正弦脉宽调制变频调速系统Word文档格式.docx

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实验名称：

正弦脉宽调制变频调速系统实验类型：

同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的

1、加深理解自然采样法生成SPWM波的机理和过程。

2、熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连

接。

3、了解SPWM变频器运行参数和特性。

二、实验线路及原理

SPWM变频器供电的异步电机变频调速系统的实验原理图如图1所示，其中控制键盘与运行显示布置图见图2所示。

SPWM变频调速系统主要由不控整流桥、电容滤波、直流环节电流采样（串采样电阻）、MOSFET逆变桥、MOSFET驱动电路、8031单片微机数字控制情况、控制键盘与运行显示等环节组成。

整个系统可按图1所示的接线端编号一一对应接线。

图1SPWM变频调速系统原理图

本实验系统的性能指标如下：

（1）运行频率f1可在1～60Hz的范围内连续可调。

（2）调制方式

1）同步调制：

调制比Fr=3～123可变，步增量为3；

2）异步调制：

载波频率f0=0.5～8kHz可变，步增量为0.5kHz;

3）混合调制：

系统自动确定各运行频率下的调制比。

图2SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图

（3）V/f曲线

有四条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，如图3所示。

曲线1:

f1=1～50Hz,U1/f1=220/50=4.4V/Hz

f1=51～60Hz，U1=220V

曲线2：

f1=1～5Hz,U1=21.5V

f1=6～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz

f1=51～60Hz,U1=220V

曲线3：

f1=1～8Hz,U1=34.5V

f1=9～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz

曲线4：

f1=1～10Hz,U1=43V

f1=11～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz

（4）加速时间

可在1～60s区间设定电机从静止加速到额定速度所需时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。

图3不同的V/f曲线

三、实验内容

（1）用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现变频调速运行。

（2）改变调制方式，观察变频器调制波形、不同负载时的电动机端部线电压、线电流波形。

（3）改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。

（4）改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加减速过程。

四、实验设备

（1）MCL现代运动控制技术实验台主控屏。

（2）SPWM变频调速系统实验组件挂箱。

（3）三相异步电动机一测功机组。

（4）双踪记忆示波器。

（5）数字式万用表。

五、实验方法

按图1连接好主电路，将该组件挂箱的控制电源端接入220V交流电，闭合控制电源开关，电源指示灯亮，表示挂箱通电。

此时，控制键盘上的数码管显示“P”，表示微机系统处于等待接受指令状态。

“运行”、“停止”键用来启动、关闭变频器。

开机或复位后变频器的缺省设置为：

混合调制方式，运行频率为50Hz，加速时间为3s，选中V/f曲线2。

SPWM变频器运行参数的设定可通过如图2所示的键盘显示部分来实现。

发光管用来指示运行方式及数码管显示内容。

按“设置”键可进入设置状态，数码管闪烁显示。

进入设置状态后，可按“加速时间”、“V/f曲线”、“同步调制”、“异步调制”、“混合调制”、“调制比”、“载波频率”、“运行频率”等键选择各个参数，按“上升”、“下降”键可进行参数设置，设置完毕后按“确认”键以输入设定的参数，同时退出设置状态，数码管恢复正常显示，设置后需再按“运行”键才能使变频器以设定好的参数运行。

“运行频率”也可在退出设置状态后，直

接按“上升”、“下降”键进行设置。

设置时应注意各个参数之间的依赖性，如在混合调制方式时，不允许设置调制比和载波频率；

在同步调制方式时，不允许设置载波频率；

在异步调制方式时，不允许设置调制比。

如没按允许进行设置，则系统不响应键盘。

调制方式重新设置后，相关参数将变成以下缺省值：

同步调制：

Fr=15；

异步调制：

f0=500Hz，V/f曲线和加速时间这两个参数不受影响。

退出设置状态后，按“加速时间”、“V/f曲线”、“调制比”、“载波频率”、“运行频率”等键可查看相应的参数值。

实验中可通过各观察孔来观察SPWM的形成过程、合成波形（10和11之间）、各功率器件上的栅极驱动信号（建议观察下桥臂元件，即13、14、15和11之间）、开关元件上电压波形（7、8、9与5之间）、直流母线电压（1和3之间）、电流波形（5和4之间）、输出线电压波形（U、V、W之间）、输出线电流波形（7、8、9和U、V、W之间）。

