LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER
里布尼茨汉诺威大学

INSTITUT FÜR ANTRIEBSSYSTEME UND LEISTUNGSELEKTRONIK
动力系统与性能电子学研究所

FACHGEBIET LEISTUNGSELEKTRONIK
性能电子学专业领域

PROF. DR.- ING. A. MERTENS LABORATORIUM LEISTUNGSELEKTRONIK II
A. MERTENS 教授博士-工程师实验室 性能电子学 II

REIHENSCHWINGKREISWECHSELRICHTER

Sicherheitshinweise  安全须知

Die Konzeption des Versuches erlaubt einen grundsatzlich sicheren Laborbetrieb. Die verwendete Betriebsspannung liegt im Bereich der Schutzkleinspannung. Nichtsdestotrotz ist zum Schutz der eigenen Gesundheit und die der anderen Teilnehmer größte Sorgfalt im Umgang mit den elektrischen Aufbauten notwendig.Zu Beachten sind die falgenden Punkte:
实验设计允许原则上安全地进行实验室操作。所使用的操作电压属于安全电压范围。尽管如此，为了保护自身健康和其他参与者的安全，在与电气装置接触时必须格外小心。需要特别注意以下几点：

Zu Beachten sind die falgenden Punkte:
需要特别注意以下几点：

1. Arbeiten nur im spannungsfreien Zustand2. Berühren der Schaltung vermeiden (elektrostatische Entladungen können die Schaltung zerstören)3. Vor und nach Umbauten des Versuches ist mit dem Betreuer Rücksprache zu halten4. Den Anweisungen des betreuenden Mitarbeiters und des Werkstattpersonals ist stets Folge zu leisten
   仅在不带电状态下工作 2. 避免触碰电路（静电放电可能损坏电路）3. 在改装实验前后需与指导老师沟通 4. 必须始终遵守指导人员和车间工作人员的指示

1 Versuchsziele  1 试验目标

Schwingkreiswechselrichter gehören zur Gruppe der lastgeführten Wechselrichter. In die sem Laborversuch wird ein Reihenschwingkreiswechselrichter behandelt. Im einzelnen werden in Abhängigkeit von der Taktfrequenz folgende Aspekte untersucht.
振荡器变频器属于负载控制型变频器。在半实验室实验中，将研究串联振荡器变频器。具体来说，将根据脉冲频率研究以下方面。

1. Funktionsweise und Anwendung des Reihenschwingkreiswechselrichters,
   串联振荡器逆变器的工作原理和应用
2. Aufnahme der Strom- und Spannungsverläufe,
   电流和电压曲线的采集
3. Berechnung der Schwingkreisparameter
   振荡器参数的计算
4. Verlustbetrachtung bei verschiedenen Taktfrequenzen (mit und ohne Kondensator in der Last)
   不同占空频率下的损耗考虑（负载中是否接有电容器）

2 Grundlagen  2 基础知识

Die Reihenschwingkreisumrichter werden dann angesetzt, wenn sich die Last stark induktiv verhält, wie es beispielsweise beim induktiven Schmelzen der Fall ist [1]. Solche Lasten können sinnvolterweise nicht direkt an einem Umrichter betrieben werden, da dieser zur Bereitstellung der hohen Blindleistung erheblich überdimensioniert wäre. Daher wird die induktive Blindleistung durch zusätzliche Kapazitäten kompensiert. Beim Reihenschwingkreiswechselrichter wird die ohmsch- induktive Last $R$ und $L$ durch eine in Reihe liegenden Kondensator $C$ ergänzt. In der Größenordnung des Versuchs, kann es sich bei der Anwendung beispielsweise um das induktives Kocken handeln.
当负载具有强感性特性时，例如在感应熔炼中，会使用串联谐振逆变器[1]。这种负载不能直接连接到逆变器上，因为这将导致逆变器为了提供高无功功率而严重过载。因此，通过增加额外的电容来补偿感性无功功率。在串联谐振逆变器中，通过串联电容器 $C$ 来补充阻感性负载 $R$ 和 $L$ 。在实验规模的应用中，例如可以涉及感应加热。

