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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 目 录实验一 三相异步电机变频调速实验1实验二 磁场定向控制（FOC）变频调速实验15实验三 直接转矩控制（DTC）变频调速实验19实验一 三相异步电机变频调速实验一、实验目的1、熟悉变频调速装置的基本组成及其原理；2、掌握SVPWM的基本原理； 3、观察变频调速装置的主要控制波形。 二、预习要点1、分析掌握三相异步电机工作原理；2、掌握SVPWM产生原理;3、了解异步电机控制方法。三、实验项目1、测取SVPWM波形四、实验方法1、实验设备 序号型 号名 称数 量1TKRF-2DSP控制变频调速实验系统1 台2DQ10三相鼠笼式异步电动机1 台3
2、TKDFZ-1DSP专业仿真器1 台4DQ03-1不锈钢电机导轨、光码盘测速系统1件5DQ33磁粉制动器1件6DQ34磁粉制动器加载控制系统1件7示波器（自备）1台2、实验原理图1-1 系统框图1) SVPWM 的介绍Space VectorPWM(SVPWM）译成中文是电压空间矢量 PWM。SVPWM 是把 PWM 逆变器与电机看成一体，作为执行机构，着根于如何产生恒定的圆形磁场。由于交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机控制下形成圆形旋转 磁场，从而产生恒定的电磁转矩，而 SVPWM 就是着根于如何产生恒定的圆形磁场，其控 制电机效果比以往的 SPWM 更好。2) 空间矢量定义
3、（1）电压空间矢量图1-2 电压空间矢量u A 0， uB 0， uC 0为相定子电压空间矢量。ABC 坐标表示在空间静止的电动机三相绕组的轴线。电动机正常运行时，向 A,B,C 通入三相相位差 120的正弦电压，相当于 u A 0， uB 0， uC 0 沿 A,B,C 方向其幅值随时按正弦规律波动，就这三相定子电压空间矢量 u A 0，uB 0 ， uC 0矢量相加得到的合成空间 us 是以电压频率旋转，幅值不变。我们知道了，交流电机通入的相位相差 120的三相正弦电压其实质就是产生了在电机控制的以电压频率旋转，幅值为角相电压的 3/2 倍，我们所要控制的也就是这个矢量的旋转速度和其幅值，
4、以达到控制电机的目的。（2）电压与磁链空间矢量的关系电机旋转的实质是电机空间存在旋转磁链空间矢量，而我们可控量是电压空间矢量，故我们需要找出电压空间矢量与磁链空间矢量的关系。用合成空间矢量表示的定子电压方程式为： us ：定子三相电压合成空间矢量；I s：定子三相电流合成空间矢量；s ：定子三相磁链合成空间矢量；由于电机在旋转时，定子电阻压降很低，可以忽略，故上述式可写成：由此得出定子磁链旋转矢量可用下式表示：j m 是磁链j s 的幅值， w1 是其旋转角速度。 由式可得由上式可知，当磁链幅值jm一定时，us的大小与w1 成正比，其方向与磁链矢量正交，即磁链在圆的切线方向。磁链在空间旋转一周
5、，电压矢量也在空间上旋转 2p ，其轨迹与磁链圆重合。当频率一定时，增量us也就增大jm 。故电机旋转磁场的轨迹问题就可以转化为电压空间矢量的运 动轨迹问题。3) SVPWM 的原理A.基本电压矢量首先我们了解一些三相逆变器主电路。图1-3 三相逆变器三组开关管不同的开关状态组合可以使 A,B,C 三点的电压出现 8 中状态，我们把上臂 导通，用数字“1”表示，下臂导通用数字0表示，则 8 中状态表示为 000、001、010、011、100、101、110、111 这 8 种状态在电机三相定子绕组坐标上对应的矢量。A,B,C 三相电压组成互相间隔 120的三相坐标系，这样就产生了三个基本矢量
6、，那就 是 001，010，100。两个两个相互组合又可以产生三个基本矢量，就是 011，110，101。三 相同时高或同时低可以产生两个无效矢量，000，111。这些矢量对于的空间位置如下如所示 。图1-4 矢量空间位置B.任何角度向量的产生现在我们就来看看如何产生近似圆形的旋转磁场。首先我们需要能产生任意角度的向 量，再按一定的时间间隔，增加输出向量的角度，只要每次增加的角度足够小，就能产生接 近圆形的旋转磁场。我们前面介绍的都是在三相定子绕组坐标上，为了简化，我们把它们转化为两相坐标。这就是电机控制中著名的 charbe 变换，也称为 3/2 变换（见前面的 charbe 变 换）故可在
