正弦脉宽调制变频调速系统实验报告

专业：电气工程和自动化名称：学生编号：日期：地点：教学二115实验报告课程名称：运动控制讲师：结果：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、实验的目的和要求(要求)。实验内容和原则(要求)三、主要仪器设备(要求)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果和分析(必填)七、讨论、经验一、实验目的1.加深对自然采样法产生SPWM波的机理和过程的理解。2.熟悉SPWM变频调速系统中DC电路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连接捡起来。3.了解SPWM逆变器的运行参数和特性。二、实验电路和原理SPWM逆变器供电的异步电动机变频调速系统的实验原理图如图1所示，控制键盘和操作显示布局如图2所示。SPWM变频调速系统主要由无控整流桥、电容滤波器、DC环节电流采样(串联采样电阻)、场效应管逆变桥、场效应管驱动电路、8031单片机数字控制、控制键盘、操作显示器等环节组成。根据图1所示的终端号码，整个系统可以一个接一个地布线。图1 SPWM变频调速系统示意图该实验系统的性能指标如下：(1)工作频率f1可在1-60Hz范围内连续调节。(2)调制模式1)同步调制：调制指数FR=3 123是可变的，步进增量为3；2)异步调制：载波频率F0=0.5 8千赫可变，步进增量F0=0.5 8千赫；3)混合调制：系统自动确定每个工作频率下的调制指数。图2 SPWM变频器控制键盘和操作显示面板图(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/Hzf1=5160Hz，U1=220伏曲线2: F1=1 5Hz，U1=21.5伏f1=650Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz，U1=220伏曲线3: F1=1 8Hz，U1=34.5伏f1=950Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz，U1=220伏曲线4: F1=1 10Hz，U1=43Vf1=1150Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz，U1=220伏(4)加速时间电机从静止加速到额定速度所需的时间可以设置为1 60秒，10秒以下增加1秒，10秒至60秒增加5秒。图3不同的V/f曲线三。实验内容(1)采用SPWM逆变器驱动三相异步电动机实现变频调速。(2)改变调制方式，观察不同负载下变频器的调制波形、电机末端的线电压和线电流波形。(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。(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现代运动控制技术试验台主控屏。(2) SPWM变频调速系统实验组件吊箱。(3)三相异步电动机-测功机组。(4)双踪记忆示波器。(5)数字万用表。V.实验方法如图1所示连接主电路，将该组件吊箱的控制电源端接至220伏交流电，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示吊箱通电。这时，控制键盘上的数码管显示“P”，表明微机系统处于等待接收指令的状态。“运行”和“停止”键用于启动和关闭逆变器。变频器启动或复位后的默认设置是：混合调制模式，工作频率为50Hz，加速时间为3s，选择V/f曲线2。SPWM逆变器操作参数的设置可以通过如图2所示的键盘显示部分来实现。发光管用于指示操作模式和数码管显示内容。按“设置”键进入设置状态，数码管将闪烁。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”、“调制指数”、“载波频率”和“工作频率”选择各种参数。按“向上”和“向下”键设置参数。设定后，按“确认”键输入设定的参数。同时，您退出设置状态。数码管恢复正常显示。设定后，您需要按下“运行”键，以设定的参数操作变频器。“工作频率”也可以在退出设置状态后直接设置。按“向上”和“向下”键进行设置。设置时，应注意各种参数之间的相关性。例如，在混合调制模式下不允许设置调制指数和载波频率。在同步调制模式下，不允许设置载波频率；不允许在异步调制模式下设置调制指数。如果不按允许设置，系统将不会响应键盘。调制模式复位后，相关参数将变为以下默认值：同步调制：fr=15异步调制：f0=500Hz赫兹，V/f曲线和加速时间不受影响。退出设置状态后，按“加速时间”、“V/f曲线”、“调制指数”、“载波频率”和“工作频率”键查看相应的参数值。在实验中，通过每个观察孔可以观察到SPWM的形成过程、复合波形(在10和11之间)、每个功率器件上的栅极驱动信号(在13、14、15和11之间)、开关元件上的电压波形(在7、8、9和5之间)、DC总线电压(在1和3之间)、电流波形(在5和4之间)、输出线电压波形(在U、V和W之间)、输出线电流波形(在7、8、9和U、V和W之间)。这个实验的内容如下：1.异步调制实验(1)工作频率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的线电压/线电流波形。具体实验方法：打开试验台主电源(钥匙)，打开逆变器电源开关，打开试验台交流输出电源开关(绿色按钮)，调节至220伏(由电压调节旋钮旁的指针式仪表读取)。如上所述设置工作参数(以工作频率f1=50Hz和载波频率f0=500Hz为例):按“设置”键进入设置状态，选择异步调制，然后设置工作频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz，设置完成后按“确认”键输入设置参数。连接示波器(接地线连接到端子11，一个探头连接到端子10，用于观察调制波/载波，另一个探头连接到端子12，用于观察SPWM波。如果波形不明显，按示波器的“存储”按钮。连接示波器后，按下“运行”键开始变频器运行并记录波形。记录波形后，按“停止”键停止变频器运行。然后将示波器接地线连接到U端子，并将两个探针分别连接到V端子和7端子。当电机空载运行时，重新运行变频器并记录线电压/线电流波形。当f0=1kHz时，实验方法和记录波形同上。(2)工作频率f1=10Hz，载波频率f0分别设置为500Hz、1千赫和2千赫。观察低速运行时不同载频对系统性能的影响。如上所述，在2千赫下记录每个实验波形。1.同步调制实验工作频率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的线电压/线电流波形。注意：在同步调制期间，V/f曲线只能选择3或4。实验必须先在变频器默认参数下按“运行”，然后在运行中按“设置”键，根据需要设置参数，设置后按“确认”键，然后再按“运行”键，系统将按照新的参数运行。因为同步调制实验完成后，按下测试台的红色按钮，断开变频器的交流输入，然后关闭变频器的电源。六、实验数据记录1.调制波/载波和SPWM波形(1)异步调制实验：工作频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时，调制波/载波和SPWM波形(2)异步调制实验：工作频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时，调制波/载波和SPWM波形(3)异步调制实验：工作频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时，调制波/载波和SPWM波形(4)同步调制实验，工作频率f1=15Hz，调整到比值=3，即载波频率f0=45Hz时的调制波/载波和SPWM波形2.电机空载运行时的线电压/相电流波形。(1)异步调制实验，工作频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz，线电压/相电流波形(2)异步调制实验，当工作频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时，线电压/相电流波形(3)异步调制实验，当工作频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时，线路电压/相电流波形(4)同步调制实验，工作频率f1=15Hz，调整到比值=3，即载波频率f0=45Hz时的线路电压/相电流波形分析：通过观察调制波/载波和SPWM波形，我们可以清楚地看到，只有当调制波电压大于载波时，SPWM输出才是正的。在异步调制期间，载波信号和调制信号不保持同步；一般情况下，载波频率保持不变，调制波频率(即工作频率)进行调整；在同步调制期间，载波比不变，调制波频率被调整，载波频率跟随变化。通过观察不同控制下的线电压和相电流波形，可以看出当调制波频率较高且载波较高时，SPWM输出频率越高，输出相电流的谐波越小。七、实验结果通过这