正弦脉宽调制变频调速系统

课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制（SPWM）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、实验目的和要求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、实验内容和原理1.实验内容（1）用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现调速运行（2）改变调制方式，观察变频器调制波形、不同负载时的电动机端部电压、线电流波形（3）改变V/f曲线，观察版聘妻在不同低频补偿条件下的低速运行情况（4）改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加减速过程2.实验原理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。

实验系统的组成如下图所示：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=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。

控制方式和运行显示控制图如下：SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图（3）V/f曲线有4条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，曲线如下图所示：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要的时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。

pwm调速系统工作原理
PWM调速系统是基于脉宽调制（Pulse Width Modulation）原
理进行的调速系统。

其工作原理如下：
1. 输入信号：首先，系统会接收来自控制器的输入信号，该信号代表了需要调整转速的目标值。

2. 参考信号生成：系统会将输入信号与某个参考信号进行比较，生成一个误差信号。

这个参考信号可以是一个固定频率的方波信号。

3. 比较器：误差信号会被送入一个比较器中，与一个可调的正弦波或三角波信号进行比较。

4. 脉冲调制：比较器的输出信号会传递给脉冲调制器，通过调整它的输入信号的占空比，可以得到一个与误差信号幅度成正比的脉冲宽度。

5. 脉冲产生：脉冲调制器会产生一串脉冲信号，其宽度与误差信号的幅度成比例。

脉冲信号的频率通常为固定值，而占空比会随误差信号变化。

6. 控制信号输出：脉冲信号会被传递到一个功率放大器，然后经过滤波器去除高频噪声。

最后，滤波后的信号会被转换为适合电机的控制信号，用于调整电机的转速。

通过以上工作原理，PWM调速系统可以实现精确的转速控制，
可以应用于各种需要调速的设备和系统，如电机驱动、照明控制等。

Power Electronics | 49为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制（Ｐｕｌｓｅ　ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ，　简称ＰＷＭ　）　控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。

应用最早而且作为ＰＷＭ控制基础的是正弦脉宽调制（ＳｉｎｕｓｏｉｄａｌＰｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，　简称ＳＰＷＭ）。

３．１　正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图３－１所示。

图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形（假设分出的波形数目ｎ＝１２），如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。

为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。

在通用变频器采用的交－直－交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅　上海大学　陈伯时值恒定。

从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代（见图３－２），只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）波形。

例如，把正弦半波分作ｎ等分（在图３－２中，ｎ＝９），把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成ＳＰＷＭ波形。

同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。

这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的ＳＰＷＭ波形称作单极式ＳＰＷＭ。

图３－３是ＳＰＷＭ变压变频器主电路的原理图，图中ＶＴ￣ＶＴ是逆变器的六个全控型功率开关器件，它们（接上期）交流电机变频调速讲座Lectures on Variable Frequency Speed Control of AC Machines第三讲 正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）控制Sinusoidal Pulse-width Modulation (SPWM) Control图３－１与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列图３－２ ＳＰＷＭ波形图３－３ ＳＰＷＭ变压变频器主电路原理图50 | Power Electronics各有一个续流二极管（ＶＤ￣ＶＤ）和它反并联接。

正弦脉宽调制的控制方法以正弦脉宽调制的控制方法为标题，写一篇文章。

正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）是一种常用的调制技术，用于控制电力电子器件的输出波形。

在电力电子领域中，SPWM被广泛应用于交流调速系统、逆变器、电力变换器等设备中。

本文将介绍SPWM的工作原理、控制方法及其应用。

SPWM的工作原理是通过调节脉冲宽度的方式来控制输出电压的幅值。

当输入信号为正弦波时，通过比较器将正弦波信号与一个三角波进行比较，根据比较结果来确定输出脉冲的宽度。

当正弦波信号的幅值大于三角波信号时，输出脉冲宽度增大；当正弦波信号的幅值小于三角波信号时，输出脉冲宽度减小。

通过这种方式，可以实现对输出电压的精确控制。

SPWM的控制方法主要包括三角波发生器、比较器和滤波器。

三角波发生器产生一个稳定的三角波信号，作为参考波形；比较器将输入的正弦波信号与三角波信号进行比较，产生脉冲宽度调制信号；滤波器用于去除脉冲信号中的高频成分，得到平滑的输出波形。

