3电力电子电路及控制系统实验设计及实验方法new

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1、华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心信号与控制综合实验指导书电力电子电路及控制系统综合实验实验设计和实验方法综合性、设计性实验是能巩固理论知识、提高设计能力和科研能力的最好锻炼方式之一。由于这样的实验目的已经完全不是简单的验证，而是应用、开发、创新的过程，内容和思路都可以不受约束，实验是要采用尽可能好的设计，使电路达到要实现的功能，因此实验步骤和实验方案通常要根据实验内容自行拟定，以便通过这样的锻炼，使将来在科研中也能用类似方法实现对设计思路的实验验证。掌握实验目的和原则，以及一定的实验方法，就可以对任意拓扑的

2、电路，设计实验步骤、设计实验数据记录表格、确定所需要观察的波形，作出相应的分析和处理。一、实验目的1.电力电子变换器的功能电力电子变换器通过不同的拓扑实现不同的变换功能，其中包含各种器件（可控或不控；有源或无源），其功能或电路特征体现在如下几个方面：(1)将DC或AC电能转变为不同等级的DC或不同频率的AC电能；(2)通过调节占空比，电路既可以成为升压电路，也可以成为降压电路；(3)通过不同的滤波电路设计或开关频率设计，其输入和输出的电流可以是连续的，或断续的；(4)开关管是硬开关方式或软开关方式，体现在开关管的电压

3、电流波形方面，或开关损耗方面。验证以上变换器功能的实验，应设计能观察以上现象或调节功能的实验步骤，了解实验设备能提供的条件，确定实现方案，以及确定相应要记录的波形。通常这样的验证变换器功能的实验采用开环完成。2.电力电子变换器的实验条件实验设计以及电路参数设计都需要了解实验条件，即变换电路的功能要求。本实验装置中的各种实验，一般设计变换器功率为100W（变频调速系统和单端反激电路实验除外），具体为：降压实验：输入电压100V±20％；输出电压50V，输出最大电流Ie为2A升压实验：输入电压50V±20％；输出电压10

4、0V，输出最大电流Ie为1A保证输出滤波器电感电流连续时的最小负载电流：10％Ie集学科优势--求改革创新4华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心信号与控制综合实验指导书3.电力电子变换器的性能作为闭环控制系统，输出需要跟踪指令输入（希望输出）。作为电力电子稳压电源这样的闭环控制系统，或电机速度控制中的稳定速度的控制系统，在额定参数给定下存在有一个额定工作点，以及受到各种扰动时要求满足一定的精度（稳态误差要求）。所谓扰动，这里是指功率供电电源电压的变化，或负载的变化。功率供电电源的变化通常规定了一个范围，例如降压

5、电路，规定输入电压为100V±20％，输出为50±2％V，即在输入电压变化范围在80V～120V时，要求输出稳定在49～51V。注意，超过这个电压变化范围，输出是不保持所设计的精度的。负载的变化则为空载到满载（额定功率为100W）。空载实际上还包括了为了保证电感电流连续而设置的固定负载，但它不反映在实验电路的负载中（即实验记录表格中）。考虑一种扰动对控制性能的影响时，通常忽略其它因素影响，即让另一扰动为0：e=e=limsE(s)ss−SourcessΔLoad=0ΔLoad=0s→0e=e=limsE(s)ss−L

6、oadssΔSource=0ΔSource=0s→0因此，所设计的实验数据表格应该包括这样的表格：(1)额定工作点确定和测量值：额定输入(例如100V)、额定负载时的输出电压(转速)(2)输入电压特性（固定负载，在规定范围内变化输入电压）：它可以包括2～3个表格，例如空载时的输出测量表格，半载时的输出测量表格，以及满载时的输出测量表格。(3)负载特性（固定电源电压，变化负载从空载到满载）：它应该包括：电源电压为额定值时空载到满载的输出测量表格。4.动态特性观察在要求观察动态特性（超调量、调节时间）时，可参照“实验47

7、：电力电子电路闭环动态特性观察及超调量抑制”中的“实验的实现”方式完成：稳定输出为某一固定值不变的控制系统，称为恒值调节系统。这类系统控制的目的是通过调节维持输出为和输入对应的恒定值。通常在理论上，超调量是在输入量变化（例如阶跃输入）时考核系统输出跟踪输入的动态响应情况，而在电力电子变换器这类稳压电源控制系统中，阶跃输入（例如启动过程）时由于过大的动态误差将导致系统的磁性元件（变压器或电感）饱和、冲击电流过大而导致电路元件损坏，因此都设计了软启动电路，使给定输入缓慢上升，动态误差不至于过大，超调量不会很大，甚至不出现

8、超调。因此，在具有软启动功能这样的电路中，采用理论上突加输入来观察超调量是无法实现的。超调量实际上可以通过扰动作用时系统的输出的变化来测量。扰动作用下，系统输集学科优势--求改革创新5华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心信号与控制综合实验指导书出会偏离原平衡值，并在动态过程中显示出与给定输入值变化时同样的超调现象（因为系统的特征方程系统，