輸出越大，為此，在這兩者之間加一個(gè) 反相器，使得給定增加時(shí)，整流輸出電壓也增加。調(diào)節(jié) W12可使在給定一定值 時(shí)，輸出電壓變化。當(dāng)給定值小于0.2V時(shí)，結(jié)型場效應(yīng)管Q1和Q2導(dǎo)通，把電壓外環(huán)和電流 內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器輸出鎖零，保證給定為零時(shí)輸出也為零。電壓反饋電路為 U3B組成 的反比例放大電路，調(diào)節(jié)電位器 W11可以調(diào)節(jié)比例放大倍數(shù)。電流反饋電路為U3C組成的正比例放大電路，調(diào)節(jié)電位器 W13可以調(diào)節(jié)比 例放大倍數(shù)。3.1.3 保護(hù)及故障顯示電路保護(hù)及故障顯示電路原理如圖3.3和3.4所示圖3

19、.3過流過壓保護(hù)電路圖3.4故障顯示電路當(dāng)電流反饋USF或是電壓反饋UIF大于設(shè)定值時(shí)，即輸出過流或者過壓， Lock信號(hào)輸出為高，TC787封鎖輸出脈沖。此時(shí)，GZ輸出為高電平，三極管 導(dǎo)通D28指示燈亮，JD2繼電器動(dòng)作。分別調(diào)節(jié)電位器 W16和W17,可以設(shè)定 保護(hù)電路動(dòng)作的輸出電壓或者輸出電流閾值。3.2 閉環(huán)控制方式選擇閉環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸出電壓信號(hào)（反饋電壓）被送入電壓傳感器，與給定的電壓 值進(jìn)行比較，將得到的偏差信號(hào)輸入比例積分控制器（PI調(diào)節(jié)器），通過PI調(diào)節(jié)后消除偏差電壓，使輸出的電壓值逐步趨于穩(wěn)定。限幅環(huán)節(jié)將偏差信號(hào)轉(zhuǎn)換成 角度，輸入到角度控制器中，對(duì)原來的觸發(fā)角進(jìn)行修正，并最后

20、調(diào)節(jié)品閘管的觸 發(fā)角來控制輸出電壓值。因此，在電壓反饋單閉環(huán)控制作用下，輸出電壓最終將會(huì)穩(wěn)定在給定值附近。 從而保證在輸入電壓和負(fù)載發(fā)生變化的情況下， 輸出電壓仍然趨于穩(wěn)定，使電路 具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。4、 系統(tǒng)仿真4.1 仿真軟件MATLABMATLA是一種使用簡便的工程計(jì)算語言。SIMULINC在MATLAB中用于 動(dòng)態(tài)仿真的軟件包，支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)的仿真。集 成在SIMULINK中的電力系統(tǒng)模塊 PSB（PowerSystemBlockset）在電力電子仿真中 具有很多優(yōu)越性。PSB采用變步長積分算法，可以對(duì)非線性、剛性和非連續(xù)系統(tǒng) 進(jìn)行仿真，即保

21、持了 MATLAB勺同一風(fēng)格，又突出了電力電子的學(xué)科特點(diǎn)。4.2 仿真模型的建立按照我們?cè)O(shè)計(jì)的主電路和電力電子技術(shù)課本的指導(dǎo)，我們利用SIMULINKt件的軟件庫中的軟件按照設(shè)計(jì)的電路的順序搭建起電路，按照事先確定好的參數(shù)對(duì)仿真電路中的各個(gè)元件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。4.2.1 開環(huán)控制圖4-1開環(huán)控制仿真電路通過計(jì)算開環(huán)時(shí)當(dāng)觸發(fā)角a =77°時(shí)，輸出為110V。 開環(huán)控制的仿真結(jié)果如下：圖4-2開環(huán)控制仿真波形改變輸入電壓和負(fù)載電阻得到如下數(shù)據(jù)：表4-1開環(huán)仿真數(shù)據(jù)20 Q25 Q30 Q200V98.3V98.7V98.9V220V109.6V109.7V110V240V119.3V11

22、9.6V120V計(jì)算電壓調(diào)整率為：9.8% >5%電阻調(diào)整率為：0.5%<5%開環(huán)條件下，改變輸入電壓，輸出電壓值隨之變化。雖然電阻調(diào)整率達(dá)到了 指標(biāo)要求，但是電壓調(diào)整率完全不能滿足指標(biāo)要求。4.2.2 閉環(huán)控制Three-Phase Thr«4-Pbe» Bf-eaktrThree-Phase ibncephasE enta-zcrL XUHIJ_阪臼C&rtinucL3Universaln- "K 呼下aSMnchrmzEd 6-ulM G*ftifator110圖4-3閉環(huán)控制仿真電路圖4-4閉環(huán)控制仿真結(jié)果當(dāng)運(yùn)行至0.5秒時(shí)，將180V

