實(shí)驗(yàn)三 變頻原理實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三 變頻原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)原理主要完成的實(shí)驗(yàn)為三相SPWM、SVPWM、及馬鞍波變頻原理實(shí)驗(yàn)及在各種變頻模式下V/F曲線的測定等。異步電機(jī)轉(zhuǎn)速基本公式為：其中n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電機(jī)極對數(shù)，s為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。當(dāng)轉(zhuǎn)差率固定在最佳值時，改變f即可改變轉(zhuǎn)速n。為使電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行在額定磁通，改變頻率的同時必須成比例地改變輸出電壓的基波幅值。這就是所謂的VVVF（變壓變頻）控制。工頻50Hz的交流電源經(jīng)整流后可以得到一個直流電壓源。對直流電壓進(jìn)行PWM逆變控制，使變頻器輸出PWM波形中的基波為預(yù)先設(shè)定的電壓/頻率比曲線所規(guī)定的電壓頻率數(shù)值。因此，這個PWM的調(diào)制方法是其中的關(guān)鍵技術(shù)。

2、目前常用的變頻器調(diào)制方法有SPWM，馬鞍波PWM，和空間電壓矢量PWM等方式。1、SPWM變頻調(diào)速方式：正弦波脈寬調(diào)制法（SPWM）是最常用的一種調(diào)制方法，SPWM信號是通過用三角載波信號和正弦信號相比較的方法產(chǎn)生，當(dāng)改變正弦參考信號的幅值時，脈寬隨之改變，從而改變了主回路輸出電壓的大小。當(dāng)改變正弦參考信號的頻率時，輸出電壓的頻率即隨之改變。在變頻器中，輸出電壓的調(diào)整和輸出頻率的改變是同步協(xié)調(diào)完成的，這稱為VVVF（變壓變頻）控制。SPWM 調(diào)制方式的特點(diǎn)是半個周期內(nèi)脈沖中心線等距、脈沖等幅，調(diào)節(jié)脈沖的寬度，使各脈沖面積之和與正弦波下的面積成正比例，因此，其調(diào)制波形接近于正弦波。在實(shí)際運(yùn)用中對

3、于三相逆變器，是由一個三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相參考信號，與一個公用的三角載波信號相比較，而產(chǎn)生三相調(diào)制波。如圖6-1所示。2、馬鞍波PWM變頻調(diào)速方式前面已經(jīng)說過，SPWM信號是由正弦波與三角載波信號相比較而產(chǎn)生的，正弦波幅值與三角波幅值之比為m，稱為調(diào)制比。正弦波脈寬調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是：逆變器輸出線電壓與調(diào)制比m成線性關(guān)系，有利于精確控制，諧波含量小。但是在一般情況下，要求調(diào)制比m1時，正弦波脈寬調(diào)制波中出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不但輸出電壓與頻率失去所要求的配合關(guān)系，而且輸出電壓中諧波分量增大，特別是較低次諧波分量較大，對電機(jī)運(yùn)行不利。另外可以證明，如果m1，從而可以在高次諧波信號分量不增加的條件下，增

4、加其基波分量的值，克服SPWM的不足。目前這種變頻方式在家用電器上應(yīng)用廣泛，如變頻空調(diào)等。3、空間電壓矢量PWM變頻調(diào)速方式對三相逆變器，根據(jù)三路開關(guān)的狀態(tài)可以生成六個互差60的非零電壓矢量V1V6，以及零矢量V0，V7，矢量分布如圖6-3所示。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為（000）或（111）時，即生成零矢量，這時逆變器上半橋或下半橋功率器件全部導(dǎo)通，因此輸出線電壓為零。圖6-3 空間電壓矢量的分布由于電機(jī)磁鏈?zhǔn)噶渴强臻g電壓矢量的時間積分，因此控制電壓矢量就可以控制磁鏈的軌跡和速率。在電壓矢量的作用下，磁鏈軌跡越是接近圓，電機(jī)脈動轉(zhuǎn)矩越小，運(yùn)行性能越好。為了比較方便地演示空間電壓矢量PWM控制方式的本質(zhì)，我