Die Abbildung 1 zeigt den Reihenschwingkreiswechselrichter in einphasiger Brücken- schaltung mit der starren Gleichspannung $U_{\mathrm{d}}$ . Um höhere Frequenzen zu erreichen und damit der Reihenschwingkreis oberhalb der Resonanzfrequenz betrieben werden kann, werden in diesem Laborversuch anstelle von Thyristoren abschaltbare Leistungshalblei- ter eingesetzt (z.B. IGBTs oder MOSFETs). Da der Lastkreis keine sprunghaften Stromänderungen zulässt, wird ein angenähert sinusformiger Laststrom $i_{\mathrm{w}}$ erzwungen.
图 1 显示了具有刚性直流电压 $U_{\mathrm{d}}$ 的单相桥式电路中的串联谐振逆变器。为了达到更高的频率，从而使串联谐振电路在谐振频率以上工作，在这个实验室实验中，使用可关断功率半导体器件（例如 IGBT 或 MOSFET）代替晶闸管。由于负载电路不允许电流发生突变，因此会强制产生近似正弦形的负载电流 $i_{\mathrm{w}}$ 。

Die Halbbrückenmodule weisen bei den Ein- und Ausschaltvorgängen Schaltverzugszeiten auf. Darüber hinaus ergeben sich bei den Halbleitern Schalt- und Durchlassverluste [2].
半桥模块在开关过程中存在开关延迟时间。此外，在半导体器件中会产生开关损耗和导通损耗[2]。

Die Ein- und Ausschaltvorgüste des MOSFETs werden wie in Cleichung (1) aus der Integration über dem Produkt aus Drain- Source- Spannung $u_{\mathrm{DS}}$ und dem Strom $i_{\mathrm{D}}$ während der Zeit des Einschaltvorgangs $T_{\mathrm{on}}$ oder des Ausschaltvorgangs $T_{\mathrm{off}}$ berechnet. Aus der Summe von $E_{\mathrm{on,T}}$ und $E_{\mathrm{off,T}}$ bildet sich die Gesanntverlustenergie $E_{\mathrm{s,T}}$ des MOSFETs. Die Schaltverluste $P_{\mathrm{vs,T}}$ bilden sich dementsprechend aus $E_{\mathrm{s,T}}$ und der Anzahl der Schaltvorgänge $n_{\mathrm{s}}$ über eine Periode $T$ .
MOSFET 的开关过程如公式(1)所示，通过在开关过程时间 2 或开关过程时间 3 期间，对漏源电压 0 和电流 1 的乘积的积分来计算。4 和 5 的总和形成 MOSFET 的总损耗能量 6。相应地，开关损耗 7 由 8 和周期 10 内的开关次数 9 组成。

Mithilfe des Durchlasswiderstands $R_{\mathrm{DS(on)}}$ und der Einschaltzeit $t_{\mathrm{E}}$ des MOSFETs wird die Durchlassverlustleistung $P_{\mathrm{vd,T}}$ bestimmt. Pro Periode $T$ ergibt sich die mittlere Gesamtverlustleistung mit
利用 MOSFET 的导通电阻 $R_{\mathrm{DS(on)}}$ 和导通时间 $t_{\mathrm{E}}$ 确定导通损耗功率 $P_{\mathrm{vd,T}}$ 。每个周期 $T$ 得到平均总损耗功率。

Analog dazu werden die Verluste der antiparallelen Diode mit dem Diodenstrom $i_{\mathrm{Diode}}$ und dem Spannungsabfall über der Diode $u_{\mathrm{Diode}}$ berechnet. Im Durchlassbetrieb wird die
类似地，使用二极管电流 $i_{\mathrm{Diode}}$ 和二极管上的电压降 $u_{\mathrm{Diode}}$ 计算反并联二极管的损耗。在导通状态下

Schleusenspannung $u_{\mathrm{(T0)}}$ und der differentielle Widerstand $r_{\mathrm{D}}$ berücksichtig. Dementsprechend ergeben sich die mittleren Gesamtverluste der Diode mit
考虑漏极电压 $u_{\mathrm{(T0)}}$ 和差分电阻 $r_{\mathrm{D}}$ 。相应地，二极管的中值总损耗为

In diesem Versuch sollen die eben eingeführten Schalt- und Durchlassverluste anhand des Wirkungsgrads
在这个实验中，应通过效率来检验刚才引入的开关和通流损耗

und mithilfe der Strom- und Spannungsverläufe des Wechselrichters diskutiert und angenähert werden.
并借助逆变器中的电流和电压变化进行讨论和近似。