7、三相逆变器中，我们控制的是三相桥，我们可以输出 8 种开关状态，我们需要得出各种开关状态对应输出的线电压的相电压（uDC 为直流侧电压）。当输出为 100 时，uAB = uDC , uBC = 0, uCA = -uDC可以推导出，三相逆变器输出的线电压矢量与开关状态矢量关系为由两式可得各个开关量与相电压在0坐标系的对应关系abcuaub矢量符号00000O000100u DC0u 0110u DC 错误！未指定书签。u 60010-u DCu120011-u DC0u180001u DCu 240101u DCu 30011100u111下面我们就来生成一任意角度的矢量图1-5 矢量生成如
8、果我们需要生成u out这个矢量，我们可以由 ux和 ux+60的线性时间组合来合成，在坐标系可分解成 u out cos和 u out sin，通过 DSP来生成这个矢量，只需知道 t 1和 t2的时间，TPWM是我们设置的中断频率，一般中断频率是一定的，要改变旋转速度就通过改变每个中断增加的的大小就可以控制旋转速度，下面我们看看如何求t 1和 t2。如图所示， u out 可以映射在 ux 和 u x+60坐标系上，即： / 根据三角形正弦定理有：我们能检测到的是u DC (直流侧电压),六个有效矢量与u DC 的关系根据，式可知 将其式代入上式可得：现在我们求的了 t 1 和 t2 ，T
9、 pwm 是中断周期是不变的。T pwm=t1+t2+t 0所以就有t 0=T pwm-t1-t 2现在，我们可以通过 u DC 、T pwm 、 t 1 和 t2 这几个可知量，产生任意所需的空间矢量 u out ，通过定时器按一定速度旋转， u out 就能使我们的交流电机旋转起来了。C.通过和来求 t 1,t2做矢量控制的时候给出给 SVPWM模块就是给出,两个量，计算出 t1,t2，再通过t1,t2求出 Ta， Tb， Tc。3、程序说明程序的主要思想是，通过给定转速(标玄值)，给定的转速给 Ramp Gen模块（用于产生Angle 的角度，它不停的产生一个从 01 的数，代表 036
10、0）。将给定的VdTesting,VqTesting和 Angle给Ipark模块（进行Ipark变换就可以得到和）。将和给SVGenDQ 模块，产生 Ta ， Tb ， Tc 给PWMGen模块,就可以输出 PWM 脉宽用以控制电机。做矢量控制的时候给 SVPWM 模块的就是,两个量，计算出t 1,t2，再通过t 1,t2求出 Ta， Tb， Tc。这三个值就是直接给事件管理器的三个比较寄存器的值。图1-6 第一扇区矢量 根据,求取他们所在的扇区。（后面的都以第一扇区来说明即 U0 , U60）。 根据扇区求出两个有效矢量所占的时间 t1，t2。根据 t1，t2求出 Ta，Tb，Tc。现在我
11、们来按前面的步骤一一计算。 1)根据,求取他们所在的扇区。将图3-3划分为个区域，称为扇区。每个区域都有一个扇区号（如图中0、1、2、3、4、5）确定 Uout 位于哪个扇区是非常重要的，因为只有知道 Uout位于哪个扇区，我们才能知道用哪一对相邻的基本电压空间矢量去合成 Uout。当 Uout 以坐标系上的分量形式U out、U out给出时，先用下式计算 B0、 B1、 B2再用下式计算值P =4sign(B2 )+2sign(B1 )+sign(B0 )式中 sign(x ) 是符号函数。如果 x， sign(x ) ；如果 x， sign(x ) 。然后，根据 P 值，即可确定扇区号。
12、P123456扇区号150324 2)建立 Uout和 两个有效矢量所占的时间 t1，t2的关系式子。Uout 在两个附近有效矢量的投影为(T1/Tpwm)*U0 和(T2/Tpwm)*U60 。所以有下式将上式分解为在a , b坐标系，为 Uout 的最大幅值为udc /，但我们做 clarke 变换的时候多乘以了个所以= udc/ 代入以上两式可以得： 相通的方法，可以知道在 U60 和 U120 扇区的时候 t1，t2 得如下值现在我们定义 X , Y , Z 为以下等式X =当 Uout 在扇区 U0 与 U60 之间时，t1=-Z,t2=X.当 Uout 在扇区 U60 与 U120
13、 之间时，t1=Z,t2=Y.用相同的方法可以得到其他区间时候 t1, t2的取值。如下表SectorU0,U60U60,U120U120,U180U180,U240U240,U300U300,U0t1-ZZX-X-YYt2XY-YZ-Z-X3)上面我们得到 t1 和 t2 后，接下来求取 Ta， Tb， Tc。Vout 在扇区 U0 和 U60 之间的 PWM 图如下图1-7 PWM可知Taon =Tbon =Taon+t1Tcon =Tbon+t2如上相通的方法，当在不同扇区对应的 Taon，Tbon，Tcon，现在我们得到了所需要 Ta，Tb，Tc。直接送入比较寄存器即可。4、实验方法1）、用强电线将电机连接到TKRF-2A DSP控制变频调速实验系统的U、V、W(电机接成三角形)，将编码器连到TKRF-2A DSP控制变频调速实验系统的编码器输入接口。用USB电缆将仿真器与P
