实验五 单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验
SPWM实现单相正弦波变频电源设计
关键词 ： 单相 ； 变频 ；Ｐ Ｓ ＷＭ； ． －计 ￣
中图分类号 ：Ｍ３４１ Ｔ ４．
一
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６ １８ ８ （ ０ ０ ０ — ０ ６ ０ １７ — ０ ９ ２ １ ）３ ０ ３ —２ 流输出 ， 所以逆变 电路是技术核心 。
的子程序判断是否超过额定值 ，从而判断是否做断电保护操作 ；
测频模块功能是 ： 取输 出电压信号经过单稳 电路形成与输 出电压
… 《 国大学生电子设计竞赛获奖作品选编》 １ 全 第一届—— 第
五届． 北京理 工大学 出版社
频率相同的方波信号 ， 然后 由“ Ｃ Ｕ” 主 Ｐ 中的测频子程序对其进行
法》 将维修基金定位成 以业主大会 为受益人 的信托基金 。哒 种信 托管理模式不失为专项维修资金保值增值的较好途径。
（ ） 一 保障物业共用部分得到及 时充分维修 。 如何保障物业共
用部分得到及时充分维修 ，专项维修资金 的管理模 式至关 重要 ，
特别要看 由什么机构掌握维修资金 的使用权 、 审批权 。有人提 出
择。
［］星波 ． 专项维修资金 管理构 想【． ４ 房屋 Ｊ 现代 物业，０９（ ： 】 ２０；） ９
５￣３ ２ ５
（ ） 二 保障专项维修资金安全 ， 实现保值增值 。我 国住宅专项
一 —－
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（ 上接 第 ３ ６页）３ 控制 系统设计 。 、 控制系统部分是由“ Ｃ Ｕ” 主 Ｐ 来 完成工作的 ， 其功能模块 主要包括 用于人 机对话 功能的键盘与显
正弦脉宽调制变频调速系统实验报告
实验报告课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制变频调速系统实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、加深理解自然采样法生成SPWM 波的机理和过程。
2、熟悉SPWM 变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连 接。
3、了解SPWM 变频器运行参数和特性。
二、实验线路及原理SPWM 变频器供电的异步电机变频调速系统的实验原理图如图1所示，其中控制键盘与运行显示布置图见图2所示。
SPWM 变频调速系统主要由不控整流桥、电容滤波、直流环节电流采样（串采样电阻）、MOSFET 逆变桥、MOSFET 驱动电路、8031单片微机数字控制情况、控制键盘与运行显示等环节组成。
整个系统可按图1所示的接线端编号一一对应接线。
图1 SPWM 变频调速系统原理图本实验系统的性能指标如下：(1)运行频率f1可在1～60Hz的范围内连续可调。
(2)调制方式1)同步调制：调制比F r=3～123可变，步增量为3；2)异步调制：载波频率f0=0.5～8kHz可变，步增量为0.5kHz;3)混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。
图2 SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图(3)V/f曲线有四条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，如图3所示。
曲线1: f1=1～50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51～60Hz，U1=220V曲线2：f1=1～5Hz, U1=21.5Vf1=6～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51～60Hz, U1=220V曲线3：f1=1～8Hz, U1=34.5Vf1=9～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51～60Hz, U1=220V曲线4：f1=1～10Hz, U1=43Vf1=11～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51～60Hz, U1=220V(4)加速时间可在1～60s区间设定电机从静止加速到额定速度所需时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。
实验五 单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验
实验5 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。
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: 其中f 1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f 1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。
即在忽略定子阻抗压降的情况下，E 1≈U 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U 1，即保证常数f U φ11==。
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)K ω4.441(f E φφK ω4.44f E 111111==。
为常数K ω4.441其中c C,f U φ111=⋅≈s)(1n s)(1p60f n o 1-=-=(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。
实验二 正弦脉宽调制(SPWM)变频调速实验
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
4、实验内容
＊ 运行频率f1=5Hz，比较研究 ① 载波频率f0=500Hz、1000Hz、2000Hz下，电机低 速运行的噪声、振动、转速平稳程度， ② 描述不同V/f曲线下的起动能力 ③ 记录f0=2000Hz时线电压/线电流波形
SPWM变频调速实验
5、实验注意
（1）操作注意 ＊ 观测电机电压、电流时注意探头公共地线接法 以U相为例
探头1
U V W
示波器探头地线
M
探头2