Abbildung 1: Ersatzschaltbild eines Reihenschwingkreiswechselrichters mit MOSFETs
图 1：使用 MOSFET 的串联振荡器逆变器替代电路

Im Laborversuch werden die wie folgt definierten Schaltzustände verwendet:
在实验室测试中，将使用如下定义的开关状态：

• Schaltzustand $s_1 = 1$ : $T_1$ und $T_4$ oder $D_1$ und $D_4$ leiten- Schaltzustand (s_1 =
  开关状态 $s_1 = 1$ : $T_1$ 和 $T_4$ 或 $D_1$ 和 $D_4$ 导通- 开关状态 (s_1 =
• 1): $T_2$ und $T_3$ oder $D_2$ und $D_3$ leiten
  1): $T_2$ 和 $T_3$ 或者 $D_2$ 和 $D_3$ 引导

Die grundsätzlichen Zusammenhänge sind dem Skript zur Vorlesung Leistungselektronik II zu entnehmen. Dabei sollen im Vorfeld die Abschnitte 3.1 bis einschließlich 3.4.1 für den Laborversuch erarbeitet werden.
基本关系可参考《电力电子学 II》课程脚本。其中，实验前应完成第 3.1 至 3.4.1 节的内容。

3 Versuchsaufbau  3 实验设置

3 VersuchsaufbauDer Versuchsaufbau setzt sich aus einer Steuerungsplattform, zwei Halbbrückenmodulen, einer passiven Last (ohmsch- induktiv) mit einem in Reihe geschalteten Kondensator, einer 24 V- Spannungsquelle sowie einem Oszilloskop zusammen. Die einzelnen Komponenten werden im Folgenden erläutert.
3 实验装置 实验装置由一个控制平台、两个半桥模块、一个无源负载（电阻-电感）串联一个电容器、一个 24V 电源以及一个示波器组成。各个组件将在下文中进行说明。

3.1 Steuerungsplattform  3.1 控制平台

Die Abbildung 2 zeigt das Frontpanel der Steuerungsplattform, womit die Taktfrequenz des Stromsinus eingestellt werden kann.
图 2 显示了控制平台的前面板，通过它可以设置电流正弦波的频率。

3.1 SteuerungsplattformDie Abbildung 2 zeigt das Frontpanel der Steuerungsplattform, womit die Taktfrequenz des Stromsinus eingestellt werden kann.1. Beginnend von links sind drei Drehpotentiometer vorhanden. Für den Reihenschwingkreis wird nur der Poti 2 für die Schaltfrequenz verwendet. Die Schaltfrequenz entspricht bei dem Schwingkreisumrichter der Ausgangsfrequenz, die hierbei von 600 Hz bis 2,5kHz in 100 Hz- Schritten variiert werden kann.2. Die Anpassung der Steuerung auf die verschiedenen Topologien wird über die Wahl des Modus vorgenommen. Modus 5 entspricht dem Betrieb als Reihenschwingkreisumrichter. Der gewählte Modus wird über LEDs dargestellt, die Wahl wird über den entsprechenden Taster vorgenommen. Die Untermodi (SUBMODE) sind bei diesem Modus nicht belegt.3. Der Start- /Stop- Taster aktiviert die Ausgänge der Gate- Signale. Eine leuchten- de Status- LED signalisiert aktivierte Ausgänge. Umschalten der Modi ist nur bei deaktivierten Ausgängen möglich.4. Die analogen Eingänge dienen zur Rückführung von Messsignalen. Für den Betrieb des Reihenschwingkreisumrichters muss das Messsignal der Zwischenkreisspannung eines Halbbrückenmoduls $u_{\mathrm{DC}}$ an den Eingang Analog IN 1 angeschlossen werden, damit Überspannungen der Last bei der Resonanzfrequenz vermieden werden.5. Ausgänge Digital OUT 1- 3 bilden die Gate- Signale 1A, 2A und 3A ab. Analog OUT 2 bildet die Schaltfrequenz ab. Mittels der Ausgänge Gate Signals können die vier Halbleitenschalter angesteuert werden. Es ist zu beachten, dass sämtliche Buchsen zum Anschluss von Gatesignalen in diesem Versuch in Blau eingefarbt sind, entsprechend sind nur die Kabel mit blauem BNC- Stecker zu verwendet.
3.1 控制平台图 2 显示了控制平台的前面板，通过它可以设置电流正弦波的频率。1. 从左侧开始有三个旋钮。对于串联振荡电路，仅使用旋钮 2 来设置开关频率。在振荡电路变频器中，开关频率对应于输出频率，这里可以在 600 Hz 至 2.5 kHz 之间以 100 Hz 的步长进行调节。2. 通过选择模式来调整控制以适应不同的拓扑结构。模式 5 对应于作为串联振荡电路变频器的运行。所选模式通过 LED 显示，通过相应的按钮进行选择。在此模式下，子模式（SUBMODE）未被占用。3. 启动/停止按钮激活门极信号的输出。一个发光状态 LED 指示激活的输出。只有在输出未激活时才能切换模式。4. 模拟输入用于将测量信号反馈回来。 为了运行串联振荡电路逆变器，必须将半桥模块 $u_{\mathrm{DC}}$ 的中间电路电压的测量信号连接到模拟输入 IN 1，以避免负载在谐振频率时出现过电压。5. 数字输出 OUT 1-3 生成门极信号 1A、2A 和 3A。模拟输出 OUT 2 输出开关频率。通过门极信号输出，可以驱动四个半导体开关。需要注意的是，本次实验中所有用于连接门极信号的插座都涂有蓝色，因此只能使用带有蓝色 BNC 插头的电缆。

