电力牵引交流传动及其控制系统课程实验报告

一、实验题目：

基于DSP的异步电机恒压频比控制的调速系统

二、实验内容：

1.熟悉交-直-交变频调速系统的整个实物模型；特别是中间直流环节到逆变器，

再到异步电机转动的具体过程。

2.在恒压频比控制下，分别观测空载时的定子磁链的波形、转速和转矩的关系

波形，负载时的启动转矩和到达平稳时的转矩波形、转矩和电流的关系波形等，并对结果进行分析。

三、实验系统组成及工作原理：

本实验系统利用TI公司的32位高性能DSP最新产品TMS320F2812作为控制核心芯片，要求学生自己编程控制电机。控制信号出DSP后经过74HCT240加强驱动能力，进入驱动箱分C、G、E三线进IGBT箱。主电路由三相电经调压器和整流变压器后进入整流器，然后进支撑电容、IGBT、电机。

在交流变频调速系统中，恒压频比控制是最常用的一种变频调速控制方法。该方法是通过使V/f恒定，从而使磁通保持不变，并通过控制转差频率来控制电机的转矩和转速。采用恒压频比的转速闭环控制，可得到平滑而稳定的调速，获得较高的调速范围。该方法由于实现简单、稳定可靠，调速方便，在一些对动态性能要求不太高的场合如对通风机、水泵等的控制，恒压频比控制是首选的控制方式。

通常在恒压频比控制中采用空间电压矢量脉宽调制技术SVPWM，它能用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆，不但能达到较高的控制性能，而且由于它把逆变器和电机看作一个整体处理，所得模型简单，便于数字化实现，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高等优点。

电机的速度由装在电机轴上的光电码盘检测并计算得到。光电码盘测得位置角信号转换成两路正交脉冲信号A和B，直接送入到DSP的QEP单元（正交编码脉冲单元）。经译码逻辑单元产生4倍频的脉冲信号CLK。GPT2中的T2CNT记

下在一个采样周期内码盘输出的脉冲数

。若光电编码器的位置分辨率为每转个脉冲，那么电机转子在一个采样周期内转过的 角位移为：242c c M e e N N N N πθπ∆== 则转速为：2c M M M e M

N T N T πθω∆==。

图1.基于DSP 的异步电机调速系统总体框图

四、实验设备和仪器：

1. TMS320F2812控制箱，提供6/12路PWM 信号输出。

2. 电源箱，提供+5V 、+15V 、-15V 直流电源输出。

3. 驱动箱，提供驱动和硬件保护。

4. 不控整流箱，可提供单相/三相整流。

5. 电容箱，作为支撑电容使用。

6. IGBT 箱，连接主电路，可方便地连接为两电平和三电平结构。

7. 快恢复二极管箱。

8. 功率电阻。

9. 三相异步变频电机-直流发电机机组，异步电机最高频率为200Hz 。

10. 白炽灯若干，作为直流发电机负载。

11. 双踪示波器。

12. DSP 仿真器，计算机。

五、实验波形分析：

1.定子磁链在XY坐标系下的轨迹是一个圆，如图2所示，相应地在YT坐标系

下的轨迹是正弦形，如图3所示。

图2.定子磁链

图3.YT坐标下定子磁链

2.空载时，转矩与转速的波形关系：当转速突然增加时，相应的转矩也立刻陡

增，在转矩波动一段时间后，当转速平稳后，转矩也回归到原来的水平，如

图4所示；在转速突然下降的那段时间内，原本在小范围内波动的转矩也陡然下降，如图5所示。

图4.转矩与转速的波形图

上面一条曲线是转矩，下面一条曲线是转速

图5. 转矩与转速的波形图

3.加负载时，转矩与转速波形的关系：当转速突然增加时，相应地转矩也发生

陡增，但与空载时有所不同，当转速平稳后，转矩与原来相比有所增加，如

图6所示，这是由于增加负载后输出功率变大，使转矩加大。当负载突然下降到0时，转速略有下降，而转矩则有明显上升，如图7所示，因为没了负载，电流增大，相应地转矩也增加。

图6. 转矩与转速的波形图

图7. 转矩与转速的波形图

六、实验总结

本次实验是电力牵引交流传动及其控制系统的重要环节，通过认真地做好本次实验的每一个细节工作，收集整理实验数据，并对结果进行认真地分析，加深了对基于DSP的异步电机恒压频比控制的调速系统各个环节的了解，对今后的电力电子与交流传动专业的学习和研究有着重要作用。