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1、实验三变频原理实验一、实验原理主要完成的实验为三相SPWM SVPWM及马鞍波变频原理实验及在各种变频模式下 V/F曲线的测定等。异步电机转速基本公式为：60 f “、n= （1 - s）P其中n为电机转速，f为电源频率，p为电机极对数，s为电机的转 差率。当转差率固定在最佳值时，改变f即可改变转速 n。为使电机在不同转速下运行在额定磁通，改变频率的同时必须成比例地改变输出电 压的基波幅值。这就是所谓的VVVF （变压变频）控制。工频 50Hz的交流电源经整流后可以得到一个直流电压源。对直流电压进行PWM逆变控制，使变频器输出PWM波形中的基波为预先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。
2、因此，这个PWM勺调制方法是其中的关键技术。目前常用的变频器调制方法有SPWM马鞍波 PWM和空间电压矢量PWM等方式。1 SPWM频调速方式：正弦波脉宽调制法（SPW M是最常用的一种调制方法，SPWM信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信 号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改 变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。在变频器中， 输出电压的调整和输出频率的改变是同步协调完成的，这称为VVVF （变压变频）控制。SPW碉制方式的特点是半个周期内脉冲中心线等距、脉冲等幅，调节脉 冲的宽度，使各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比例
3、， 因此，其调制波形 接近于正弦波。在实际运用中对于三相逆变器，是由一个三相正弦波发生器产 生三相参考信号，与一个公用的三角载波信号相比较， 而产生三相调制波。如 图6-1所示。2、马鞍波PW变频调速方式前面已经说过，SPWM信号是由正弦波与三角载波信号相比较而产 生的，正弦波幅值与三角波幅值之比为m称为调制比。正弦波脉宽调制的主要优点是：逆变器输出线电压与调制比m成线性关系，有利于精确控制，谐波含量小。但是在一般情况下，要求调制比m1时，正弦波脉宽调制波中出现饱和现象，不但输出电压与频率失去所要求的 配合关系，而且输出电压中谐波分量增大，特别是较低次谐波分量较大，对电机运行不利。另外可以证明
4、，如果m1,从而可以在高次谐波信号分量不增加的条件下，增加 其基波分量的值，克服SPWM的不足。目前这种变频方式在家用电器上应用广泛，如变频空调等。3、空间电压矢量 PWM变频调速方式对三相逆变器，根据三路开关的状态可以生成六个互差60。的非零电压矢量 V1 V6,以及零矢量 VO, V7,矢量分布如图 6-3所示。当开关状态为（000 ）或（111 ）时，即生成零矢量，这时逆变器 上半桥或下半桥功率器件全部导通，因此输出线电压为零。VIV5图6-3空间电压矢量的分布由于电机磁链矢量是空间电压矢量的时间积分，因此控制电压矢 量就可以控制磁链的轨迹和速率。在电压矢量的作用下，磁链轨迹越 是接近圆
5、，电机脉动转矩越小，运行性能越好。为了比较方便地演示空间电压矢量 PWM空制方式的本质，我们采 用了最简单的六边形磁链轨迹。尽管如此，其效果仍优于 spwM法。二、实验内容1三相正弦波脉宽度调制(SPWM)变频原理实验1.1实验目的(1) 掌握SPWM勺基本原理和实现方法。(2) 熟悉与SPWM控制有关的信号波形。1.2实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输 出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK13三相异步电动机变频调速控制3双踪示波器1.3、实验方法(1) 接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在 SPWM方式下(将 控制部分S、V、P的三个端子都悬
6、空)，然后开启电源开关。点动“增速”按键，将频率设定在0.5Hz，在SPWM?分观测三 相正弦波信号(在测试点“ 2、3、4”，观测三角载波信号(在测试点“ 5”, 三相SPWM调制信号(在测试点“ 6、7、8”；再点动“转向”按键，改变 转动方向，观测上述各信号的相位关系变化。(3) 逐步升高频率，直至到达50Hz处，重复以上的步骤。 将频率设置为 0.5HZ60HZ的范围内改变，在测试点“ 2、3、4” 中观测正弦波信号的频率和幅值的关系。1.4实验报告要求 画出与SPWM制有关信号波形，说明SPWM基本原理。(2) 分析在0.5HA50HZ范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。(3) 分析
7、在50H60Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。2、三相马鞍波脉宽调制变频原理实验2.1实验目的(1) 通过实验，掌握马鞍波脉宽调制的原理及其实现方法。(2) 熟悉与马鞍波脉冲宽度调制有关的信号波形。2.2实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输 出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK13三相异步电动机变频调速控制3双踪示波器自备2.3实验原理马鞍波PWM调制技术是 VVVF变频器中经常采用的技术，这种技术主要是通过对基波正弦信号注入三次谐波，形成马鞍波。采用马鞍波做为参考波信号进行 PWM调制，与SPWM调制方式相比，马鞍波调制的主要特点是电压较高，调