3.2 Halbbrückenmodul  3.2 半桥模块

3.2 HalbbrückenmodulDas Halbbrückenmodul besteht aus einer MOSFET- Halbbrücke, einem Gleichspannungszwischenkreis sowie Messvorrichtungen für Ströme und Spannungen. Die Anschlusse werden in Abbildung 3 erläutert. Ein Prinzipschaltbild ist in Abbildung 4 gegeben. Der Zwischenkreiskondensator hat eine Kapazität von $C_{\mathrm{d}} = 3,29\mu \mathrm{F}$ und ist für eine maximale Zwischenkreisspannung von $U_{\mathrm{d}} = 36\mathrm{V}$ ausgelegt. Die Spule hat eine Induk-tivität von $L = 20\mu \mathrm{H}$ und dient dem Kurzschlussschutz, indem die Stromanstiegszeit derart verringert wird, dass die Überstromerkennung auslösen und die MOSFETs sicher
3.2 半桥模块半桥模块由一个 MOSFET 半桥、一个直流中间电路以及电流和电压测量装置组成。连接方式在图 3 中说明。原理电路图在图 4 中给出。中间电路电容器电容为 $C_{\mathrm{d}} = 3,29\mu \mathrm{F}$ ，设计用于最大中间电路电压 $U_{\mathrm{d}} = 36\mathrm{V}$ 。电感器电感为 $L = 20\mu \mathrm{H}$ ，通过减小电流上升时间来提供短路保护，从而触发过流检测并确保 MOSFET 安全

abschalten können. Die MOSFETs sind vom Typ IPB039N10N3 G, das Datenblatt kann online von [3] abgerufen werden.
可以关闭。MOSFET 的类型是 IPB039N10N3 G，数据表可以从[3]在线获取。

Die Zwischenkreisspannung wird mittels eines hochohmigen Spannungsteilers gemessen und steht am Ausgang $u_{\mathrm{dc}}$ zur Verf¨ugung. Der Laststrom $(i_{\mathrm{o}})$ und der Drain- Strom des Lowside- MOSFETs $(i_{\mathrm{s2}})$ werden über einen Stromwandler gemessen. Zus¨atzlich wird der Drain- Strom $i_{\mathrm{s2}}$ indirekt als $d i_{s2}(t) / d t$ mittels einer in eine Leiterschleife induzierten Spannung gemessen, welche eine h¨ohere Grenzfrequenz erlaubt, um beispielsweise Schaltvorg¨ange darstellen zu ko¨nnen.
中间电压通过一个高阻抗分压器测量，并提供在输出 $u_{\mathrm{dc}}$ 。负载电流 $(i_{\mathrm{o}})$ 和低端 MOSFET 的漏极电流 $(i_{\mathrm{s2}})$ 通过电流互感器测量。此外，漏极电流 $i_{\mathrm{s2}}$ 作为 $d i_{s2}(t) / d t$ 通过在导线回路中感应的电压间接测量，这允许更高的截止频率，以能够表示例如开关过程。