采样电阻
＊ 波形采集 使用示波器采集，自带拍照工具。
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
5、实验注意
（1）实验报告注意 ＊ 对实验波形，对照PWM调制理论进行分析，特别 是记录的波形 ＊ 对观察、描述的实验内容作详尽的描述、分析， 得出和符理论的结论，特别报告： ① 不同调制比对运行性能的影响 ② 低速运行平稳性与调制比关系
（2）驱动电路 脉冲变换→光电隔离→施加在MOSFET栅极
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
（3）过流保护 Idc
——主电路4-5间接采样电阻，检测其上电压 ——过流后发出“OC”信号 ● 封锁驱动电路脉冲 ● MP保护电路工作，显示“OC”，并停机 解除停机，按复位键。
1. 加深理解自然采样法形成双极性SPWM的机理； 2. 熟悉SPWM变频器功率主电路、控制电路的结构和连接 关系； 3. 了解SPWM调制三种控制方式、控制参数及输出波形。
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
正弦波脉宽调制SPWM
三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形
上图为三相PWM波形，其中 urU 、urV 、urW为U，V，W三相的正弦调制波， uc为双极性三角载波； uUN’ 、uVN’ 、uWN’ 为U，V，W三相输出与电源
中性点N’之间的相电压矩形波形；
uUV为输出线电压矩形波形，其脉冲幅值为+Ud和
根据载波和信号波是否同步及载波比的 变化情况，PWM调制方式分为异步调制和 同步调制。
（1）异步调制 异步调制——载波信号和调制信号不 同步的调制方式。
通常保持 fc 固定不变，当 fr 变化时，载 波比 N 是变化的；
在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个 数不固定，相位也不固定，正负半周期 的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的 脉冲也不对称；
为使一相的PWM波正负半周镜对称，N 应取奇数；
不易滤除；
fr 很低时，f使开关器件难以承
受。
•同步调制三 相PWM波形
u
u rU
uc
u rV
u rW
O
t
u UN'
Ud 2 Ud 2
0
t
u VN' 0 u WN' t
0
t
（3）分段同步调制
1 M sin r tD 2 /2 Tc / 2
因此可得
Tc (1 M sin r t D ) 2
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度
Tc 1 ' Tc (1 M sin r tD ) 2 4
根据上述采样原理和计算公式，可以用 计算机实时控制产生SPWM波形，具体实 现方法有：
VT V 1 1
电机调速课设实验大纲及报告-单相PWM、SPWM脉宽调制波形发生电路的研究
成绩专业综合实验实验报告院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称学生学号学生姓名指导教师2015年12月1实验大纲部分实验一单相PWM、SPWM脉宽调制波形发生电路的研究实验时间2015.12.8 同组同学一、实验目的1. 了解单相PWM、SPWM波形发生电路的工作原理。
2. 熟悉单相PWM、SPWM波形发生电路的一般特点。
3. 熟悉DT03单元的使用方法，为后续实验操作做准备。
二、实验内容用示波器观察触发电路各测试点，记录各点波形，分析电路的工作原理。
三、实验系统组成单相PWM、SPWM波形发生器面板如图1所示。
图 1.1 单相PWM、SPWM波形发生器面板图中P+、P-为两路相位互差180°的PWM或SPWM波形输出端口；A、A1、B 为同步信号引入端；M 为信号输出供单相调功电路使用；PM、PA 是给软开关实验中辅管脉冲输出端；IN1、IN2 为两路脉冲功率放大电路的输入端口，一般对应将P＋、P－信号输出引入其端口，通过放大输出。
DT03 单元为多功能波形发生器电路，可以实现PWM 波形发生、SPWM 波形发生以及单相调功电路的可控宽度脉冲列的产生等。
电路中包含三角波发生器、正弦波发生器、直流电压给定、死区生成电路、软开关控制脉3冲生成电路、调功控制脉冲生成电路以及脉冲功率放大电路等。
四、实验原理1. PWM波形检测本实验采用三角波调制，以三角波为载波，与调制波信号进行比较输出不同宽度的脉冲。
开关S1拨向下时，DT03单元中的两运放的正向、反向输入端分别接三角波发生器及电位器，但接入的极性相反。
当运放正向输入端电压高于反向输入端电压时，运放输出高电平，反之输出低电平。
故当两运放的三角波及参考电压接入极性相反时，输出P+、P-的波形为两路相位互差180°的PWM信号。
调节参考电压的大小可改变输出PWM 信号的占空比。
在Multisim中的仿真电路及仿真波形如图2a, b, c所示，可见当三角波分别从两运放的正向、反向输入端且相同的参考电压从另一端输入时，输出为两路互差180°的PWM信号，调节参考电压大小可改变占空比。
实验五十一DCACSPWM单相全桥逆变电路设计及研究
华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 信号与控制综合实验指导书 实验五十一DC/AC SPWM单相全桥逆变电路设计及研究（信号与系统—自动控制理论—检测技术－电力电子学综合实验）一、实验原理SPWM单相全桥逆变电路的主要工作原理是依靠四个开关管的通、断状态配合，利用冲量等效原理，采用正弦脉宽调制（SPWM）策略将输入的直流电压变换成正弦波电压输出。
SPWM的调制原理是通过对每个周期内输出的脉冲个数和每个脉冲宽度来调节逆变器输出电压的频率和幅值。
要使输出的电压波形接近标准的正弦波，就要尽量保证SPWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效。
除要求每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲宽度还必须很窄，这就需要在一个正弦波形内脉冲的数量很多。
脉波数量越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉冲电压就越等效于正弦电压。
目前，在电力电子控制技术中，SPWM技术应用极为广泛，SPWM波形的形成一般有自然采样法、规则采样法等等。
前者主要用于模拟控制中，后者适用数字控制。