23、輸入電源換為220V交流電源，當(dāng)運(yùn)行至0.7 秒時(shí)將25歐姆負(fù)載換位20歐姆負(fù)載，得到的波形圖。由圖形可知，輸出電壓基 本穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。由此可見，閉環(huán)控制有助于提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。輸入200V負(fù)載30 Q輸入200V負(fù)載20 Q輸入200V負(fù)載25 Q輸入220V負(fù)載20 Q輸入220V負(fù)載25 Q輸入220V負(fù)載30 QI輸入240V負(fù)載20 Q輸入240V負(fù)載25 Q表4-2閉環(huán)仿真數(shù)據(jù)20 Q25 Q30 Q200V110.9V110.5V110.1V220V110.8V110.2V109.9V240V110.6V110V109.4V計(jì)算電壓調(diào)整率為：0.22%<5%電

24、阻調(diào)整率為：0.45%<5%輸出功率：日一磁細(xì):R閉環(huán)條件下，在一定范圍內(nèi)改變輸入電壓，輸出穩(wěn)定不變，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控 制。加入PI調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性得到了明顯的改善，輸出帶負(fù)載能力較 強(qiáng)，輸出較為穩(wěn)定。5、實(shí)驗(yàn)分析5、 1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹“PESX-H電力電子與電力傳動(dòng)開發(fā)平臺(tái)”是為研究電力電子與電力傳動(dòng)技 術(shù)而研制的通用開發(fā)平臺(tái)。開發(fā)平臺(tái)由主電路模塊、負(fù)載模塊、傳感器、電源模 塊、驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊六大類構(gòu)成，其中控制模塊分為專用芯片控制、單片機(jī) 控制和DSPg制三種層次。常用的電力電子與電力傳動(dòng)系統(tǒng) （如整流電源、斬波 電源、逆變器電源、大功率開關(guān)電源、三相PWM®流器、

25、H型斬波器、直流傳動(dòng)、交流傳動(dòng)等）都可以在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)可根據(jù)開發(fā)者個(gè)人能力和喜好 來選取。開發(fā)平臺(tái)具有如下特點(diǎn)：1）采用模塊式結(jié)構(gòu)。主電路、控制、電源、傳感器等模塊都采用獨(dú)立的模塊 結(jié)構(gòu)，且模塊完全開放，開發(fā)可根據(jù)自己需要，象積木一樣搭建自己的系統(tǒng)。2）控制系統(tǒng)多層次。控制模塊由專用控制器（TC787/SG3525、單片機(jī)（MCU+CPLD口 DSP （F2812）三類組成，滿足多種主電路結(jié)構(gòu)和不同層次的開 發(fā)要求。3）采用先進(jìn)技術(shù)。平臺(tái)中除有傳統(tǒng)技術(shù)之外，還采用先進(jìn)的技術(shù)和器件。主 模塊采用IGBT。IGBT采用Concept公司的專用驅(qū)動(dòng)（國際上使用最廣泛）、控 制器采用高性能單片

26、MCUffi DSP,平臺(tái)適用于先進(jìn)技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā)。4）考慮多種輔助功能。開發(fā)平臺(tái)可提供多種輔助功能，如隔離的示波器供電 電源、交直流電流和電壓表、連接導(dǎo)線等，給開發(fā)者提供方便。5.1.1系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用于擺放各種實(shí)驗(yàn)箱，內(nèi)部配保險(xiǎn)、隔離開關(guān)、主電源開關(guān)、電源指示、變壓器等，面板配交流電流表(380V 3只)、交流電壓表(380V 3只)、 直流電壓表(300V、750V各1只)、直流電流表(30A 2只)、可調(diào)勵(lì)磁電源， 實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部用于存放各種電路功能模塊。主電路模塊：(1) PESX-0E相全控橋?qū)嶒?yàn)箱；(2) PESX-2變相整流控制箱；(3) PESX-06步變壓器箱；(4)

27、PESX-2控制電源箱;(5) PESX-05c沖功放箱；(6) PESX-2盅壓傳感器箱；(7)電流傳感器；(8)外接電壓給定電位器(10K)(9)導(dǎo)線若干，數(shù)字示波器，萬用表;5.2.2實(shí)驗(yàn)接線圖5-1實(shí)驗(yàn)接線(1) PESX-0E相全控橋?qū)嶒?yàn)箱作為整流主電路。在控制脈沖作用下，將輸入的單/三相交流電整流成為直 流電。實(shí)驗(yàn)箱面板如圖5-2:PESX-01三相全控種km2三圖5-2 PESX-01三相全控橋?qū)嶒?yàn)箱面板G1 K1, G4 K4為A相觸發(fā)脈沖輸入；G3 K3 G6 K6為B相觸發(fā)脈沖輸入;G5 K5 G2 K2為Cf觸發(fā)脈沖輸入;24V 24VGJ風(fēng)機(jī)電源電源。此處不接三相整流全

