实验四单相正弦波(SPWM)逆变电源研究

对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。

更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。

这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。

面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。

7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。

图1 用面积等效原理转换为SPWM波形如果把上述脉冲序列改为相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲（图1下图），脉冲中心位置不变，并且使该矩形脉冲面积和上图对应的矩形脉冲相同，得到图1下图所示的脉冲序列，脉冲宽度按正弦波规律变化，这就是PWM波形。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的，图中红线就是该序列波形的平均值。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。

要改变等效输出的正弦波的幅值时，只需按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

SPWM波形的生成输出SPWM波形仍需全桥逆变电路，在“光伏用DC-DC变换器”课件中已介绍过这种电路，通过控制开关晶体管的通与断在负载上产生交变电压，见图2。

s图2 全桥逆变电路的工作状态输出SPWM波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。

摘要本论文所需单相正弦波SPWM逆变电源的设计采用了运算放大器、二极管、功率场效应管、电容和电阻等器件来组成电路。

逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。

通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合的方案。

输出频率由电压控制，波形幅值由电阻确定。

本论文以SG3525驱动芯片为核心，完成了单相正弦波SPWM逆变电源的参数设计，并利用所得结果，完成了实际电路的连接，通过调试与分析，验证了设计的正确性。

关键词: SPWM,SG3525IIITitle: Design of Sine Wave Inverter Power Supply By SG3525Applicant: Cao LeiSpeciality: Electrical Engineering And AutomationABSTRACTDesign of sine wave inverter power supply by SG3525 was designed using operational amplifier,diodes,transistors,zener diodes,the capacitor and resistor voltage devices such as to constitute circuit.Inverter power supply is one kind of power electronics process transformation of electrical energy device.It alternating voltage or volts d.c input to acquire voltage stabilization constant amplitude the alternating voltage output.Get through the circuit analytical.To ensure the parameter to chose one kind of best fit program.The output frequence is confirmed by voltage and resistance ect.The thesis use SG3525 as a core to achieve design of sine wave inverter power supply.Take the advantage of the result to achieve circuit ligature.Get through the debug to check the validity.KEY WORDS：SPWM，SG3525IIIIV目录1绪论 (1)1.1逆变电源的发展背景 (1)1.2逆变电源的研究现状 (1)1.3设计的主要工作和难点 (3)1.3.1 设计的主要工作 (3)1.3.2 论文的主要难点 (5)2 SPWM逆变电源原理与应用 (7)2.1SPWM控制原理 (7)2.2SPWM控制的发展前景 (8)2.3本章小结 (8)3 硬件电路的设计 (9)3.1SG3525介绍 (9)3.2 文氏电桥振荡电路 (11)3.3移位电路分析 (13)3.4 逆变电路的工作原理分析 (13)3.5 本章小结 (14)4 系统的检测与分析 (15)4.1正弦发生器部分的调试 (15)4.2逆变部分及整体运行结果 (16)5结论与展望 (19)致谢 (21)参考文献 (23)III1绪论1.1逆变电源的发展背景逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变幻的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。

实验四-单相交直交变频电路的性能研究————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：北京信息科技大学电力电子技术实验报告实验项目：单相交直交变频电路的性能研究学院：自动化专业：自动化（信息与控制系统）姓名/学号：贾鑫玉/2012010541班级：自控1205班指导老师：白雪峰学期：2014-2015学年第一学期实验四单相交直交变频电路的性能研究一．实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

二．实验内容1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。

2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。

三．实验设备及仪器1．电力电子及电气传动主控制屏。

2．NMCL-16组件。

3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。

4．双踪示波器。

5．万用表。

四．实验原理单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。

本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。

逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。

ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。

五．实验方法45L1G3VT33E3VT4CG4E2图2—8 单相交直交变频电路G11E1G22VT1VT21．SPWM 波形的观察（1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur 波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。

单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。

U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。

F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。

实验报告课程名称：___电力电子技术1___指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：_单相正弦波逆变电路研究 实验类型：_ ___________同组学生姓名：____一、实验目的1、理解单相正弦波（SPWM ）逆变电路的工作原理。