本实验采用的是DSP控制的单相全桥逆变电路，采用对称规则采样法。
对称规则采样的基本思想是使SPWM波的每个脉冲均以三角载波中心线为轴线对称，因此在每个载波周期内只需一个采样点就可确定两个开关切换点时刻。
具体算法是过三角波的对称轴与正弦波的交点，做平行于时间轴的平行线，该平行线与三角波的两个腰的交点作为SPWM波“开通”和“关断”的时刻。
由于在每个三角载波周期中只需要进行一次采样，因此使得计算公式得到简化，并且可以根据脉宽计算公式实时计算出SPWM波的脉宽时间，可以实现数字化控制。
图51-1 对称规则采样法生成SPWM波根据相似三角形定理，可以分析出图1对称规则采样法生成的SPWM波脉宽时间T n华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 信号与控制综合实验指导书为：()21sin n n T T MN Nπ−= (51-1) 式中，M 为调制度，T 为正弦调制波周期，N 为载波比。
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法
第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法1(2(1 正弦波脉宽调制SPWM逆变器结构典型的交流-直流,交流逆变器的结构如图2-1-3所示。
图2-1-3: 变压变频器主电路结构图图2-1-3中，单相交流或三相交流供电经非控全波整流，变成单极性直流电压;该直流电压经有源或无源功率因素校正电路PFC(Power Factor Correct)得到直流母线电压 Udc，某些情况下功率因素校正电路可以省略。
逆变器的核心电路是由六个功率开关器件Q1-Q6构成的三相逆变桥，每个桥有上下两个桥臂;上桥臂上端接直流母线电压正端(DC+)，下桥臂下端接直流母线参考端(DC-);对于交流异步电机的驱动，为防止直通，上、下桥臂通常设置为互补工作方式:上桥臂导通时，下桥臂截止;下桥臂导通时，上桥臂截止。
三桥臂中间输出接至负载:三相感应电机的UVW输入端。
功率开关器件Q1-Q6可以是晶闸管GTO，双极性功率晶体管BJT，金属氧化膜功率场效应管MOSFET，绝缘栅型双极性功率晶体管IGBT。
IGBT具有开关速度快、承载电流大、耐压高、管耗小等特点，在电源逆变器中得到最为广泛的应用。
对于感性负载(电机)，为了保护IGBT，常需加续流二极管D1-D6，用以在开关管关断时形成电流回路。
IGBT通常已与续流二极管封装在一起。
电容C用于能量缓冲，可保持直流母线电压Udc相对稳定。
为了在电机的UVW端线上输入三相平衡的交流电，通常做法是依一定规则用PWM信号PWM1L-PWM3H去控制逆变器的六个开关管的开关状态。
所谓的正弦波SPWM(Sinusoidally PWM)技术，就是用正弦波去调制PWM信号的脉宽，即:功率管的输出为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其宽度依正弦波规律变化;对交流输出波形的幅度对称性及相位要求不是非常苛刻的应用来说，PWM 信号的频率通常保持不变。
这种控制策略也叫异步控制法，即载波信号的频率独立于调制波频率。
见图2-1-4。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
实验实训一三相正弦波脉宽调制（spwm）变频原理实验一、实验目的
实验实训一三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理实验一、实验目的1．掌握SPWM的基本原理和实现方法。
2．熟悉与SPWM控制有关的信号波形。
二、实验设备DJK01电源控制屏 1个DJK13三相异步电动机变频调速控制 1套示波器 1台三、实验线路及原理实验线路及原理可参看相关的教材。
四、实验步骤1．接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式（将控制部分S、V、P 的三个端子都悬空），然后开启电源开关。
2．点动“增速”按键，将频率设定在0.5HZ，用示波器在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“5”），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。
3．逐渐升高频率，直至到达50HZ处，重复以上的步骤。
4．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。
五、实验注意事项实验中一定要先把电机的开关关闭。
六、实验报告及要求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0.5HZ~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．写出本实验的心得与体会。
实验实训二变频器的面板操作及运行一、实验目的1．了解变频器的操作方法及显示特点。
2．了解并熟悉变频器的各种运行模式。
3．熟练掌握变频器运行方式的切换和参数的预置方法。
二、实验实训设备三菱FR-A540系列变频器 1台三、实验内容及步骤1．熟悉变频器的面板操作1）仔细阅读变频器的面板介绍，掌握在监视模式下（MON灯亮）显示Hz、A、V的方法，以及变频器的运行方式、PU运行（PU灯亮）、外部运行（EXT灯亮）之间的切换方法。
2）全部清除操作为了实验能顺利进行，在实验开始前要进行一次“全部清除”操作，步骤如下：①按下MODE键至运行模式，选择PU运行（PU灯亮）。
电力电子技术实验报告答案(仅供参考)
第三章电力电子技术实验本章节介绍电力电子技术基础的实验内容，其中包括单相、三相整流及有源逆变电路，直流斩波电路原理，单相、三相交流调压电路，单相并联逆变电路，晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率三极管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)等新器件的特性及驱动与保护电路实验。
实验一单结晶体管触发电路实验一、实验目的(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。
(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
二、实验所需挂件及附件单结晶体管触发电路的工作原理已在1-3节中作过介绍。
四、实验内容(1)单结晶体管触发电路的调试。
