正弦脉宽调制变频调速系统.docx

1、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

2、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1 SPWM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160Hz的范围内连续可调。(2)调制方式1)同步调制：调制比Fr=3123可变，步增量为3；2)异步调制：载波频率f0=0.58kHz可变，步增量为0.5kHz;3)混合调制：系统自动确定各运行频率

3、下的调制比。图2 SPWM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=150Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hz f1=5160Hz， U1=220V 曲线2：f1=15Hz, U1=21.5V f1=650Hz， U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz, U1=220V 曲线3：f1=18Hz, U1=34.5V f1=950Hz， U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz, U1=220V 曲线4：f1=110Hz, U1=43V f1=1150Hz，

4、 U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz, U1=220V(4)加速时间可在160s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

5、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

6、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

7、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

8、，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

9、，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

10、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 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S

11、PWM波形异步调制实验，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：

12、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。