本次实验内容为：

1．异步调制实验

（1）运行频率f1=50Hz，载波频率f0分别设置为500Hz和1kHz。

记录以下波形：

调制波/载波和SPWM波形

电机空载运行时线电压/线电流波形

具体实验方法：

打开试验台总电源（钥匙），打开变频器电源开关，打开试验台交流输出电源开关（绿色按钮）并调节到220V（通过电压调节旋钮旁边指针表读数）。

按照上文所述的方法设置好运行参数（以运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz为例）：

先按“设置”键进入设置状态，选择异步调制，然后设定运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz，设置完成后按“确认”键以输入设定的参数。

接上示波器（地线接11端，一个探头接10端，用来观察调制波/载波，另一个探头接12端观察SPWM波，波形不明显可以按下示波器的“STORAGE”按钮）。

接好示波器后按“运行”键使变频器开始工作，记录波形。

波形记录好后按“停止”键，使变频器停止运行，然后将示波器地线接U端，两个探头分别接V端和7端，重新运行变频器，记录电机空载运行时线电压/线电流波形。

f0=1kHz时实验方法及记录波形同上。

（2）运行频率f1=10Hz，载波频率f0分别设置为500Hz、1kHz和2kHz。

观察低速运行时，不同载波频率对系统性能的影响。

记录2kHz时的各个实验波形，方法同上。

1．同步调制实验

运行频率f1=15Hz，载波比Fr=3。

注意：

同步调制时V/f曲线只能选择3或者4。

该实验必须在变频器默认参数下先按“运行”，然后在运行中按“设置”键，按要求进行参数设置，设置好后按“确认”键，然后再次按“运行”键，系统将按新的参数运行。

因为同步调制在载波比Fr=3时启动困难或者不能直接启动，应该先用其他方式使系统启动，然后在运行过程中调节参数。

实验完成后应先按试验台的红色按钮，使变频器交流输入断开，然后关掉变频器电源。

六、实验数据记录

1、调制波/载波和SPWM波形

①异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时的调制波/载波和SPWM波形

②异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时的调制波/载波和SPWM波形

③异步调制实验，运行频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时的调制波/载波和SPWM波形

④同步调制实验，运行频率f1=15Hz，调至比=3，即载波频率f0=45Hz时的调制波/载波和SPWM波形

2、电机空载运行时线电压/相电流波形

①异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时，线电压/相电流波形

②异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时，线电压/相电流波形

③异步调制实验，运行频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时，线电压/相电流波形

④同步调制实验，运行频率f1=15Hz，调至比=3，即载波频率f0=45Hz时线电压/相电流波形

分析：

通过查看调制波/载波和SPWM波形，可以清晰的看出只有当调制波电压大于载波时，SPWM输出为正。

异步调制时，载波信号与调制信号不保持同步；

一般保持载波频率不变，调节调制波频率（即运行频率）；

同步调制时，载波比不变，调节调制波频率，载波频率跟随变化。

通过查看不同控制下的线电压，相电流波形，可以看出，当调制波频率较高，载波比较高时，SPWM输出频率越高，输出相电流的谐波越小。

七、实验心得

通过本次正弦脉宽调制变频调速系统，我了解了SPWM的原理以及运用自然采样法控制电机系统的方法，对于同步与异步调制的区别也有了更深入的认识。

同步调制的优点在于保持正负半周脉冲完全相同，使得输出SPWM不含偶次谐波，但在设定运行频率较低时，调制波的频率也较低，使得载波频率与SPWM的输出频率都较低，谐波会更为严重。

故一般采用低频段异步，高频段同步的分段调制法。