实验四单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验

单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验

一、实验目的

(1)掌握异步电动机变频调速的原理。

(2)了解异步电动机变频调速运行的基本参数，V/f曲线。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 型 号 DJK01 电源控制屏 DJ21-1单相电阻启动异步电动机 双踪示波器 万用表 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 自备 自备 DJK11 单相异步电机SPWM变频调速 或DJK14单相交直交变频原理 三、实验线路及原理

单相异步电动机的调速除了其起动需要另加附加绕组及相关电路之外，其变频调速原理与三相异步电动机相同，下面仍然以三相异步电动机的调速原理来说明，由电机学可知，电机的转速表达式为: 60f1n?(1?s)?no(1?s) p其中f1为定子供电频率；p为电机的磁极对数；s为转差率，由上式可知改变定子供电频率f1可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率s保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。即

E1?4.44f1ωK1φE11φ?() f14.44ωK11在忽略定子阻抗压降的情况下，E1≈U1 φ?U1?C,其中c?为常数。f4.44ωK1 1为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压U1，即保证

φ?U1?常数。 f1单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设计的，因此由该逆变器供电的单相电动机可以实现速度调节的要求，其原理框图如图7-3所示。

单相异步电机采用电阻分相启动式，启动绕组串接PTC保护器，当启动完毕时在离心开关的作用下自动切除启动支路。

在微处理器的控制下，利用键盘可以改变电路输出的V/f比值，用键控方式改变输出频率以达到调频调速的目的。

关于逆变电路的原理请参考相关书籍、其输出电压波形为脉冲宽度按正弦规律变化的调制波，其中含有基波分量和各种高次谐波，以基波分量为主，谐波分量较小，当基波频率与幅值按某种恒压/频的规律变化时，电机转速随之改变。

四、实验内容

(1)V/f曲线测定。

(2)观察低频补偿对于提高启动力矩的效果。 五、思考题

(1)单相异步电动机有哪几种启动方式？在变频调速时，为什么不采用电容分相起动？ (2)改变V/f比值，有何实际意义？

图7-3 单相正弦波脉宽调制变频调速原理框图

六、实验方法

(1)将DJ21-1的主绕组与DJK11主电路输出连接，打开挂件电源开关，设定V/F曲线从第一条开始，打开电机开关，按下启动键。提升转速测量输出基波频率、电压和电机转速，输出频率可由观察参考波UR而得，用示波器测得UR的频率就是输出电压的频率。

(2)改变V/f曲线重复实验步骤1。

(3)观察低频补偿对于提高启动力矩的效果。设定不同的V/f曲线时，电机启动运转的最低输出频率、并测量此时的输出基波电压。

七、实验报告

(1)画出交-直-交单相SPWM变频器输出V/f的曲线。

(2)记录不同V/f曲线下的电压、频率和电机转速的关系。 (3)记录电机开始起动运转时变频器输出的频率和电压。 八、注意事项

(1)在频率上升，电机转速升高的过程中，当电机转速达到某一速度时，在离心开关的作用下会自动切断启动支路，此时会造成逆变器输出电流的波动。

(2)在电机升速的时候，由于副绕组的电流过大，出现过流保护，PTC保护器动作，会使电机停转，此时单相电机无法立即再起动。如要使电机重新启动，应稍等片刻，待副绕组回路中的PTC保护器恢复到低阻态时，才可再次升频起动。

(3)用DJK14挂件也可以完成该实验,在原有的挂件基础上增加DJK09挂件，由于DJK14挂件没有设置V/F联动功能，所以在调速时必须要同时调节输入电压的大小，以确保V/F为常数，否则电机不易启动或出现过流情况。

实验四 三相SPWM、马鞍波、SVPWM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。

(2)掌握马鞍波变频的调速基本原理和实现方法。 (3)掌握SVPWM的调速基本原理和实现方法。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 编 号 DJK01 电源控制屏 DJK13三相异步电动机变频调速控制 DJ24三相鼠笼式异步电动机 双踪示波器 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 三、实验内容 (1)正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速实验 (2)马鞍波变频调速实验

(3)空间电压矢量（SVPWM）变频调速实验 四、实验方法

(1)将DJ24电机与DJK13逆变输出部分连接，电机接成?形式，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下（将S、V、P的三端子都悬空）。打开挂件电源开关，点动“增速”、“减速”和“转向”键，观测挂件工作是否正常，如果工作正常，将运行频率退到零，关闭挂件电源开关。然后打开电机开关，接通挂件电源，增加频率、降低频率以及改变转向观测电机的转速变化。

(2)将频率退到零，改变设置到马鞍波PWM方式（用导线短接V、P两端子，S端悬空），增加频率、降低频率以及改变转向观测电机的转速变化。

(3)将频率退到零，设置为电压空间矢量控制方式（用导线短接S、V两端子，P端悬空），再增加频率、降低频率以及改变转向观测电机的转速变化。在低转速的情况下，观察电机的运行状况，与正弦波脉宽调制下的进行比较。

五、实验报告

观察在不同的模式下电机运行状况，并分析原因。 六、注意事项

(1)在频率不等于零的时候，不允许打开电机开关，以免发生危险。 (2)切莫在电机运行中堵转，否则会导致无法修复的后果！

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