交流传动控制系统实验指导书

四、三相异步电动机变频调速系统四、ZT24型实验装置简介4.1装置特点1．装置容量较大，基本配置机组2.2KW三相异步电动机+2.2KW直流发电机；2．采用高级DSP（TMS320F2407A）对系统实现控制与管理；3．功率器件采用IGBT智能功率模块（IPM）；4．控制电源采用开关电源；5．采用霍尔传感器对定子电流实施检测与保护；6．装置面板上绘制了系统控制原理框图，并有信号测试点。4.2实验内容1．三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理实验；2．三相马鞍波脉宽调制变频原理实验；3．三相空间电压矢量(SVPWM)变频原理实验；4．SPWM、马鞍波、空间电压矢量调制方式下实际V/F曲线测定实验；5．不同变频模式下磁通轨迹观测实验；6．三相SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速系统实验。五、预备知识异步电动机转速基本公式为：n＝)1(60spf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。这里PWM的调制方式是其中的关键技术。目前常用的变频器调制方式有SPWM、马鞍波PWM、和空间电压矢量PWM等方式。5.1SPWM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式。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。在实际应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1所示。(b)uAO=f(t)(c)uBO=f(t)(d)uCO=f(t)(e)线电压uAB=f(t)(a)三角调制波与三角载波ωtωtωtωtωtuRAuRBuRCuT+UsUs+Us/20Us/2+Us/20Us/2+Us/20Us/20图1正弦波脉宽调制法a)三相调制波与三角载波b)uAO=f(t)c)uBO=f(t)d)uCO=f(t)e)线电压uAB=f(t)六、实验指导6.1实验注意事项1．压合“控制电源”键且将“运行状态”键设置为“停止”态后，方可再设置面板上的“调制方式”和“V/F函数”选择按钮。“方向选择”键对面板上的“频率给定”起作用，在系统运行过程中（即“运行状态”键处于“运行”态）系统对该键的变化将立即做出反应；但面板上的“调制方式”和“V/F函数”选择按钮状态的变化在“运行状态”键处于“运行”态时不起作用。2.压合“控制电源”键后方能合上主电源（即压合面板上主电源的“启动”键），否则，主电源不可能被接通。切记压合主电源的“启动”键之前让“运行状态”键处于“停止”态且使调压器处于零输出。3．待主电源的“启动”键合上之后，调节调压器可让直流电压升高（面板上的电压表指示的就是该直流电压，不要超过540伏，为安全起见，实验中400伏即可）。4．结束系统运行之前，首先将调压器调到零输出（即逆时针旋转调压器至尽头），然后断开主电源（即按下主电源的“停止”键），最后断开控制电源。5．切记实验过程中不要堵转电机，否则可能会严重损坏装置。6.2三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理及交流变频调速系统实验实验（一）实验目的通过实验掌握SPWM的基本原理和实现方法，熟悉与SPWM控制有关的信号波形。观察SPWM交流变频调速系统的运行情况。（一）实验设备1.T24三相异步电动机变频调速系统2.三相调压器3.双线示波器一台4.交直流模拟电流表（量程不小于15A）、交直流模拟电压表（量程600V左右）5.数字万用表（三）实验步骤与内容注意：在下列实验1-4步骤中，不必施加主电源。1．合上总电源开关，压合“控制电源”键，控制电源指示灯亮，此时“运行状态”键处于“停止”态，设置面板上的“调制方式”为SPWM、“V/F函数”为“1”。2．将“运行状态”键切换为“运行”态。点动“频率给定”的“增”或“减”按键，将频率设定在1Hz。用示波器测量并记录面板上的三相正弦波信号，即测试点Ua、Ub、Uc（对VSS）；用示波器观察并记录三角波信号测试点SJ（对地VSS）、三相SPWM输出信号Pa、Pb、Pc（对地VND）、脉冲分配后的功率管驱动信号P1、P3、P5、P4、P6、P2（对地VND，其中P1和P4、P3和P6、P5和P2驱动的功率管分别构成一个桥臂）。然后切换“方向选择”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。4．将频率设置为1Hz－60Hz的范围内改变，在测试点“Ua、Ub、Uc（对VSS）”处观测正弦波信号的频率和幅值（实际实验中观测一相如Ua即可），并记录它们于表1中。表1给定正弦波信号的频率和幅值给定频率（HZ）幅值（伏）注意：在下列实验５-８步骤中，需要施加主电源。5.断开总电源开关，检查实验设备的连接线。将三相调压器输出端子的连接线分别插入到面板上标号为A、B、C的插入孔；交流电动机的一相（如U相，学生可自定）串入电流表后连到面板上标号U的插入孔（即测试电机的相电流），交流电动机的另两相分别连到面板上标号V和W的插入孔；将交直流两用模拟电压表两端连接到面板上标号为u、v、w的任意两个插入孔，以测量交流电动机的实际线电压平均值。6．合上总电源开关。压合“控制电源”键，控制电源指示灯亮，此时“运行状态”键处于“停止”态。设置面板上的“调制方式”为SPWM、“V/F函数”为“1或2或3或4”。7．逆时针旋转三相调压器手柄以保证调压器输出为零，继而合上“主电源”按键，将“运行状态”键切换为“运行”状态。注意：任何时候在压合“主电源”键之前请务必先将三相调压器输出电压调至0伏，否则有可能烧坏功率管。8．顺时针旋转三相调压器手柄使直流母线电压达到400伏（观察面板上的电压指示）。将“运行状态”键切换为“运行”态，点动“频率给定”的“增”或“减”按键以改变给定频率，观察电机的运行情况。记录给定频率及电机的实际线电压平均值（读交直流两用模拟电压表）于表2中（注意给定频率较低时实际线电压平均值近似为零，此时电机不转。改进给定V/F曲线可改善系统低速性能）。切换“方向选择”键以改变电机转向，观察电机的运行情况。表2给定频率和电机线电压值给定频率（HZ）101520253040505560线电压（伏）（四）实验报告要求1．画出与SPWM调制有关信号波形，说明SPWM的基本原理。2．分析在1Hz－50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。3.分析在50Hz－60Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。4．根据实验结果绘出实际的V/F曲线。