Die Spannung $u_{\mathrm{ds2}}$ an MOSFET B kann über zwei Klemmenausg¨ange an der Ru¨ckseite des Geh¨uses mit einem Differenzspannungstastkopf gemessen werden.
MOSFET B 的 $u_{\mathrm{ds2}}$ 电压可以通过差分电压探头测量，测量点位于机箱背面的两个夹钳输出端。

Das Halbbr¨uckenmodul verfi¨gt über Schutzfunktionen gegen Uherspannungen am Zwischenkreis (overvoltage protection, OVP) und zu hohe Stro¨me am Ausgang der Halbbru¨cke (overcurrent protection, OCP). L¨ost eine der Schutzfunktionen aus, werden die Treiber ausgeschaltet und der Fehler über die entsprechende LED signalisiert. Wenn der Fehler behoben wurde, ko¨nnen die Treiber über den RESET- Taster wieder aktiviert werden. Die Freigabe hat stets vom Betreuer zu erfolgen!
半桥模块具备中间电路过压保护（OVP）和半桥输出过流保护（OCP）功能。若任一保护功能触发，将关闭驱动器并通过相应 LED 指示错误。错误排除后，可通过 RESET 按钮重新激活驱动器。释放操作必须由监管者执行！

4 Versuchsvorbereitung  4 实验准备

Daten des Schwingkreises fur die Versuchsvorbereitung:
振动回路试验准备数据：

$U_{\mathrm{d}} = 10\mathrm{V}$ $C = 14\mu \mathrm{F}$ $L = 0,8\mathrm{mH}$ $R = 3\Omega$

1. Aus der allgemeinen Differentialgleichung 2. Ordnung bei dem Schaltzustand $s_1 = 1$ die Dämpfung $\delta$ , die Kennkreisfrequenz $\omega_0$ herleiten und die Güte $Q$ berechnen.
   从状态 $s_1 = 1$ 的二阶微分方程中推导出阻尼 $\delta$ 、特征圆频率 $\omega_0$ 并计算品质因数 $Q$ 。

2. Bestimmen Sie aus der Grundschwingsrechnung die Parameter
   根据基础振动计算确定参数

umgesetzte Wirkleistung im Lastkreis, cos $\phi$
负载电路中实现的功率 cos $\phi$

fir die Taktfrequenzen  以及对于同步频率

$f_{\mathrm{T1}} = 1000\mathrm{Hz}$ $f_{\mathrm{T2}} = 1250\mathrm{Hz}$ $f_{\mathrm{T3}} = 1500\mathrm{Hz}$ $f_{\mathrm{T4}} = 1750\mathrm{Hz}$ $f_{\mathrm{T5}} = 2000\mathrm{Hz}$

3. Aus einem selbst gezeichnetn zeitlichen Verlauf des Laststroms, der eine gedämpf-te Sinusschwingung abbildet, das logarithmische Dekrement $\Lambda$ sowie den Dämp-fungsgrad $D$ berechnen.
   根据自己绘制的负载电流时间曲线，该曲线表示一个阻尼的正弦振动，计算对数减量 $\Lambda$ 以及阻尼系数 $D$ 。

4. Aufzeichnen der Strom- und Spannungsverläufe $i_{\mathrm{w}}(t)$ und $u_{\mathrm{w}}(t)$ über drei Schalt-perioden bei einer Taktfrequenz von $f_{\mathrm{T}} = 1000\mathrm{Hz}$ , $f_{\mathrm{T}} = f_0$ , $f_{\mathrm{T}} = 2000\mathrm{Hz}$ für die Topologie aus Abbildung 1. Dabei soll bei dem Verlauf von $i_{\mathrm{w}}(t)$ gekennzeichnet werden, wann welcher Leistungshalbleiter leitet.
   记录在图 1 所示拓扑结构中，频率为 $f_{\mathrm{T}} = 1000\mathrm{Hz}$ 、 $f_{\mathrm{T}} = f_0$ 、 $f_{\mathrm{T}} = 2000\mathrm{Hz}$ 时， $i_{\mathrm{w}}(t)$ 和 $u_{\mathrm{w}}(t)$ 的电流和电压波形在三个开关周期内的变化。在 $i_{\mathrm{w}}(t)$ 的波形中，应标记出各个功率半导体何时导通。

5. Disskussion über die Auswirkung verschiedener Taktfrequenzen auf die Schaltverluste aus $\rightarrow$ Aufg. 4
   讨论不同频率对 $\rightarrow$ 题 4 中开关损耗的影响