5、們采用了最簡單的六邊形磁鏈軌跡。盡管如此，其效果仍優(yōu)于SPWM方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、三相正弦波脈寬度調(diào)制（SPWM）變頻原理實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握SPWM的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。(2)熟悉與SPWM控制有關(guān)的信號波形。1.2實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK13三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制3雙蹤示波器1.3、實(shí)驗(yàn)方法(1)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，調(diào)制方式設(shè)定在SPWM方式下（將控制部分S、V、P的三個端子都懸空），然后開啟電源開關(guān)。(2)點(diǎn)動“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz，在SPWM部分觀測三相正

6、弦波信號（在測試點(diǎn)“2、3、4”），觀測三角載波信號（在測試點(diǎn)“5”），三相SPWM調(diào)制信號（在測試點(diǎn)“6、7、8”）；再點(diǎn)動“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動方向，觀測上述各信號的相位關(guān)系變化。(3)逐步升高頻率，直至到達(dá)50Hz處，重復(fù)以上的步驟。(4)將頻率設(shè)置為0.5HZ60HZ的范圍內(nèi)改變，在測試點(diǎn)“2、3、4”中觀測正弦波信號的頻率和幅值的關(guān)系。1.4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1) 畫出與SPWM調(diào)制有關(guān)信號波形，說明SPWM的基本原理。(2) 分析在0.5HZ50Hz范圍內(nèi)正弦波信號的幅值與頻率的關(guān)系。(3) 分析在50HZ60Hz范圍內(nèi)正弦波信號的幅值與頻率的關(guān)系。2、三相馬鞍波脈寬調(diào)制變頻原理實(shí)驗(yàn)2

7、.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)通過實(shí)驗(yàn)，掌握馬鞍波脈寬調(diào)制的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。(2)熟悉與馬鞍波脈沖寬度調(diào)制有關(guān)的信號波形。2.2實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK13三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制3雙蹤示波器自備2.3實(shí)驗(yàn)原理馬鞍波PWM調(diào)制技術(shù)是VVVF變頻器中經(jīng)常采用的技術(shù)，這種技術(shù)主要是通過對基波正弦信號注入三次諧波，形成馬鞍波。采用馬鞍波做為參考波信號進(jìn)行PWM調(diào)制，與SPWM調(diào)制方式相比，馬鞍波調(diào)制的主要特點(diǎn)是電壓較高，調(diào)制比可以大于1，形成過調(diào)制。2.4實(shí)驗(yàn)方法(1)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，并將調(diào)制方式設(shè)定

8、在馬鞍波方式下（將控制部分V、P兩端用導(dǎo)線短接，S端懸空），然后打開電源開關(guān)。(2)點(diǎn)動“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz。用示波器觀測SPWM部分的三相正弦波信號（在測試點(diǎn)“2、3、4”），三角載波信號（在測試點(diǎn)“5”），三相SPWM調(diào)制信號（在測試點(diǎn)“6、7、8”）；再點(diǎn)動“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動方向，再觀測上述各信號的相位關(guān)系的變化。(3)逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。(4)將頻率設(shè)置為0.5Hz60Hz的范圍內(nèi)改變，在測試點(diǎn)“2、3、4”觀測馬鞍波信號的頻率和幅值的關(guān)系。2.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)畫出與馬鞍波調(diào)制PWM有關(guān)的主要信號波形，說明馬鞍波PWM調(diào)制的基本原理。(

9、2)為什么采用馬鞍波調(diào)制后的PWM輸出電壓比采用正弦波脈寬調(diào)制的PWM輸出電壓有較高的基波電壓分量？2.6注意事項(xiàng)由于馬鞍波PWM調(diào)制技術(shù)是在正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其調(diào)制的原理與正弦波脈寬調(diào)制完全一致。故與正弦波脈寬調(diào)制共用其波形測試點(diǎn)。3、三相空間電壓矢量變頻原理實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)通過實(shí)驗(yàn)，掌握空間電壓矢量控制方式的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。(2)熟悉與空間電壓矢量控制方式有關(guān)的信號波形。3.2實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK13三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制3雙蹤示波器3.3實(shí)驗(yàn)方法(1