28、控橋三相交流輸入從 PESX-電力電子與電力傳動(dòng)開發(fā)平臺(tái)的三 相整流變壓器輸出接入。變壓器輸出的三個(gè)接線柱從左至右分別為 A B C三相,(2) PESX-24E相整流控制箱根據(jù)同步變壓器箱輸入的 A B C三相同步信號(hào)產(chǎn)生6路觸發(fā)脈沖，其型式 為雙窄脈沖；其移相范圍為?！毙咀o(hù)，可滿足電阻和電感性負(fù)載； 板內(nèi)有兩個(gè) 運(yùn)放構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器，串聯(lián)成一個(gè)電流內(nèi)環(huán)、電壓(轉(zhuǎn)速)外環(huán)的雙閉環(huán)控制 系；箱內(nèi)設(shè)有過流、過壓保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，封鎖觸發(fā)脈沖，同時(shí)可通過 繼電器輸出故障信號(hào)。實(shí)驗(yàn)箱面板如圖 5-3:415V-1+21VGftD. i4吊MM就MH MOOO-Jl-tQUpoMMMb-15V印

29、即GM圖5-3三相整流控制箱面板+15V GND-15V為控制系統(tǒng)各個(gè)芯片工作電源；+24V為控制系統(tǒng)繼電器工作電源，具地與控制地相同；-15V、Ug1 Ug2 GND外接給定；+15V -15V、MHV1MH的電壓、電流傳感器工作電源和檢測信號(hào);如lm皿”件為三相同步電壓輸入;為三相整流控制移相脈沖輸出。該電路以移相觸發(fā)集成芯TC78為核心，接收來自三相同步變壓器的三相同 步 信號(hào)和移相控制信號(hào)Ut,產(chǎn)生相應(yīng)的六路觸發(fā)脈沖。來自保護(hù)電路的 LOCK 號(hào)接入TC7875管腳，當(dāng)LOCK號(hào)為高電平時(shí)，TC787等封鎖輸出脈沖達(dá)到保護(hù) 電路的作用。調(diào)整QJIJI'W三個(gè)電位器可以同時(shí)調(diào)整輸

30、出六脈波中應(yīng)某一相 兩個(gè)波頭的幅值；調(diào)整1mn三個(gè)電位器可以分別調(diào)整輸出六脈波中對(duì)應(yīng)某一相兩個(gè)波頭之間的幅值。(3) PESX-06步變壓器箱本箱體通過三個(gè)按 /Y-11接法的單相變壓器組，將三相 380V交流電隔離 檢測到控制回路，作為TC787的移相觸發(fā)信號(hào)。同步變壓器箱面板如圖5-4所示：:生的半的UA ux ue UY UC UZ;4-r胎4船:Ua Uk Ub Lly Ik. UzBYlBY之圖5-4同步變壓器面板UA-UXJ A 相380V輸入；UB-U次計(jì)目380V俞入；UC-U的Cf目380V俞入；UA-U勸2相30V俞出；UA-U勸b相30V俞出；UA-U勸訓(xùn)30V俞出。BY

31、幺BY2備用。(4) PESX-2盅壓傳感器箱本實(shí)驗(yàn)箱用于測量任意波形電壓。當(dāng)原邊輸入電流10mAM，次邊輸出25mA 本實(shí)驗(yàn)箱中一共有三個(gè)相同的電壓傳感器， 每個(gè)電壓傳感器接線相同。在本實(shí)驗(yàn) 中用來將負(fù)載兩端輸出電壓反饋回主電路，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。電壓傳感器實(shí)驗(yàn)箱面板如圖5-5 :PESX-22電壓傳感器箱UI1UI2UZI LIS11K32*1 /語曜河1幫同739f?0隨審郵闿口湘國噓假1圖5-5電壓傳感器實(shí)驗(yàn)箱面板U11、U1納電壓彳感器1輸入端;U21、U2納電壓彳感器2輸入端;U31、U3納電壓彳感器3輸入端；+15M -15V為電壓傳感器工作電壓；MHV1 MHV2 MHV3電壓傳感器信

32、號(hào)輸出端。電壓傳感器箱使用的傳感器是 NV25-P,它采用霍爾感應(yīng)原理，可任意測量波形電壓。檢測電流流過一個(gè)取樣電阻，將其變成電壓信號(hào)。原理圖如圖5-6:U11 R1 13K/0.5WR2 13K/0.5WVsenor+ 15V，一+ R4 13K/0.5W+HT+MHVU12 ,._M-15V-HT-圖5-6電壓傳感器實(shí)驗(yàn)箱原理圖5.3實(shí)驗(yàn)流程與波形記錄5.3.1 開環(huán)實(shí)驗(yàn)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的主電路和控制電路以及仿真時(shí)搭建的電路連好了實(shí)際電路。 然后，我們利用實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書中的資料， 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在PESX-24三相控制中的開環(huán) /閉環(huán)開關(guān)撥到開環(huán)控制，開始開環(huán)實(shí)驗(yàn).首先我們先驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路是否正確，是否