(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。
五、预习要求阅读本教材1-3节及电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。
六、思考题(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系?(2)单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180°?七、实验方法(1)单结晶体管触发电路的观测将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V 10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。
如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。
在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30°～170°范围内移相?(2)单结晶体管触发电路各点波形的记录当α＝30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图1-9的各波形进行比较。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统--第四版--实验
电力拖动自动控制系统实验（运动控制系统）第五章直流电机调速系统实验本章介绍直流调速系统的实验内容，其中包括晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、单闭环晶闸管直流调速系统、双闭环晶闸管不可逆直流调速系统、逻辑无环流可逆直流调速系统、三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统、双闭环直流脉宽调速系统。
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验一、实验目的(1)熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
(2)掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图5-1所示。
图5-1 实验系统原理图四、实验内容(1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。
(2)测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。
(3)测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。
(4)测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d。
(5)测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M。
(6)测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M。
(7)测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f(U ct)。
(8)测定测速发电机特性U TG=f(n)。
五、预习要求学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。
六、实验方法为研究晶闸管－电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L以及系统的电磁时间常数T d与机电时间常数T M，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：(1)电枢回路总电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a、平波电抗器的直流电阻R L及整流装置的内阻R n，即R = R a十R L十R n (5-1) 由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。
课程设计——SPWM变频调速系统
SPWM变频调速系统摘要：变频调速是交流调速中的发展方向。
变频调速也有多种方法，本文对目前研究领域相当活跃的正弦波脉宽调制技术(SPWM)的变频调速作了一定的研究，并进行了实践。
异步电动机的调速原理是研究控制算法的基石，因文首先介绍了异步电动机的调速特性，从而展开介绍SPWM变频调速的理论基础.包括变频调速控制思想的由来，控制方法的可行性。
变频调速的控制算法也有许多，本文对目前大部分通用变频器所采用的控制算法——恒压频比控制，给出了完整的硬件电路设计和软件程序流程设计。
本文采用了Intel8OC196MC十六位单片机作为控制电路的CPU，采用该单片机的控制系统是本设计的硬件核心部分。
因此本文先简单的介绍此单片机与该设计相关的特性，继而介绍本系统的硬件设计和软件设计。
关键词:变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制:8OC196MC单片机。
一绪论 (3)1.1研究的现状 (3)1.1.1引言 (3)1.1.2变频调速发展的条件 (3)1.1.3变频器的发展方向................. 错误！未定义书签。
1.2论文研究的目的和意义 (3)1.3本文主要内容和结构安排................ 错误！未定义书签。
二恒压频比控制的SPWM变频系统的分析.. (4)2.1变频调速基本原理 (4)2.2变频调速控制方式分析 (4)2.3 SPWM逆变技术 (5)2.3.1静止式SPWM间接变压变频装置 (5)2.3.2 SPWM调制变频技术 (5)2.3.4双极性SPWM法 (7)2.4.SPWM控制信号的产生方法 (9)三变频调速系统的硬件实现113.1变频调系统的整体硬件电路设计 (11)3.2主电路的设计 (11)3.2.1主电路硬件结构 (12)3.2.2三相电压型逆变电路 (12)3.3控制路的设计 (14)3.3.1控制器的选择 (14)3.3.2存储器扩展电路................... 错误！未定义书签。
电力电子实验报告3
实验五单相正弦波脉宽调制SPWM电路实验一、实验目的(1)熟悉单相变频电路原理及电路组成。
(2)熟悉ICL8038的功能。