10、)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，并將調(diào)制方式設(shè)定在空間電壓矢量方式下（將控制部分S、V兩端用導(dǎo)線短接，P端懸空），然后打開電源開關(guān)。(2)點(diǎn)動“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz，用示波器觀測SVPWM部分的三相矢量信號（在測試點(diǎn)“10、11、12”），三角載波信號（在測試點(diǎn)“14”）， PWM信號（在測試點(diǎn)“13”），三相SVPWM調(diào)制信號（在測試點(diǎn)“15、16、17”）；再點(diǎn)動“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動方向，再觀測上述各信號的相位關(guān)系的變化。(3)逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。(4)將頻率設(shè)置為0.5Hz60Hz的范圍內(nèi)改變，在測試點(diǎn)“13”中觀測占空比與頻率的關(guān)系（在V/F函數(shù)

11、不變的情況下）。3.4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)簡述空間電壓矢量控制變頻調(diào)速的原理。(2)畫出在試驗(yàn)中觀測到的所有波形。(3)簡述注入“零矢量”的作用。4、SPWM、馬鞍波、空間電壓矢量調(diào)制方式下V/f曲線測定4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)通過實(shí)驗(yàn)，了解SPWM調(diào)制方式下V/f曲線變化規(guī)律。(2)通過實(shí)驗(yàn)，了解馬鞍波調(diào)制方式下V/f曲線變化規(guī)律。(3)通過實(shí)驗(yàn)，了解空間電壓矢量PWM方式下V/f曲線變化規(guī)律。(4)定量分析“零矢量”的作用時間與輸出電壓的關(guān)系。4.2實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該掛件包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK13三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制

12、3雙蹤示波器4萬用表4.3實(shí)驗(yàn)步驟(1)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，并將調(diào)制方式設(shè)定在SPWM方式下（將控制部分S、V、P的三個端都懸空），然后打開電源開關(guān)。(2)將頻率設(shè)定到0.5Hz，觀測測試點(diǎn)“1”的電壓波形，任意選擇電壓函數(shù)，記錄相應(yīng)的電壓值。(3)將調(diào)制方式設(shè)定在馬鞍波方式下（即控制部分V、P兩端用導(dǎo)線短接，S端懸空）。(4)將頻率設(shè)定到0.5Hz，觀測測試點(diǎn)“1”的電壓波形，任意選擇電壓函數(shù)，記錄相應(yīng)的電壓值。(5)將調(diào)制方式設(shè)定在空間電壓矢量方式下（即控制部分S、V兩端用導(dǎo)線短接，P端懸空）。(6)將頻率設(shè)定到0.5Hz，觀測測試點(diǎn)“9”的電壓波形及“13”點(diǎn)PWM的寬度，任意選

13、擇電壓函數(shù)，記錄相應(yīng)的電壓值及PWM的占空比。4.4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出不同變頻模式下的V/f曲線，并分析。5、不同的變頻模式下磁通軌跡觀測實(shí)驗(yàn)5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)觀測旋轉(zhuǎn)磁通的軌跡和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向等，從而加深對電機(jī)恒磁通運(yùn)行的認(rèn)識。5.2實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK13三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制6雙蹤示波器自備5.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀測不同變頻模式下的磁通軌跡。5.4實(shí)驗(yàn)方法(1)接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，并將設(shè)定在SPWM方式下（將S、V、P三端子懸空），然后打開電源開關(guān)，將示波器的X、Y輸入端分別接

14、磁通軌跡觀測的X、Y測試孔，并將示波器置于X-Y方式。點(diǎn)動“增速”鍵將頻率設(shè)定在0.5Hz，觀察示波器中顯示的磁通形狀，再點(diǎn)動“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)向，觀察磁通軌跡的變化，再逐漸升高頻率，觀察磁通軌跡的變化。(2)設(shè)定在馬鞍波PWM方式（用導(dǎo)線短接V、P兩端子，S端懸空），重復(fù)上述的實(shí)驗(yàn)。(3)設(shè)定在電壓空間矢量控制方式（用導(dǎo)線短接S、V兩端子，P端懸空），重復(fù)上述的實(shí)驗(yàn)。5.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)畫出在SPWM控制方式下旋轉(zhuǎn)磁通的軌跡。(2)畫出在馬鞍波控制方式下旋轉(zhuǎn)磁通的軌跡。(3)畫出在空間矢量控制方式下的旋轉(zhuǎn)磁通的軌跡。(4)對上述軌跡的變化做出分析。6、三相SPWM、馬鞍波、SVPWM變

