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1、三、主要仪器设备（必填）五、实验数据记录和处理七、讨论、心得四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析（必填）课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制（SPWM）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）三肃載彼频率调制3PWM调制器o OO o oo O ooo O一、实验目的和要求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、实验内容和原理1. 实验内容（1）用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现调速运行（
2、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电压、线电流波形（3）改变 V/f 曲线，观察版聘妻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2. 实验原理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。实验系统的组 成如下图所示：淑流电阻采样电阻/Kluir0B00 回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 同步调制：调制比F
3、=3123可变，步增量为3； 异步调制：载波频率f0=0.58kHZ可变，步增量为0.5kHZ; 混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。 控制方式和运行显示控制图如下：SPWM 变频器控制键盘与运行显示面板图3）V/f 曲线有4条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，曲线如下图所示:咖 I,*Ta 53卑1 副曲线 1： fl=l50Hz,Ul/fl=220/50=4.4V/Hzf1=5160Hz, U1=220V曲线2： fl=l5Hz, Ul=2l.5Vfl=650Hz,Ul/fl=220/50=4.4V/Hzfl=5l60Hz, Ul=220V曲线3： fl=l8Hz,
4、 Ul=34.5Vfl=950Hz,Ul/fl=220/50=4.4V/Hzfl=5l60Hz, Ul=220V曲线4： fl=ll0Hz, Ul=43Vfl=ll50Hz, Ul/fl=220/50=4.4V/Hzfl=5l60Hz, Ul=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要的时间，10s以下步增量为ls, 10s到60s步增量为 5s。三、主要仪器设备MCL 现代运动控制技术实验台主控屏、直流电动机测功机测速发电机组、给定、零速封锁器、 速度变换器、速度调节器、电流调节器组件挂箱、双踪记忆示波器、数字式万用表四、操作方法和实验步骤l. 混合调制实验（1
5、）运行频率设置为f1=50Hz和f1=25Hz，记录一下波形调制波/载波和 SPWM 波电机空载运行时线电压/相电流波形2. 异步调制实验(1) 运行频率为fl=50Hz,载波频率fO分别为500Hz、1kHz,记录一下波形 调制波/载波和 SPWM 波形 电机空载运行时线电压/相电流波形(2) 运行频率为f1=10Hz,载波频率fO分别为500Hz、1kHz和1.5kHz,观察低速运行时，不同载波频率 对系统性能的影响。记录1.5kHz时各个实验波形3. 同步调制实验运行频率为15Hz，载波比分别为F1=3和F1=21。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/相电
6、流波形4. 操作过程按照原理图连好电路，将该组件挂箱的控制电源端接入200V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”，表示微机系统处在等待接受指令状态。“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 过如键盘显示图的部分来实现。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
7、”“运行频率”等各键选择各个参数，按“上升”“下降”键可进行参数 设置，设置完毕后可按“确认”键以输入设定的参数，同时推出设置状态，数码管恢复正常显示，设置后 需要再按“运行”键才能使变频器以设定好的参数运行。“运行频率”也可以在退出设置状态后，直接按 “上升”“下降”键进行操作。五、实验数据记录与处理1. 混合调制实验( 1 )运行频率 50Hz调制波/载波和SPWM波形电机空载运行时线电压和相电流波形2)运行频率 25Hz调制波/载波和SPWM波形电机空载运行时线电压和相电流波形2. 异步调制实验(1)运行频率为50Hz,载波频率为500Hz调制波/载波和SPWM波形电机空载运行时线电压和
8、相电流波形(2)运行频率为50Hz,载波频率为1000Hz调制波/载波和 SPWM 波形电机空载运行时线电压和相电流波形(3)运行频率为10Hz,载波频率为1000Hz调制波/载波和SPWM波形电机空载运行时线电压和相电流波形3. 同步调制实验(1)运行频率为15Hz，载波比为3调制波/载波和SPWM波形电机空载运行时线电压和相电流波形(2)运行频率为15Hz,载波比为21调制波/载波和 SPWM 波形电机空载运行时线电压和相电流波形六、实验结果与分析1. 通过查看调制波 /载波和 SPWM 波波形，可以清晰地看出只有当调制波电压大于载波电压的时候， SPWM 输出为正。2. 异步调制时，载波
9、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。同步调制 时，载波比不变，载波频率跟随运行频率变化而变化3. 当调制波频率较高时，载波比较高时，SPWM输出频率越高，输出相电流越小4. 默认为混合调制，即分段同步调制，可以改变的只有运行频率，当运行频率减小时，载波比增大，保 证在频率较低的情况下保持电机的运行特性5. 异步调制下，随着载波频率的升高，三角载波脉冲数增加， SPWM 波形存在着三层，大约处于对称状 态6. 减少运行频率，三角载波频率不变，但是正弦波频率减小，与同步调制相比，低频时异步调制的效果 更佳，不容易失真。7. 同步调制下，随着载波比的增加，半周期内脉冲数增
10、大，运行效果有了明显的改善性能；载波比太小 并且运行频率很低的情况下，高次谐波会增多，电机的运行性能将会下降。七、讨论、心得1. 通过本次实验，了解了正弦脉宽调制（SPWM）下不同调制方式对电机在不同频率下的调制性能的改 变，更加直观的观测到同步调制和异步调制的优缺点，学习到了 SPWM 对电机运行性能的影响，加深了 对 SPWM 变频调速系统的实验原理的理解。2. SPWM 进行整流时用的是不控二极管整流桥，进行逆变的时候运用的是可控 MOS 管逆变桥，这个电 路在实际中大多数运用在中小型电机以及家用电器里，一些大型电机往往用的是双SPWM变频调速系统， 即整流时也要用可控MOS管整流桥，这
11、是因为位能性负载的情况下，当负载处于发电机状态下，电能将 通过 MOS 管逆变桥由交流回到直流状态，这些直流电无法通过不控二极管整流桥回到电网，于是将电压 都加在大电容上，从而有可能导致大电容的击穿现象；如果改用可控MOS整流桥，多余的电能可以顺利 回到电网中，对电机安全运行起到了重要作用。当然，双SPWM变频调速系统造价很贵，不适用于小型 电机。3. 线路上并联大电容的作用就是为了滤波和储能，当电源断开时，电机运行的一部分能量仍然储存在电 容中，如果电容不够大，放电不够迅速，则会造成一些事故发生。这些电能大到可以让电机继续运行，所 以一定要等到电容放电完成后再去执行拆除电路。4. 一般来说，一开始电机启动时，电流较大，此时需要限流电阻串联在电路里来达到限流的作用，当电 压升高时，通过一个分压电阻，将电压采集到一个继电器上，当达到继电器整定值时，常开开关闭合，限 流电阻被短路，此时电机进入正常运行状态。所以，为了减小电阻上的损耗以及减小因为电阻损耗过大而 导致的电阻损坏，加电压的时候应该尽量快点。5. 对比三种调制方法，可以得知，同步调制在低频时输出特性不好，而在高频时输出特性较好；异步调 制在高频时输出特性差，而在低频时输出特性较好；混合调制结合了同步调制和异步调制的优点，在高频 和低频都有比较不错的输出特性。
