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1、实验报告专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：电气工程及其自动化教二 115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）三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得二、实验内容和原理（必填）四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析（必填）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1 所示，其中控制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 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=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.
3、5kHz;3) 混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。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=1 50Hz,U 1/ f1=220/50=4.4V/Hzf1=51 60Hz ，U1=220V曲线 2：f1=1 5Hz,U1=21.5Vf1=6 50Hz ，f1=51 60Hz, 曲线 3：f1=1 8Hz,f1=9 50Hz ，f1=51 60Hz,曲线 4：f1=1 10Hz,f1=11 50Hz ，f1=51 60Hz,U1/f1=220/50=4.4V/HzU1=2
4、20VU1=34.5VU1/f1=220/50=4.4V/HzU1=220VU 1=43VU1/f1=220/50=4.4V/HzU1=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
5、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。、“下降”键SPWM 变频器运行参数的设定可通过如
6、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” 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
7、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
8、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：1调制波 / 载波和 SPWM 波形2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 f
9、1=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。
10、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：1调制波 / 载波和 SPWM 波形2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
11、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 SPWM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
12、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
13、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。