2、掌握单相正弦波（SPWM ）逆变电路的调试方法。

3、对单相正弦波（SPWM ）逆变电路的特性进行分析。

二、实验原理及线路通常把直流电转变为交流电的过程称为逆变。

为了得到某一频率的正弦输出电压波形，可以利用该频率的正弦控制信号与一个频率较高的三角波相比较，从而得到各晶体管的控制信号，这种方法称为SPWM 法，它可以有效提高逆变器输出电压质量。

定义幅度调制比：ma = 正弦波电压峰值 / 三角波电压峰值 = Usm / Uc定义频率调制比：mf = 三角波频率 / 基波（正弦波）频率 = fc / f1在本实验中，开关管 VT1 ~ VT4的工作状态是由正弦电压 us 和三角波电压 uc 的比较结果来分别控制的。

当us > uc ，VT1和VT4导通，VT2和 VT3关断，输出电压uo = +Ud ；当 us< uc ，VT2和VT3导通，VT1和 VT4关断，输出电压 uo = -Ud 。

由于输出电压有正负两种极性，故称双极性。

在SPWM 法控制下，输出电压中的谐波可大幅度减少且容易控制。

SPWM 的实验线路如下图所示：三、实验内容1、正弦波及三角波发生电路测试研究。

2、正弦波与三角波合成波形测试研究。

专业：电气自动化0801 姓名：_ 李彦哲_____学号：_3080100811___ 日期：_2011/3/28__ 地点： 教二1253、SPWM波形及分相驱动波形、死区时间等测试研究。

4、幅度调制比和输出电压的关系测试研究。

5、频率调制比和输出电压的纹波电压（即ΔUo）的关系测试研究。

6、负载对SPWM 输出电压波形、电流波形的影响研究（纯阻性、阻感性负载）。

实验四单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验一、实验目的(1)掌握异步电动机变频调速的原理。

(2)了解异步电动机变频调速运行的基本参数，V/f曲线。

二、实验所需挂件及附件序号 1 2 3 4 5 型号 DJK01 电源控制屏 DJ21-1单相电阻启动异步电动机双踪示波器万用表备注该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

自备自备 DJK11 单相异步电机SPWM变频调速或DJK14单相交直交变频原理三、实验线路及原理单相异步电动机的调速除了其起动需要另加附加绕组及相关电路之外，其变频调速原理与三相异步电动机相同，下面仍然以三相异步电动机的调速原理来说明，由电机学可知，电机的转速表达式为: 60f1n?(1?s)?no(1?s) p其中f1为定子供电频率；p为电机的磁极对数；s为转差率，由上式可知改变定子供电频率f1可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率s保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。

即E1?4.44f1ωK1φE11φ?() f14.44ωK11在忽略定子阻抗压降的情况下，E1≈U1φ?U1?C,其中c?为常数。

f4.44ωK1 1为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压U1，即保证φ?U1?常数。

f1单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设计的，因此由该逆变器供电的单相电动机可以实现速度调节的要求，其原理框图如图7-3所示。

单相异步电机采用电阻分相启动式，启动绕组串接PTC保护器，当启动完毕时在离心开关的作用下自动切除启动支路。

在微处理器的控制下，利用键盘可以改变电路输出的V/f比值，用键控方式改变输出频率以达到调频调速的目的。

关于逆变电路的原理请参考相关书籍、其输出电压波形为脉冲宽度按正弦规律变化的调制波，其中含有基波分量和各种高次谐波，以基波分量为主，谐波分量较小，当基波频率与幅值按某种恒压/频的规律变化时，电机转速随之改变。

精心整理对于大多数应用场合需要的是工频电源，例如我们的电冰箱，洗衣机，电风扇等都需要正弦波的220伏、50赫兹电源，各种动力设备，远距离输电也都需要正弦波的交流电。

更多的太阳能光伏发电装置输出的是正弦波交流电，目前生成正弦波仍采用前面介绍的全桥电路，只是对开关晶体管的控制采用PWM脉宽调制或移相控制或调频控制等方式。

这里仅介绍最常用的PWM脉宽调制方式。

面积等效原理转换把直流电转换成正弦波交流电是根据根据面积等效原理，在图1上图中的正弦半波（红线）分成n等份，把正弦半波看成是由n个彼此相连的矩形脉冲组成的波形，为简单清晰，划分为7等份。