15、頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握SPWM的調(diào)速基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。(2)掌握馬鞍波變頻的調(diào)速基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。(3)掌握SVPWM的調(diào)速基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。6.2實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號編 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK13三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制3DJ24三相鼠籠式異步電動機(jī)4雙蹤示波器6.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)(2)馬鞍波變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)(3)空間電壓矢量（SVPWM）變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)6.4實(shí)驗(yàn)方法(1)將DJ24電機(jī)與DJK13逆變輸出部分連接，電機(jī)接成D形式，關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，調(diào)制方式設(shè)定在SP

16、WM方式下（將S、V、P的三端子都懸空）。打開掛件電源開關(guān)，點(diǎn)動“增速”、“減速”和“轉(zhuǎn)向”鍵，觀測掛件工作是否正常，如果工作正常，將運(yùn)行頻率退到零，關(guān)閉掛件電源開關(guān)。然后打開電機(jī)開關(guān)，接通掛件電源，增加頻率、降低頻率以及改變轉(zhuǎn)向觀測電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。(2)將頻率退到零，改變設(shè)置到馬鞍波PWM方式（用導(dǎo)線短接V、P兩端子，S端懸空），增加頻率、降低頻率以及改變轉(zhuǎn)向觀測電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。(3)將頻率退到零，設(shè)置為電壓空間矢量控制方式（用導(dǎo)線短接S、V兩端子，P端懸空），再增加頻率、降低頻率以及改變轉(zhuǎn)向觀測電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。在低轉(zhuǎn)速的情況下，觀察電機(jī)的運(yùn)行狀況，與正弦波脈寬調(diào)制下的進(jìn)行比較。6.5實(shí)驗(yàn)報(bào)

17、告要求觀察在不同的模式下電機(jī)運(yùn)行狀況，并分析原因。6.6注意事項(xiàng)(1)在頻率不等于零的時候，不允許打開電機(jī)開關(guān)，以免發(fā)生危險。(2)切莫在電機(jī)運(yùn)行中堵轉(zhuǎn)，否則會導(dǎo)致無法修復(fù)的后果！附錄DJK13掛件（三相異步電機(jī)變頻調(diào)速控制）DJK13可完成三相正弦波脈寬調(diào)制SPWM變頻原理實(shí)驗(yàn)、三相馬鞍波（三次諧波注入）脈寬調(diào)制變頻原理實(shí)驗(yàn)、三相空間電壓矢量SVPWM變頻原理等實(shí)驗(yàn)，面板圖如下：圖1 DJK13面板圖1、顯示、控制及計(jì)算機(jī)通訊接口控制部分由“轉(zhuǎn)向”、“增速”、“減速”三個按鍵及四個鈕子開關(guān)等組成。每次點(diǎn)動“轉(zhuǎn)向”鍵，電機(jī)的轉(zhuǎn)向改變一次，點(diǎn)動“增速”及“減速”鍵，電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高或降低，頻率的范

18、圍從0.5Hz60Hz，步進(jìn)頻率為0.5Hz。從0.5Hz50Hz范圍內(nèi)是恒轉(zhuǎn)矩變頻，50Hz60Hz為恒功率變頻。K1、K2、K3、K4四個鈕子開關(guān)為V/F函數(shù)曲線選擇開關(guān)，每個開關(guān)代表一個二進(jìn)制，將鈕子開關(guān)撥到上面，表示“1”，將其撥到下面，表示“0”，從“0000”到“1111”共十六條V/F函數(shù)曲線。在按鍵的下面有“S、V、P”三個插孔，它的作用是切換變頻模式。當(dāng)三個全部都懸空時，工作在SPWM模式下；當(dāng)短接“V”、“P”時，工作在馬鞍波模式下。當(dāng)短接“S”、“V”時，工作在SVPWM模式下。不允許將“S”、“P”插孔短接，否則會造成不可預(yù)料的后果。通訊接口用于本掛件與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)（操作方法詳見附錄），通過對計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)的操作，完成各種控制和在顯示器上顯示相應(yīng)點(diǎn)的波形。使用時必須用本公司所附帶的計(jì)算機(jī)插件板，專用軟件與聯(lián)接電纜。2、電壓矢量觀察 我們使用“旋轉(zhuǎn)燈光法”來形象表示SVPWM的工作方式。通過對“V0V7”八