33、是開環(huán)下。于是給 PESX-21控制 電源箱上電，調(diào)節(jié)給定電位使指示燈 D29滅，觀察CS4 CS5測試孔的電壓大小， 發(fā)現(xiàn)其大小0V （為正常情況下，此時(shí)的內(nèi)外環(huán)的 PI調(diào)節(jié)器鎖死，結(jié)型場效應(yīng)管 導(dǎo)通，CS4和CS5電壓應(yīng)接近0V）。調(diào)節(jié)給定電位器使指示燈 D29變亮。用萬用 表觀察CS3和CS2測試孔，觀察兩者電壓的極性和大小關(guān)系 （正常情況下，兩者 大小相等，極性相反）。觀察CS4和CS5測試孔的極性和大小，（正常情況下，CS4 為負(fù)，CS5為正，兩者都在10V左右）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：表5-1開環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)CS2CS3CS4CS50.63V-0.64V-9.36V9.38V為了讓一個(gè)輸入周期

34、（工頻50HzF）,六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間保持一致約為3.3ms3.4ms,必須進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)。給主電路通電。在輸出側(cè)接上示波器，調(diào)壓器從零慢慢調(diào)節(jié)整流變壓器使三 相輸入為額定值380V。調(diào)節(jié)給定電位器的大小，同時(shí)觀察輸出波形。通過調(diào)節(jié) PESX-24控制電路板上的 W12電位器，使給定電壓從0-10V變化時(shí)，輸出電壓 從0到滿開放變化，此時(shí)觸發(fā)角對(duì)應(yīng)為 0° ,給定電壓對(duì)應(yīng)為-10V。分別調(diào)節(jié) W2 W4 W6電位器，觀察輸出波形的變化。重新調(diào)節(jié) W2 W4 W6電位器，使輸 出六脈波波形對(duì)稱。如圖所示：圖5-9三相全控整流開環(huán)觸發(fā)雙窄脈沖圖5-10主電路輸出對(duì)稱六脈波圖5-11給定-

35、1V時(shí)整流輸出波形圖5-12給定-9V時(shí)整流輸出波形結(jié)果分析：在380V輸入電壓下，經(jīng)過三相接線相序的調(diào)整，得到了雙窄觸 發(fā)脈沖；經(jīng)過電位器亞廣1”的調(diào)節(jié),使得雙窄觸發(fā)脈沖相序依次相差6伊，實(shí)現(xiàn) 對(duì)稱六脈波輸出。驗(yàn)證了開環(huán)設(shè)計(jì)的正確性。5.3.2 閉環(huán)實(shí)驗(yàn)首先把PESX-2叱相整流控制箱中的開環(huán) /閉環(huán)開關(guān)撥到閉環(huán)控制。啟動(dòng) PESX-21 空制電源箱，調(diào)節(jié)給定電位器使指示燈D295。在整流輸出端接上數(shù)字示 波器，按壓啟動(dòng)按鈕，調(diào)壓器從零慢慢調(diào)節(jié)整流變壓器使整流三相輸入線電壓為 額定380V。調(diào)節(jié)給定電壓，使整流輸出電壓為額定220V（此時(shí)給定電壓為-10V,輸出電 壓波形為滿開放的六脈波）用

36、萬用表觀察給定電壓（CS2和反饋電壓（CS7的 極性和大小關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5-2所示，發(fā)現(xiàn)CS2=9.96M CS7=-9.84V,兩者極 性相反，大小相等，說明閉環(huán)是有效的。表5-2閉環(huán)調(diào)試輸出電壓CS2CS7220V9.96V-9.84V過壓調(diào)試：啟動(dòng)PESX-21 空制電源箱，啟動(dòng)主電路；調(diào)節(jié)整流變壓器使三相整流輸入線電壓為額定380V,給定滿電壓。再調(diào)節(jié)整流變壓器使整流輸出電壓為 整流輸出電壓額定值220V4n .2倍，亦即264V,然后調(diào)節(jié)PESX-24E相整流控制箱 保護(hù)電路模塊中的W16發(fā)現(xiàn)D28旨示燈亮，說明電路擁有過壓調(diào)制的能力。PI參數(shù)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)給定電壓使整流輸出電壓為電壓額定值的一半， 觀察輸出 波形，此時(shí)如果閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，則整流輸出電壓波形中會(huì)有低頻振蕩。 調(diào)節(jié)電 壓外環(huán)PI參數(shù)調(diào)節(jié)電位器W豉者