6. Wie wirkt sich das Weglassen des Kondensators $C$ auf die Schaltverluste aus, wenn der Umrichter bei der Resonanzfrequenz betrieben wird?
   移除电容器 $C$ 对逆变器在谐振频率工作时开关损耗有何影响？

5 Inbetriebnahme  5 启动

Der Versuchsaufbau soll anhand der im Folgenden erlauterten Reihenfolge in Betrieb genommen werden. Dabei ist vor dem Aktivieren der Steuerungsplattform eine Kontrolle durch den Betreuer erforderlich!
试验装置应按照以下说明的顺序进行启动。在激活控制平台前，必须由监督人员进行检查！

1. Nehmen Sie zunachst die Steuerungsplattform in Betrieb.
   首先启动控制平台。

a) Stellen Sie dafür die 24 V-Versorgung her.
a) 为此提供 24V 供电。
b) Verbindung zwischen $u_{\mathrm{DC}}$ eines Halbbrückenmoduls und ANALOG IN1 der Steuerungsplattform mit einem BNC-Kabel.
b) 用 BNC 线连接半桥模块的 $u_{\mathrm{DC}}$ 和控制器平台的 ANALOG IN1。

2. Verkabelung der Halbbrückenmodule
   半桥模块的布线

a) Stellen Sie die 24 V-Versorgung her.
a) 建立 24V-V 供电。
b) Verbinden Sie die Gate-Signale mit den blauen BNC-Kabeln (Steuerungsplat-form $\longrightarrow$ Halbbrückenmodule).
b) 将门极信号通过蓝色 BNC 电缆连接（控制板 $\longrightarrow$ 半桥模块）。
c) Anschluss der Last zwischen dem Phasenanschluss der Halbbrückenmodule (OUT): Für die erste Inbetriebnahme nur Widerstand in der Last. Verbinden Sie die Schutzleiter der Last mit dem Erdungspunkt des Versuchsplatzes, falls noch nicht geschehen.
c) 在半桥模块的相连接点（OUT）之间连接负载。首次启动时，仅在负载中连接电阻。如果尚未连接，请将负载的保护线连接到试验地的接地点。

3. Verkabelung des Oszilloskops
   示波器接线

a) Kanal 1: Digital Out 1 $(s_1)$ der Steuerungsplattform
a) 通道 1：控制平台数字输出 1 $(s_1)$
b) Kanal 2: Differentialtastkopf
b) 通道 2：差分传感器
c) Kanal 3: $i_0$ einer Halbbrücke (Tastverhältnis $m_{\mathrm{i}} = 300 \frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{A}}$ )
c) 通道 3：半桥的 $i_0$ （开关比 $m_{\mathrm{i}} = 300 \frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{A}}$ ）
d) Kanal 4: $i_{\mathrm{s2}}$ einer Halbbrücke (Tastverhältnis $m_{\mathrm{i}} = 300 \frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{A}}$ )
d) 通道 4：半桥的 $i_{\mathrm{s2}}$ （开关比 $m_{\mathrm{i}} = 300 \frac{\mathrm{mV}}{\mathrm{A}}$ ）

4. Schließen Sie die Halbbrückenmodule an die Spannungsversorgung an (Zwischenkreisspannung).
   将半桥模块连接到电源（中间回路电压）。

5. Der Betreuer drückt die RESET-Taste am Umrichtermodul. Die Gatetreiber sind jetzt aktiviert.
   管理员按下逆变器模块的 RESET 按钮。现在栅极驱动器已激活。

6. Stellen Sie den Modus 5 ein. Drehen Sie alle Potis ganz nach links.
   设置模式 5。将所有旋钮全部向左旋转。

7. Aktivieren Sie die Steuerungsplattform (START/STOP). Variieren Sie die Schalt-frequenz und überprüfen die eingestellten Werte anhand des Oszilloskops.
   启动控制平台（启动/停止）。调整开关频率，并通过示波器检查设置值。

8. Nehmen Sie die Messungen auf und speichern Sie diese auf dem USB-Stick
   进行测量并保存到 U 盘

9. Nach den Messungen: Deaktivieren Sie die Gate-Signale wieder.
   测量完成后：关闭门控信号。

6 Versuchsdurchführung  6 试验执行

Für die Versuchsdurchführung wird ein USB- Stick zum Speichern der Messdaten am Oszilloskop benötigt.
试验执行需要一个 USB 闪存驱动器来存储示波器的测量数据。