7个脉冲的幅值按正弦规律变化，每个脉冲面积与相对应的正弦波部分面积相同，这一连续脉冲就等效正弦波。

图1PWMPWM度即可。

SPWM输出s图2全桥逆变电路的工作状态输出波形的矩形波必须生成序列的控制信号来控制桥式电路中开关晶体管的通与断，普遍使用的是调制法来生成控制信号，可采取单极性调制也可采用双极性调制来生成控制信号，下面介绍常用的单极性调制方式。

图3上部分是SPWM波形控制信号生成的原理图，下部分是生成的SPWM波形。

在调制法中，把所希望输出的波形称为调制波ur，把接受调制的信号称为载波uc，通常采用等腰三角波作为载波，正弦波作为调制信号。

在两波交点时对电路中的开关器件进行通断控制，就可得到宽度正比于调制信号幅值的脉冲。

在ur正半周时，T2与T3保持关断，在ur和uc的交点时刻控制开关晶体管T1与T4开通与关断：当ur＞uc时控制T1与T4导通，R上的电压为Ud，当ur＜uc时控制T1与T4关断，R上的电压为0。

在ur负半周时，T1与T4保持关断，当uc＞ur时控制T3与T2导通，R上的电压为-Ud，当uc＜ur时控制T1与T4关断，R上的电压为0。

这样在R上产生宽度按正弦波规律变化的SPWM波形，见图2下图，其中红线uof表示输出等效的正弦波交流电电压。

精心整理SPWM 逆变器输出的正弦波交流电电压uof 的峰值uofm 小于输入的直流电压ud ，把uofm/ud 称为直流电压利用率，对于单相SPWM 电路直流电压利用率的理论值最大为1，实际上由于种种原因，直流电压利用率要小于1。

单相正弦波逆变电源设计原理+电路+程序目录1.系统设计 (4)1.1设计要求 (4)1.2总体设计方案 (4)1.2.1设计思路 (4)1.2.2方案论证与比较 (5)1.2.3系统组成 (8)2.主要单元硬件电路设计 (9)2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)2.2DC-AC电路的设计 (10)2.3 SPWM波的实现 (10)2.4 真有效值转换电路的设计 (11)2.5 保护电路的设计 (12)2.5.1 过流保护电路的设计 (12)2.5.2 空载保护电路的设计 (13)2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)2.5.4 电流检测电路的设计 (15)2.6 死区时间控制电路的设计 (15)2.7 辅助电源一的设计 (15)2.8 辅助电源二的设计 (15)2.9 高频变压器的绕制 (17)2.10 低通滤波器的设计 (18)3.软件设计 (18)3.1 AD转换电路的设计 (18)3.2液晶显示电路的设计 (19)4.系统测试 (20)14.1测试使用的仪器 (20)4.2指标测试和测试结果 (21)4.3结果分析 (24)5.结论 (25)参考文献 (25)附录1 使用说明 (25)附录2 主要元器件清单 (25)附录3 电路原理图及印制板图 (28)附录4 程序清单 (39)21.系统设计1.1设计要求制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。

满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。

1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。

设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。

1.2.2方案论证与比较⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择方案一：推挽式DC-DC变换器。

实验四 单相正弦波（SPWM ）逆变电源研究一．实验目的1．掌握单相正弦波（SPWM ）逆变电源的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。

2．熟悉正弦波发生电路的工作原理与使用方法。

二．实验内容1．正弦波发生电路调试。

2．带与不带滤波环节时的负载两端，MOS 管两端以及变压器原边两端电压波形测试。

3．滤波环节性能测试。

4．不同调制度M 时的负载端电压测试。

三．实验系统组成及工作原理能把直流电能转换为交流电能的电路称为逆变电路，或称逆变器。

单相逆变器的结构可分为半桥逆变器、全桥逆变器和推挽逆变器等形式。

本实验系统对单相全桥逆变电路进行研究。

全桥逆变器的主要优点是可以实现双极性的电压输出，对输入电源的利用率比较高，同时可以输出较高的电压，因此，特别适用于适合高压输出的场合。

逆变器主电路开关管采用功率MOSFET 管，具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率较高的特点。

