正弦脉宽调制变频调速系统.docx
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正弦脉宽调制变频调速系统
专业:
电气工程及其自动化
姓名:
学号:
日期:
地点:
教二115
实验报告
课程名称:
电机控制指导老师:
年珩赵建勇成绩:
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
f1=51~60Hz,U1=220V
曲线4:
f1=1~10Hz,U1=43V
f1=11~50Hz,U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51~60Hz,U1=220V
(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。
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
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。