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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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