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1、调速系统实验内容,西北工业大学 自动化学院实验教学中心 高金行2007.6,实 验 项 目,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速系统实验,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,一、实验目的(1)了解PWM全桥直流调速系统的工作原理。(2)分析电流环与速度环在直流调速系统中的作用。,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,二、实验所需挂件及附件,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,三、实验线路及原理 本实验系统原理框图如图1所示：,图1 双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统原理框图,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统
2、（H桥）,PWM的生成原理 在图1中，PWM调制器用于产生一路PWM脉冲波,它是由专用芯片TL494产生，其内部原理图如图2所示：,图2 TL494的内部原理图,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,在本实验中，把PWM调制器接成图3所示：,图3 PWM波形发生器外围接线图,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,上图中只利用了TL494的一组输出脉冲。只要控制TL494的输入端即“1”脚输入一电平,即可以在输出端“8”脚相应地得到占空比可调节的PWM脉冲,其中PWM脉冲的频率为5.7KHz。H桥逆变电路结构原理 H桥DC/DC逆变电路的结构图如图4所示,实验一 双闭环控制的直流
3、脉宽调速系统（H桥）,图4 双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统功能原理框图,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,本实验系统可设定不同的给定量、速度反馈量及电流反馈量，以完成开环、电流单闭环、速度单闭环及双闭环的调速实验。四、实验内容(1)观测并记录在电机正、反转时，H桥四个臂开关器件的不同控制逻辑。(2)观测并记录电枢回路电流Id随给定电压Ug、负载电阻Rg改变的波形。(3)电机的正、反转机械特性n=f（Id）的测定。(4)电机的正、反转控制特性n=f（Ug）的测定。,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,五、预习题(1)在驱动脉冲形成过程中，为什么要加逻辑延时（死区），延
4、时过长会影响那些指标？(2)H桥变换器的单极式工作模式与双极式工作模式相比有哪些特点？(3)加大转速反馈深度会对调速系统哪些指标产生影响？,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,六、实验方法(1)系统开环机械特性的测定 逐渐增加给定电压Ug使电机启动，升速；调节给定Ug与负载电阻RG使电动机Id=Ied，n=1200rpm。Ug不变，改变RG使Id逐渐下降，测出相应的转速n及电流平均值Id，记录于下表：,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,(2)系统闭环特性的测定 调节给定Ug、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速n=1200rpm，这时Un=-0.9V，Ui=0.4V，U
5、g=1.89V。改变负载电阻RG，将平均电流Id及转速n记录于下表。调节给定Ug、转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速n=1000rpm，这时Un=-0.76V，Ui=0.33V，Ug=1.58V，改变负载电阻RG，将相关Id与n记录于下表。,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,将转向选择开关为“反向”重复确定测速发电机电压的接入极性；再测定其闭环机械特性，并记录于上表。,实验一 双闭环控制的直流脉宽调速系统（H桥）,七、实验报告(1)画出上述实验中记录的各工作特性曲线n=f（zd），并比较它们的静差率。(2)画出闭环控制特性曲线n=f（Ug）。八、注意事项(1)为保证系统在负反馈
6、状态下运行，测速发电机输出电压极性与控制系统的连接必须正确。(2)在测量电枢电流时，应将转速开关拨到“正向”，以保证示波器“地”为低电位。(3)在Ug下调，使电机减速时，应缓慢调节。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,一、实验目的(1)掌握SPWM的调速基本原理和实现方法。(2)熟悉与SPWM控制有关的信号波形。(3)掌握马鞍波变频的调速基本原理和实现方法。(4)熟悉与马鞍波脉冲宽度调制有关的信号波形。(5)掌握SVPWM的调速基本原理和实现方法。(6)熟悉与空间电压矢量控制方式有关的信号波形。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,二、实验所需挂件及附件,实验二
7、SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,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,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,四、实验原理 本实验主要完成三相SPWM、SVPWM、及马鞍波变频原理实验及在各种变频模式下V/F曲线的测定等。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
8、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。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,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。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,图1 正弦波脉宽调制法,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,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，图中：131/63,图2 马鞍波的形成,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,合成后的波形似马鞍形，所以称为马鞍波PWM。
9、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量的幅值可以进一步提高。即可使m1，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。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,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V1V6，以及零矢量V0，V7，矢量分布如图3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。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
10、压矢量就可以控制磁链的轨迹和速率。在电压矢量的作用下，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。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,图3 空间电压矢量的分布,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,五、实验方法 1、正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速实验(1)接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下，然后开启电源开关。(2)将频率设置为0.5HZ60HZ的范围内改变，在测试点中观测正弦波信号的频率和幅值的关系。2、马鞍波变
11、频调速实验(1)接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在马鞍波方式下，然后打开电源开关。(2)将频率设置为0.5Hz60Hz的范围内改变，在测试点观测马鞍波信号的频率和幅值的关系。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,3、空间电压矢量（SVPWM）变频调速实验(1)接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在空间电压矢量方式下，然后打开电源开关。(2)将频率设置为0.5Hz60Hz的范围内改变，在测试点中观测占空比与频率的关系（在V/F函数不变的情况下）。六、实验报告 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0.5HZ50Hz范围内正弦波信号
12、的幅值与频率的关系。,实验二SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,3、分析在50HZ60Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。4、画出与马鞍波调制PWM有关的主要信号波形，说明马鞍波PWM调制的基本原理。5、为什么采用马鞍波调制后的PWM输出电压比采用正弦波脉宽调制的PWM输出电压有较高的基波电压分量？6、简述空间电压矢量控制变频调速的原理。7、画出在试验中观测到的所有波形。8、简述注入“零矢量”的作用。,实验二 SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速实验,七、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！,高金行,2007.6 西安,返回,自动化实验教学中心,
