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1、实验五三相异步电机变频调速系统实验一、实验目的（1）掌握SPWM的调速基本原理和实现方法。⑵掌握马鞍波变频的调速基本原理和实现方法。⑶掌握SVPWM的调速基本原理和实现方法。二、实验原理异步电机转速基本公式为：宀（一）P其中n为电机转速「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Ho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，使变频器输岀PWM波形
2、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。因此，这个PWM的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变频调速方式：正弦波脉宽调制法（SPWM）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。SPWM调制方式的特
3、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，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41所l£rc图5T正弦波脉宽调制法(2)马鞍波PWM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*1。当m
4、>1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，如果*1,逆变器输出的线电压中基波分量的幅值，只有逆变输入的电网电压幅值的0.866倍，这就使得采用SPWM逆变器不能充分利用直流母线电压。为解决这个问题，可以在正弦参考信号上叠加适当的三次谐波分量,如图72所示。图中：u二ur1+ur3=sinGdt+1/6sin3(jl图5-2马鞍波的形成合成后的波形似马鞍形,所以称为马鞍波PWM。采用马鞍波调制，使参考信号的最大值减小，但参考波形的基波分
5、量的幅值可以进一步提高。即可使,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93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。图5-3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次控制磁链的轨迹和速率。在电压矢
6、量的作用下，磁链轨迹越是接近圆，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控制方式的本质,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方法。三、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”等几个模块2DJK13三相异步电动机变频调速控制3DJ24三相鼠笼式异步电动机4双踪示波器TDS210四、实验内容与步骤⑴正弦波脉宽调制(SPWM)变频调速实验(2)马鞍波变频调速实验⑶空间电压矢量(SVPWM)变频调速实验(3)不同的变频模式F磁通轨迹观测实验(4)接通挂件电源,关闭电
7、机开关,调制方式设定在SPWM方式下(将控制部分S、V、P的三个端子都悬空)，然后开启电源开关。(5)点动〃增速〃按键,将频率设定在0.5Hz,在SPWM部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〃S)，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。(6)逐步升高频率,直至到达50Hz处，重复以上的步骤。(7)将频率设置为0.5HZ-60HZ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。(3)接通挂件电源,关闭电机开关，并将调制方
8、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