(3)掌握SPWM波产生的基理。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
(1)主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图5-1 主电路结构原理图如图5-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
实验时可由面板上的“负载选择”开关进行选择。
TLP521图5-2 驱动电路结构原理图(2)驱动电路:如图5-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。
其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,.过流时IGBT管CE结之间的饱和压降降到一定值，使8脚输出高电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现低电平，经过流保护电路（见图5-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
图5-3保护电路结构原理图(3)控制电路:控制电路如图5-4所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。
U m 经反相器后，生成两路相位相差180度的±PWM 波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波，作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。
实验五 三相异步电机变频调速系统实验
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。
(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、实验原理异步电机转速基本公式为：60(1)f n s p =- 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。
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4-1所示。
图5-1 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。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变
实验九 单相正弦波脉宽调制（SPWM ）逆变一．实验目的1．熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成2．熟悉ICL8038的功能。
3．掌握SPWM 波产生的基理。
4．分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
二．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”等模块 2DJK09单相调压与可调负载 该挂件包含“单相自耦调压器”等模块 3DJK14 单相交直交变频原理 4双踪示波器 5 万用表三．实验线路及原理采用SPWM 正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路，驱动电路和控制电路。
1．主电路部分如图3-20所示，交直流变换部分(AC/DC)为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）； 逆变部分(DC/AC)由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下，可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
1．驱动电路如图3-21（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。
其特点如下： ①采用快速型的光耦实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通讨检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流，过流时AC/DC （整流） DC/AC （逆变）图3-20 主电路结构原理图IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光耦TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路(见图3-22)，使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
3．控制电路控制电路如图3-23所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片8038产生正弦调制波U r ，另一片用以产生三角载波U c ，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m ，即SPWM 波。
实验 单相交直交变频电路(调速)
实验 单相交直交变频电路（调速）一．实验目的熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路驱动电机时的工作情况及其波形作全面分析，并研究正弦波的频率和幅值及三角波载波频率与电机机械特性的关系二．实验内容1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。
2．观察变频电路驱动电机时的输出波形。
3．观察电机工作情况。
三．实验设备和仪器1．电力电子及电气传动主控制屏2．NMCL-22组件 3．NMEL-03/4组件 4．双踪示波器（自备） 5．万用表（自备）四．实验方法1．SPWM 波形的观察按下左下方的开关S 5(1)观察"SPWM 波形发生"电路输出的正弦信号Ur 波形(2端与地端)，改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。
(2)观察三角形载波Uc 的波形(1端与地端)，测出其频率,并观察Uc 和Ur 的对应关系。
(3)观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM(3端与地端)。