在SPWM的控制中，三角波的频率和幅值是两个关键参数。

频率的选择要根据被控制设备的要求来确定，一般选择合适的频率可以减小谐波干扰。

而幅值的选择则取决于输出电压的需求，通过调节幅值可以实现输出电压的精确控制。

SPWM技术在电力电子领域具有广泛的应用。

在交流调速系统中，SPWM可以实现对电机的精确控制，提高系统的效率和稳定性。

在逆变器中，SPWM可以将直流电转换为交流电，用于驱动电机等设备。

在电力变换器中，SPWM可以将电能从一种形式转换为另一种形式，实现能量的传递和分配。

总结一下，正弦脉宽调制是一种常用的控制方法，通过调节脉冲宽度来控制输出电压的幅值。

SPWM的控制方法包括三角波发生器、比较器和滤波器。

它在交流调速系统、逆变器和电力变换器等设备中有着广泛的应用。

通过合理选择三角波的频率和幅值，可以实现对输出电压的精确控制，提高系统的效率和稳定性。

引言随着电力电子技术的飞速发展，正弦脉宽调制（SPWM）变频器也得到了大力的发展，在各个领域内得到了广泛的应用。

SPWM 变频器主要应用于中小容量，高性能的交流调速系统中，这种新型的变频器具有如下的优点：(1) 输出电压的幅值和频率均在逆变器内控制和调节，可以方便的实现压频比恒定控制或低频时幅值电压的补偿等功能，系统的动态性能较好;(2) 功率变化只在逆变器内完成，逆变器可由二极管整流供电，电网的功率因数较高；(3)由SPWM逆变器供电的异步电机的电流波形接近正弦波，谐波分量较少，矩阵脉动小，改善了电动机的运行性能。

鉴于正弦脉宽（SPWM）变频器的上述优点，以及在实际电气传动系统中，不同设备对电源的不同需求。

本文采用了新型功率器件IGBT和8031AH单片机控制系统，设计了一种新型的单相桥式SPWM变频电源。

该变频电源采用恒压频比控制，即U/F为常数，能使主频率在0 ～ 100Hz内可调，且将软件设计和硬件设计结合起来，减少了硬件电路的不必要的成本，又使软件编程不至于繁锁。

本设计由我和张建忠同学合作完成，我主要作硬件原理设计参数计算与软件编程、调试等工作，具体内容在本论文中有详述。

而有关硬件绘图、电路仿真及电路介绍等内容可参阅张建忠同学的毕业论文。

由于设计者的能力有限，在设计过程中得到了常宝林老师的悉心教导和大力协助，才将本设计顺利的完成。

在此，向指导老师并支持过我们的各位老师表示衷心的感谢。

目录第一章脉宽调制（PWM）逆变器一、脉宽调制技术（PWM）及其分类……………………..二、正弦脉宽调制技术………………………………………三、同步调制和异步调制……………………………………四、SPWM波形的软件生成………………………………第二章单相桥式正弦脉宽调制（SPWM）变频电源硬件设计……一、设计方案及总体框图…………………………………..二、电路原理与参数计算…………………………………..§1.主电路……………………………………………………§2.驱动电路…………………………………………………§3. 吸收电路…………………………………………………..§4.保护电路………………………………………………….§5. 控制及接口电路………………………………………….第三章软件设计……………………………………………….一．对称规则采样法………………………………………….二．地址分配………………………………………………….三．程序设计…………………………………………………..四．程序调试与仿真…………………………………………五．程序清单……………………………………………………结束语……………………………………………………………….参考文献……………………………………………………………外文翻译……………………………………………………………第一章脉宽调制逆变器一、脉宽调制（PWM）技术及其分类在电气传动系统中，广泛的应用的PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的的一种控制技术。

三相正弦波脉宽调制变频原理实验
三相正弦波脉宽调制变频是一种常见的变频技术，它的基本原理是通过调整三相正弦波的脉宽来控制交流电机的转速。

下面是该实验的步骤：
1. 准备实验设备。

需要一台交流电机、一台三相变频器、一台三相波形发生器、一台示波器、两个三相电容和一些导线等。

2. 将三相波形发生器连接到三相变频器的输入端，将三相变频器的输出端连接到交流电机，并根据需要设置变频器的参数（频率、电压等）。

3. 使用示波器观察三相正弦波的波形，并将它们与标准波形进行比较，以确保它们的频率和幅值是准确的。

4. 调节三相正弦波的脉宽，通过改变脉宽来控制电机的转速。

可以通过改变脉宽来调节电机的转速，在此过程中需要注意，脉宽过小容易导致电机不能正常工作，而脉宽过大则会导致电机损坏。

5. 使用示波器观察电机的输出波形，并与标准波形进行比较，以验证该技术的有效性。

综上所述，三相正弦波脉宽调制变频是一种非常常见和有效的变频技术，它可以通过调整三相正弦波的脉宽来控制电机的转速，为工业生产和家庭生活带来
了很多便利。

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）。

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。

但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。

因此人们又研究出矢量控制变频调速。

艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。

如需进一步了解相关变频器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。