Die Versuchsdurchführung ist in folgende Versuchsteile gegliedert:
试验执行分为以下试验部分：

1. Last: Nur der Widerstand $R$
   负载：仅电阻 $R$

a) Aufnahme der Zeitverläufe $i_{\mathrm{w}}(t)$ und $u_{\mathrm{w}}(t)$ bei einer Frequenz $f_{\mathrm{T}} = 1000\mathrm{Hz}$ und einer Zwischenkreisspannung $U_{\mathrm{d}} = 8\mathrm{V}$
a) 在频率为 $f_{\mathrm{T}} = 1000\mathrm{Hz}$ 和中间回路电压为 $U_{\mathrm{d}} = 8\mathrm{V}$ 时，记录时间进程 $i_{\mathrm{w}}(t)$ 和 $u_{\mathrm{w}}(t)$

b) Bestimmung des wirksamen Widerstands des Schwingkreises aus den Verläufen. Gegenbenenfalls muss der Widerstand angepasst werden. Der Widerstand sollte so gewählt werden, dass die Stromamplitude maximal von 3,5 A beträgt.
b) 根据时间进程确定振荡回路的等效电阻。同样需要调整电阻。电阻应选择为电流幅值最大不超过 3.5 A。

2. Last: Induktivität. Widerstand und Kondensator $C$
   最后：电感。电阻和电容器 $C$

a) Betrachtung der Zeitverläufe $i_{\mathrm{w}}(t)$ und $u_{\mathrm{w}}(t)$ bei einer Zwischenkreisspannung $U_{\mathrm{d}} = 8\mathrm{V}$ und den Taktfrequenzen $f_{\mathrm{T}} = 600\mathrm{Hz}$ bis $2200\mathrm{Hz}$ . Ermittlung der Resonanzfrequenz $f_{0}$ . b) Aufnahme der Zeitverläufe $s_1(t)$ (Digital Out 1), $i_{\mathrm{w}}(t)$ $i_{\mathrm{s2}}(t)$ $u_{\mathrm{L}}(t)$ $u_{\mathrm{C}}(t)$ und $u_{\mathrm{w}}(t)$ bei der Resonanzfrequenz $f_{0}$ und bei jeweils einer Frequenzen uber bzw. unter der Resonanzfrequenz ( $f_{0}\pm 300\mathrm{Hz}$
a) 分析中间回路电压 $U_{\mathrm{d}} = 8\mathrm{V}$ 在时钟频率 $f_{\mathrm{T}} = 600\mathrm{Hz}$ 至 $2200\mathrm{Hz}$ 时的时序图 $i_{\mathrm{w}}(t)$ 和 $u_{\mathrm{w}}(t)$ 。确定谐振频率 $f_{0}$ 。 b) 在谐振频率 $f_{0}$ 以及分别高于和低于谐振频率的一个频率时，记录时序图 $s_1(t)$ （数字输出 1）、 $i_{\mathrm{w}}(t)$ 、 $i_{\mathrm{s2}}(t)$ 、 $u_{\mathrm{L}}(t)$ 、 $u_{\mathrm{C}}(t)$ 和 $u_{\mathrm{w}}(t)$ ( $f_{0}\pm 300\mathrm{Hz}$

3. Last: Induktivität und Widerstand
   最后：电感和电阻

a) Betrachtung der Zeitverläufe $i_{\mathrm{w}}(t)$ und $u_{\mathrm{w}}(t)$ bei einer Zwischenkreisspannung $U_{\mathrm{d}} = 8\mathrm{V}$ und den Taktfrequenzen $f_{\mathrm{T}} = 600\mathrm{Hz}$ bis $2200\mathrm{{Hz}}$
a) 分析中间回路电压 $U_{\mathrm{d}} = 8\mathrm{V}$ 在时钟频率 $f_{\mathrm{T}} = 600\mathrm{Hz}$ 至 $2200\mathrm{{Hz}}$ 时的时序图 $i_{\mathrm{w}}(t)$ 和 $u_{\mathrm{w}}(t)$

b) Aufnahme der Zeitverläufe $s_1(t)$ (Digital Out 1), $i_{\mathrm{w}}(t)$ $i_{\mathrm{s2}}(t)$ $u_{\mathrm{L}}(t)$ und $u_{\mathrm{w}}(t)$ bei der Frequenz $f_{0}$ aus Aufgabe 2 b).
b) 记录频率为任务 2 b)中 $f_{0}$ 时的 $s_1(t)$ （数字输出 1）、 $i_{\mathrm{w}}(t)$ 、 $i_{\mathrm{s2}}(t)$ 、 $u_{\mathrm{L}}(t)$ 和 $u_{\mathrm{w}}(t)$ 的时间进程。