当开关其间VT 1、VT 3 和VT 2、VT 4轮流导通，再经推挽变压器升压后，即可在负载端得到所需频率与幅值的交流电源。

脉宽调制信号由三角波和正弦波进行比较获得。

图5—6为此，正弦波信号必须如图5—6所示，即其峰—峰值必须在小于三角波德幅值。

正弦波发生电路如图5—7所示。

tt正弦波峰—峰值，从而调节SPWM信号的脉冲宽度以及逆变电源输出基波电压的大小。

四．实验设备和仪器1．MCL-22实验挂箱2．万用表3．双踪示波器五．实验方法1．SPWM波形的观察按下左下方的开关S5(1)观察"SPWM波形发生"电路输出的正弦信号Ur波形(2端与地端)，改变正弦波频率2．逻辑延时时间的测试将"SPWM波形发生"电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和3端波形,并记录延时时间Td.。

3．不同负载时波形的观察按图5-19接线。

将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。

单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1. 仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。

2. 仿真原理：单相桥式逆变电路图 1 所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。

在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1 和V2 通断状态互补，V3 和V4 的通断状态互补。

下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。

图1 单相桥式PWM逆变电路不同控制方式原理单极性控制方式调制信号ur 为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur 的正半周，V1保持通态，V2保持断态，在ur>uc时使V4导通，V3关断，u0=Ud; 在ur<uc时使V3导通，V4关断，u=0; 在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在ur <uc时使V3导通，V4关断，u=-Ud; 在u r >uc时使V4导通，V3关断，u=0。

这样就得到了SPWM波形u。

图2 单极性PWM控制波形双极性控制方式采用双极性方式时，在ur的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。

在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。

在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

即ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0，则V1和V4通，如i<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=Ud。

ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i<0，则V2和V3通，如i0>0，则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压u=-Ud。

图3 双极性PWM控制波形3. 仿真过程：仿真主电路模型：仿真模型如图4所示，其中的PWM模块为根据不同控制方式自定义的子系统封装模块，设置该模块的参数为m（调制深度）、f（调制波频率）、fc（载波频率），方便仿真时快捷调整调制深度及载波比，来观察不同参数对逆变电路输出的影响。

实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。

3．掌握SPWM 波产生的基理。

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。

二．实验所需挂件及附件 序号型号 备注 1DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用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。

实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。

1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09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。

本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。

1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）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，其输出可用以直接驱动IGBT 管。

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，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图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(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。

3．控制电路控制电路如图3-23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U r ，另一片用以产生三角载波U c ，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U m ，即SPWM 波。

电力电子技术实验报告共页第页一、实验目的(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。

(2)掌握SPWM波产生的基理。

(3)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。

二、实验内容1.熟悉 SPWM 电路组成，掌握该电路的实验及调试方法。

2.测定与分析 SPWM 电路控制信号的各观测点输出电压波形。

3.分析电路在电阻负载时的电压与电流波形的分析,并研究工作频率对电路工作波形的影响。

4.按照 SPWM 电路实验要求搭建电路，按照实验安全要求规范操作，准确获取实验数据。

利用实验课以外的时间，借助仿真软件搭建 SPWM 电路模型，并比较实验数据与仿真结果的异同，对实验数据结果进行分析和解释。

5.掌握 SPWM 电路工作原理，学会分析和处理实验中出现的问题，提高工程实践能力。

三、实验仪器、设备和工具TKDD-2 型电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块，DX08 单相交直交变频原理，双踪示波器，万用表四、实验原理采用 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。

实验电路图如图 3-1 所示，由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。

是由两片集成函数信号发生器ICL8038 为核心组成，其中一片ICL8038 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 度的±PWM 波，再经触发器 CD4528延时后，得到两路相位相差 180 度并带一定死区范围的两路 SPWM1 和 SPWM2波，作为主电路中两对开关管 IGBT 的控制信号。

五、实验步骤1.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 DX08 挂箱左侧的钮子开关拨到“测试”位置。

