电能变换技术

实验六电能变换技术 实验六电能变换技术 电能变换技术是现代电力电子技术的核心。它是利用现代电力电 子技术和手段把某种电能（如电力网的交流电、蓄电池可输出的直流 电等）变换成另外一种用途和特性的电能。例如，开关电源可把电力 网的交流电变换成供电子电路使用的低压直流电、逆变器可把蓄电池 的直流电变换成普通交流电器使用的交流电、变频器可把50Hz 的交 流电变换成供三相异步电机调速使用的电压和频率可调的交流电、 DC-DC变换器可以把低压直流电变换成高压直流电，也可以把高压直 流电变换成低压直流电等等。 一、实验目的 1. 了解电能变换技术的基本原理。 2. 理解、熟悉一种直流电能变换的指导思想、技术核心和过程 的相关特性。 3. 掌握一种现代实用技术。 4. 拓宽实验者的思维模式与空间。 二、仪器及用具 专用直流电能变换实验台1 个，数字示波器1 台，低压直流稳压 电源1 台，直流电压表1 块，直流电流表1 块，滑线电阻器1 只。三 色导线若干根。 三、原理 现代电力电子的核心技术之一是采用高频开关方法。它通过高频 开关可把低频交流电或直流电变换成高频交流电，通过变压器得到所 希望的电压，然后再通过电感、电容、二极管等器件获得具有一定特 性的电能。如光伏电力系统中的正弦波逆变器。这种逆变器可有两种 光电技术综合训练指导29 实验六电能变换技术 变换方案。一种方案是先利用高频开关、采用正弦脉宽调制逆变技术 得到正弦脉宽调制的脉动工频交流电，再经电感、电容滤波得到纯正 的工频交流电，最后通过工频变压器调整电压得到最终需要的符合供 电要求的工频交流电，其原理如图6.1所示。 图 6.1 电能变换方案之一 第二种方案是先采用高频开关逆变产生高频交流电，下一步由变 压器达到希望的电压值，再使用高频变压器获得所需电压的高频交流 电，然后经高频整流、滤波得到高压直流电。最后，高压直流再经正 弦脉宽调制、逆变、滤波得到纯正弦波工频交流电。其工作过程示意 由图6.2 所示。 直高高高高 流频频频压 电开变整直 能关压流流 正 弦逆滤交 调变波电 制 图 6.2电能变换方案之二 30光电技术综合训练指导 实验六电能变换技术 本实验主要实践与光伏电力装置相关的DC／DC 变换技术。 光伏 电力方阵的最佳工作点随工作温度、辐照度不同而有所改变。为保持 系统处于最佳状态，需采用直流变换手段以调节系统工作点始终处于 比较理想的状态。 四、实验装置及内容 实验涉及三种基本的DC／DC 变换方式。它们分别是降压型、升 压型和反向型。这些装置电路如图6.3所示。 图 6.3 实验装置电路图 光电技术综合训练指导31 实验六电能变换技术 实验内容 实验内容有二大项。 1. 分别构建、测量三种基本DC／DC 变换方式的占空比特性及 其负载特性。 2. 分别构建、测量三种基本DC／DC 变换方式的功率与效率的 特性曲线。 实验步骤 1. 按图 6.3 中 DC／DC 升压型变换电路接入电压表和电流表， 要保持电压、电流表极性接法正确。 2. 旋调稳压源输出电压为10V。 3. 接通实验台电源。 4. 滑动滑线电阻使其阻值为20 。 5. 调节占空比旋扭，用数字示波器显示占空比的值并测量对应 的输入、输出电压值和电流值。通过这一步了解相应的占空 比调节特性。 6. 调节占空比为某一确定值，滑动滑线电阻，测量对应的输入、 输出电压值和电流值。通过这一步了解认识相应的负载调节 特性。 7. 请指导教师审阅实验结果，认可后进行下一环结。 8. 按图 6.3 中 DC／DC 反向型变换电路接入电压表和电流表， 要保持电压、电流表极性接法正确。重复2～7 步骤。 9. 按图 6.3 中 DC／DC 降压型变换电路接入电压表和电流表， 要保持电压、电流表极性接法正确。按重复2～7 步骤。 10. 拆除电路，整理实验现场。 五、数据处理 1. 分别计算 3 种以上占空比条件下的升压型电能转换电路的转 换效率。 2. 分别计算 3 种以上占空比条件下的反向型电能转换电路的转 32光电技术综合训练指导 实验六电能变换技术 换效率。 3. 分别计算 3 种以上占空比条件下的降压型电能转换电路的转 换效率。 六、注意事项 1. 搭接电路和实验操作过程中，须避免发生短路现象。 2. 分别在三种 DC／DC 变换电路中，正确确定电压表、电流表 的接线位置。 3. 正确连接和使用数字示波器。 4. 注意升压型和反向型变换电路中占空比不可以太大。 七、思考题 1. 试分析三种基本DC／DC 直流变换的转换效率。 2. 比较三种基本DC／DC 直流变换的特点。 3. 试论述不同电能转换方式下，占空比的变化对较换效率的影 响或关系定性。 光电技术综合训练指导33 实验六电能变换技术 一．原始数据 见附表 二．数据处理 1.升压型 升压型 占空比 0.175 0.25 0.3 0.4 0.475 0.525 电源 电压/V电流/A 100.72 100.8 100.92 10.21.28 10.31.7 10.42 负载 电压/V电流/A 110.48 12.80.48 13.50.48 150.5 17.20.5 18.80.5 转换效率 0.733333333 0.768 0.704347826 0.574448529 0.491147915 0.451923077 34光电技术综合训练指导 实验六电能变换技术 2.反向型 反向型 占空比 0.275 0.325 0.375 0.425 0.5 电源 电压/V电流/A 9.80.06 9.80.1 9.80.14 9.60.2 9.60.44 负载 电压/V电流/A 3.20.16 4.20.21 4.80.24 5.80.3 8.40.42 转换效率 0.870748299 0.9 0.839650146 0.90625 0.835227273 3.降压型 降压型 占空比 0.35 0.375 0.425 0.45 0.5 电源 电压/V电流/A 100.06 100.07 9.90.08 9.80.1 9.80.12 负载 电压/V电流/A 3.20.16 3.50.18 3.90.19 4.20.21 4.60.23 转换效率 0.853333333 0.9 0.935606061 0.9 0.899659864 光电技术综合训练指导35 实验六电能变换技术 0.5259.60.134.80.240.923076923 三．实验结果分析 从实验结果可看到 1.升压型转换效率是最差的， 且随着占空比提升， 升压型的转换效 率出现了较为明显的下降。 2反向型效率相对较高，但随着占空比提高，其效率也有下降。 在这里实验结果出现的较大波动来自于电流较小时，对电流表进行 读数时会有较大的误差。 3.降压型随着占空比提升，其效率有所提升，且效率较高。 36光电技术综合训练指导 实验六电能变换技术 四．思考题 1 试分析三种基本DC／DC 直流变换的转换效率。 2 比较三种基本DC／DC 直流变换的特点。 3 试论述不同电能转换方式下，占空比的变化对较换效率的影响 或关系定性。 解答 1.升压型效率最差，反向型