7 Versuchsauswertung  7 试验结果分析

1. Berechnen Sie die wirksame Schwingkreisinduktivität $L$ sowie die Güte $Q$ des Schwingkreises. Nehmen Sie $C = 10 \mu \mathrm{F}$ an.
   计算谐振回路的实际电感 $L$ 以及回路的品质因数 $Q$ 。假设 $C = 10 \mu \mathrm{F}$ 。

2. Bestimmen Sie den mittleren Eingangsstrom $\bar{i}_{\mathrm{d}}$ , den Effektivwert der Lastspannung $U_{\mathrm{w,1}}$ und den Effektivwert des Laststroms $I_{\mathrm{w,1}}$ in Abhängigkeit der Frequenz. Nutzen Sie die Zeitverläufe aus 6.2 und 6.3.
   根据频率确定平均输入电流 $\bar{i}_{\mathrm{d}}$ 、负载电压的有效值 $U_{\mathrm{w,1}}$ 和负载电流的有效值 $I_{\mathrm{w,1}}$ 。利用 6.2 和 6.3 中的时间进程。

3. Berechnen Sie die Zwischenkreisleistung $P_{\mathrm{d}}$ , die Ausgangsgeistung $P_{\mathrm{a}}$ und den Leistungsfaktor $\cos (\phi)$ für die Versuchsteile 6.2 und 6.3. Stellen Sie die Ergebnisse in Abhängigkeit der bezogenen Frequenz $\frac{\omega}{\omega_0}$ (wie in [1, S. 60, Bild 3.19]) dar. Erstellen Sie für jeden Aufgabenteil eine separate Darstellung.
   计算试验部分 6.2 和 6.3 的中间环路功率 $P_{\mathrm{d}}$ 、输出效率 $P_{\mathrm{a}}$ 和功率因数 $\cos (\phi)$ ，并将结果表示为相关频率 $\frac{\omega}{\omega_0}$ （如[1, 第 60 页, 图 3.19]所示）。为每个任务部分创建单独的表示。

4. Berechnen Sie den Wirkungsgrad $\eta$ für die Messungen aus 6.2 und 6.3 in Abhängigkeit der Eingangs- und Ausgangsleistung. Diskutieren Sie das Verhalten der Schalt- und Durchlassverluste bei Betrieb mit Kondensator (Versuchsteil 6.2) und ohne (Versuchsteil 6.3).
   计算 6.2 和 6.3 测量中的效率 $\eta$ ，与输入和输出功率相关。讨论使用电容器（试验部分 6.2）和不使用电容器（试验部分 6.3）时开关和传输损耗的行为。

Literatur  参考文献

[1] MERTENS, Axel: Leistungselektronik II. Vorlesungsskript, 2021[2] ZACH, FRANZ: Leistungselektronik: ein Handbuch. Springer Vieweg, 2010. - ISBN 978- 3- 211- 89213- 8[3] INFINEON TECHNOLOGIES AG: OptiMOS 3 Power- Transistor. München : https://www.infineon.com/dgdl/Infineon- IPB039N10NB- DS- v02_03- en.pdf? fileId=db3a30431ce5fb52011d1ed1fd3915e0, 2009. - Abgerufen: 24.05.2024
[1] MERTENS, Axel: 电力电子学 II. 讲义稿, 2021[2] ZACH, FRANZ: 电力电子学：一本手册. Springer Vieweg, 2010. - ISBN 978- 3- 211- 89213- 8[3] INFINEON TECHNOLOGIES AG: OptiMOS 3 功率晶体管. 慕尼黑 : https://www.infineon.com/dgdl/Infineon- IPB039N10NB- DS- v02_03- en.pdf? fileId=db3a30431ce5fb52011d1ed1fd3915e0, 2009. - 访问日期：2024 年 5 月 24 日