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。

单相正弦波PWM逆变电路1、单相逆变原理如图(1)所示为单相逆变电路的基本原理，当开关管VT1和VT4导通而VT2和VT3关断时，输出的电压为正的方波电压；当开关管VT2和VT3导通而VT1和VT4关断时，输出的电压为负的方波电压，从而实现了直流电压到交流电压的变换，这就是逆变器的基本思路。

图（1）单相逆变电路对于单相逆变电路，其调制的方法有很多，通常有方波调制方法、斩控调制方法、阶梯波调制方法。

方波调制方法的控制比较简单，但输出的交流谐波较大，因此很少使用；阶梯波调制方法的使用需要将多组的单相逆变器进行移相叠加组合，从而获得相应的交流阶梯波形，该方法只有在大功率场合使用；斩控调制方法是指在一定的开关调制频率条件下，调制脉冲的幅值恒定，而调制脉冲的宽度可变，一般调制波形的宽度按正弦分布，则称为正弦脉冲宽度调制（SPWM）。

2、仿真图(2) 单相逆变仿真图在本实验的仿真中采用SPWM进行调制，其有三种控制方案：单极性SPWM控制、双极性SPWM控制、倍频单极性SPWM控制，我们主要对单极性SPWM控制、双极性SPWM 控制进行仿真，并通过仿真波形进行比较分析。

仿真中单相逆变仿真图如图(2)所示，仿真参数V i =100V ，电感为2mH ，纯阻性时电阻为5Ω，阻感性时电阻设为1Ω，输出的电流为I o 。

2.1单极性调制2.1.1单极性控制原理所谓单极性SPWM 控制是指逆变器的输出脉冲具有单极性特征。

为实现单极性SPWM 控制，根据单相电压型正弦波逆变器的电路桥臂控制功能的不同，可将其分为周期控制桥臂和调制桥臂。

当负载为纯阻性，输出的电压和输出的电流波形相同，只是幅值不同。

当负载为阻感负载时，在输出电压的正半周期，让VT1保持通态，VT2保持断态，VT3和VT4交替通断。

由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有正有负。

在电流为正的的区间，VT1和VT4导通，负载电压等于输入电压U i ；VT4关断时，负载电流通过V1和VT3续流负载电压为0。

一、实验目的1、用MATLAB对单相正弦波PWM逆变电路进行仿真，讨论载波信号、调制信号对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响.2、主要讨论载波比、调制深度对输出电压、电流、谐波以及谐波畸变率的影响。

二、实验原理1、PWM控制的基本原理PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,将宽度变化的窄脉冲作为驱动信号，其控制的基本原理是面积等效原理，即:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

冲量指窄脉冲的面积.效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

低频段常接近，仅在高频段略有差异。

如图1—1为PWM波等效为正弦波，2-1a中把正弦波分成N等分，就可以把正弦波看成是由N个彼此相连的脉冲序列组成的波形，这些脉冲的宽度相等，都为π/N，但幅值不相等。

如果把这一系列的窄脉冲用等幅而不等宽的矩形窄脉冲代替,使矩形脉冲的中点与相应的正弦脉冲部分的中点重合,且使矩形脉冲与相应的正弦脉冲的面积相等,且宽度是按正弦规律变化的如图2—1b，由面积等效原理可知,PWM波和正弦波是等效的。

这种脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形叫做SPWM.图2—1 SPWM波等效为正弦波2、电路结构及控制方法2.1单相SPWM逆变电路结构图2-2单相SPWM 逆变电路2.2 单相SPWM 逆变电路控制方式图2-3单极性SPWM 控制方式波形 图2—4双极性SPWM 控制方式波形对于单极性SPWM ，如图2-3所示，在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断.在Ur 的正半周,VT1保持通态，VT2保持断态,当Ur 〉Uc 时使VT4导通，VT3关断，Uo=Ud ；当Ur<Uc 时使VT4关断，VT3导通，Uo=0。

在Ur 的负半周，VT1保持断态，VT2保持通态，当Ur 〈Uc 时使VT3导通,VT4关断，Uo=—Ud;当Ur 〉Uc 时使VT3关断，VT4导通，Uo=0.对于双极性SPWM ，如图2-4所示，仍然在Ur 和Uc 焦点的时刻控制IGBT 的通断。