8、制比可以大于1，形成过调制。2.4 实验方法(1) 接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在马鞍波方 式下(将控制部分 V、P 两端用导线短接， S 端悬空)，然后打开电源开 关。(2) 点动“增速”按键，将频率设定在 0.5Hz 。用示波器观测 SPWM部分的三相正弦波信号(在测试点“2、3、4”)，三角载波信号(在测试点“5”，三相SPWM调制信号(在测试点“ 6、7、8”；再点动“转向”按键， 改变转动方向，再观测上述各信号的相位关系的变化。(3) 逐步升高频率，直至 50Hz 处，重复以上的步骤。 将频率设置为 0.5Hz60Hz的范围内改变，在测试点“ 2、3、4” 观测马鞍波
9、信号的频率和幅值的关系。2.5 实验报告要求(1) 画出与马鞍波调制 PWM有关的主要信号波形，说明马鞍波PWM调制的基本原理。(2) 为什么采用马鞍波调制后的PWM输出电压比采用正弦波脉宽调制的pwM俞出电压有较高的基波电压分量？2.6 注意事项由于马鞍波PWM调制技术是在正弦波脉宽调制(SPWM的基础上发展而 来，其调制的原理与正弦波脉宽调制完全一致。故与正弦波脉宽调制共用其波形 测试点。3、三相空间电压矢量变频原理实验3.1 实验目的（1）通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理及其实现方法。（2）熟悉与空间电压矢量控制方式有关的信号波形。3.2实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01
10、电源控制屏该控制屏包含“三相电源输 出”，“励磁电源”等几个模 块。2DJK13三相异步电动机变 频调速控制3双踪示波器3.3实验方法（1）接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在空间电压 矢量方式下（将控制部分S、V两端用导线短接，P端悬空），然后打开电源开关。点动“增速”按键，将频率设定在0.5Hz，用示波器观测 SVPWM部分的三相矢量信号（在测试点“10、11、12”），三角载波信号（在测试点“14”），PWMt号（在测试点“13”），三相SVPW调制信号（在测试点“15、 16、17”）；再点动“转向”按键，改变转动方向，再观测上述各信号的相位关 系的变化。（3）逐步升高频率，
11、直至50Hz处，重复以上的步骤。 将频率设置为 0.5Hz60Hz的范围内改变，在测试点“ 13”中观 测占空比与频率的关系（在V/F函数不变的情况下）。3.4实验报告要求（1）简述空间电压矢量控制变频调速的原理。 画出在试验中观测到的所有波形。(3) 简述注入“零矢量”的作用4、SPWM、马鞍波、空间电压矢量调制方式下V/f曲线测定4.1实验目的(1) 通过实验，了解 SPWMS制方式下 v/f曲线变化规律。(2) 通过实验，了解马鞍波调制方式下V/f曲线变化规律。(3) 通过实验，了解空间电压矢量PWM方式下V/f曲线变化规律。(4) 定量分析“零矢量”的作用时间与输出电压的关系。4.2实
12、验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该挂件包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK13三相异步电动机变频 调速控制3双踪示波器4万用表4.3实验步骤(1) 接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在SPWM方式下(将控制部分 S、V、P的三个端都悬空)，然后打开电源开关。(2) 将频率设定到 0.5Hz，观测测试点“ 1”的电压波形，任意选择 电压函数，记录相应的电压值。(3) 将调制方式设定在马鞍波方式下(即控制部分V、P两端用导线短接，S端悬空)。(4) 将频率设定到 0.5Hz，观测测试点“ 1”的电压波形，任意选择 电压函数，记录相应的电压值。(5) 将
13、调制方式设定在空间电压矢量方式下(即控制部分S、V两端用导线短接，P端悬空)。将频率设定到 0.5Hz，观测测试点“ 9”的电压波形及“ 13”点 PWM勺宽度，任意选择电压函数，记录相应的电压值及PWM勺占空比。4.4实验报告要求根据实验结果绘出不同变频模式下的V/f曲线，并分析。5、不同的变频模式下磁通轨迹观测实验5.1实验目的通过实验观测旋转磁通的轨迹和转速转向等，从而加深对电机恒磁 通运行的认识。5.2实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输 出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK13三相异步电动机变频 调速控制6双踪示波器自备5.3实验内容观测不同
14、变频模式下的磁通轨迹。5.4实验方法(1) 接通挂件电源，关闭电机开关，并将设定在SPWM方式下(将S、V、P三端子悬空)，然后打开电源开关，将示波器的 X、丫输入端分别接 磁通轨迹观测的 X、丫测试孔，并将示波器置于 X-Y方式。点动“增速” 键将频率设定在 0.5Hz，观察示波器中显示的磁通形状，再点动“转向” 按键，改变转向，观察磁通轨迹的变化，再逐渐升高频率，观察磁通轨 迹的变化。(2) 设定在马鞍波PWM方式(用导线短接 V、P两端子，S端悬空)，重 复上述的实验。(3) 设定在电压空间矢量控制方式(用导线短接S、V两端子，P端悬空)，重复 上述的实验。5.5实验报告要求(1) 画出在spwM控制方式下旋转磁通的轨迹。(2) 画出在马鞍波控制方式下旋转磁通的轨迹。(3) 画出在空间矢量控制方式下的旋转磁通的轨迹。(