2．逻辑延时时间的测试将"SPWM 波形发生"电路的3端与"DLD"的1端相连，用双踪示波器同时观察"DLD"的1和2端波形,并记录延时时间Td.。
3．同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试分别将“隔离驱动”的G 和主回路的G'相连，用双踪示波器分别同时测量G1、E1和 G2、E2， G3、E3和 G4、E2的死区时间。
G3E3G4VT3DC7VD3L6G15E1VD131+G2VT1UVW894E2图2-14电流取样2VD2VT2VD4VT44．不同负载时波形的观察按图2-14接线。
先断开主电源和开关S1。
将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，（1）当负载为电阻时（6、7端接一电阻），观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。
在正弦波Ur的频率可调范围内，改变Ur的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。
【VIP专享】正弦波SPWM型变频调速系统设计
次谐波，使负载电机可在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉
动小。
5．详细分析正弦波 SPWM 型变频调速系统设计过程。
指导教师签字：
系（教研室）主任签字：
2011 年 11 月 11 日
正弦波 SPWM 型变频调速系统设计
调速系统设计。正弦波脉宽调制技术 （SPWM）的变频调速应用相当广泛，本设计对此种变频调速方法进行了详 细讨论。本设计首先对变频调速技术的发展和优点展开了描述，确定了变 频调速技术的指导地位，接着通过 SPWM 变频调速技术的优点，确定了本次 设计的主体思路。然后，我们对交流电动机的变频调速原理进行了介绍， 并以此详细介绍了 SPWM 变频调速的理论基础。其次我们还介绍了调速系统 的总体设计思想以及详细设计思路，并给出了完整的硬件电路设计。在硬 件电路设计中，本文采用了 SA868 调制芯片产生 SPWM 信号，比传统的模拟 电路产生 SPWM 波具有电路简单、控制性能优良及高可靠性等特点。最后， 我们对于我们设计的主电路施加了保护电路，由此设计了我们的驱动和隔 离电路。
关键词：变频调速 SPWM SA868 芯片 驱动和隔离 M57962L 芯片
目录
1. 绪论...................................................................... 1 1.1 变频调速的发展 ....................................................... 1 1.2 变频调速的优点 ....................................................... 1 1.3 SPWM 变频调速的优点 .................................................. 1
华电电气电力电子技术实验报告(SPWM逆变电路实验)
实验报告（电力电子技术）实验名称SPWM逆变电路实验院系部:电气学院专业班级：电气150*学生姓名：哈哈哈学号:1150000000同组人:哈哈哈实验台号:03指导教师：谭伟璞成绩：实验日期:2017年10月31日实验地点：教五B 203华北电力大学一、实验目的1．掌握单相正弦波（SPWM）逆变电路的组成、工作原理、特点、波形分析与使用场合。
2．熟悉正弦波发生电路、PWM专用集成电路SG3525的工作原理与使用方法。
二、实验仪器1.MCL－III教学实验台主控制屏2.NMCL-22实验组件3.双踪示波器4.万用表三、实验内容和要求实验内容：1．SPWM波形发生器测试。
2．逻辑延时时间的测试。
3．带不同负载时，输出电压波形的测试。
实验方法：1．SPWM波形的观察（1）观察“SPWM波形发生器”的正弦信号Ur波形（2端对地），改变正弦波频率调节电位，测试并记录其频率可调范围。
记下使正弦信号频率变大的旋钮方向以及使正弦信号幅值变大的旋钮方向，以便后面做实验。
（2）观察三角波Uc的波形（1端对地），观察并记录其顶点U H、谷点U L，测试并记录其频率范围。
记下使载波频率变大的旋钮方向，以便后面做实验。
（3）观察经过三角波和正弦波比较后得到的SPWM波形（3端对地）。
2．逻辑延时时间的测试将SPWM波形发生电路的“3”端与DLD电路的“1”端相连，用双踪示波器同时观察DLD 电路的“1”、“3”端波形，并记录延时时间Td。
3．带电阻（灯箱）负载时输出电压的测试。
（1）将NMCL-22挂箱的U、V、W与电源的U、V、W相连接，并将“1”与“3”端相连。
SPWM波形发生电路的“3”端与DLD电路的“1”端相连。
（2）灯箱使用串联模式，只开一组灯泡，将电阻（灯箱）接入“6”、“7”端。
（3）请老师检查电路接线（4）合上主电路电源，观察并记录负载电压（6端→7端）的波形，记录其幅值。
注意：为便于观察输出的电压波形，需要把三角波频率调至最低，把正弦波频率调至最高。
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实验5 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。
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: 其中f 1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f 1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
在忽略定子阻抗压降的情况下，E 1≈U 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U 1，即保证常数f U φ1
1==。
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
)K ω4.441(f E φφ
K ω4.44f E 1
11111==。
为常数K ω4.441其中c C,f U φ11
1=⋅≈s)(1n s)(1p
60f n o 1-=-=
(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U R而得，用示波器测得U R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。