SPWM控制的变频调速
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基于SPWM控制的交流电动机变频调速技术
角波 ｕ＝ 与正弦波 ｕ正 ， 角 弦 并送人 电压 比较器 ， 出即为 输
Ｓ ＷＭ 调 制波 。 Ｐ
采 用 模 拟 电路 的优 点 是 完 成 三 角 波 与 正 弦 波 的 比 电路 所 用 的硬 件 较 多 ， 改变 参 数 和调 试 比较 困难 。 除 了
流电压， 再送 人 由大功 率 晶体 管 构成 的逆 变器 主 电路 ， 输 较 并 确 定 脉 冲宽 度 的 时 间很 短 ， 乎 瞬 间完 成 。缺 点 是 几
（Ｐ ｓ ｗＭ波 ）去驱动交流伺服电动机运转。 ，
（ ） 弦波 与等 效 的 Ｓ ＷＭ波 １正 Ｐ
Ｓ Ｗ Ｍ 波 由 Ｐ
采 用这种方法外还可 以通过专用 的集成 电路芯 片或者 已知正弦波的幅值 、频 率和相位 ，由计 算机计算产 生
Ｓ ＷＭ 波 。 Ｐ
３ Ｐ Ｍ 变 频调 速 系统 Ｓ Ｗ
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圜 数 技 控术
下面 将介 绍 正弦 波脉 宽调 制 变频 器 。
２ 正 弦波脉 宽 调制 （ Ｐ Ｍ ） Ｓｗ 变频 器
机 在 变 频 的 同 时 ， 相 应 改 变 电 压 ， 而 达 到 变 频 与变 也 从 压 的 同步 进 行 。 图 ２ ｂ 中 由模 拟 电 路 分 别 产 生 等 腰 三 （）
Ｓ ＷＭ变频器 ， Ｐ 即正弦波 Ｐ ＷＭ变频 器 ， 于交一 一 属 直 交 静 止变 频 装置 。 它先 将 ５ Ｈ 的工 频 电源经 整流 变 压 器变 ０ｚ 到所需 的电压 后 ， 经二 极 管整 流 和 电容 滤 波 ， 成 恒定 直 形 出三相 频 率 和 电压均 可 调 的等 效 于正 弦 波 的脉 宽调 制 波
作者 简介 ： 逢启寿 （９ ３ ， 副教授 ， １６ 一） 男， 主要从事 Ｃ Ｃ数控研 究。 Ｎ
调速实验1-4
六、实验报告
１、简述实验中观察到的现象，对实验中出现的问题加以分析、解释。
２、画出U/F曲线。
３、画出异步电动机的机械特性n=f（Ｔe）曲线。
４、思考题：如何改变电动机的加速度、减速度？
５、写出实验小结。
实验四速度闭环三相异步电机调压调速系统实验
一．实验目的
3)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。
4)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
实验二、双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验
一、实验目的
1、了解双闭环不可逆直流调速系统的原理及组成。
2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。
⑴、通过触摸面板上LO/RE切换键进行切换。
⑵、通过对输入端子参数（n36～n39）的设定来切换。
1、 触摸面板的操作方法
触摸面板操作有两种功能：一种是用面板上的RUN键和STOP/RESET键来控制电机的起动、停止。另一种是用于参数设定。
1） 指示灯显示说明
正常时:接通电源后，RUN灯闪亮、ALARM灯灭。指示灯FREF、FOUT、IOUT、MNTR、F/R、LO/RE、PRGM中有灯亮，指示窗口有数据显示。
U09：显示过去最后一次发生过的异常内容。
U10：制造商管理用。
F/R：灯亮时，可用 或 键，选择电动机的运转方向（正/
反转）。 FOR：正转 rev：反转
LO/RE：灯亮时，可用 或 键，选择本地/远程模式。
rE：远程 LO：本地
PRGM：。灯亮时，可用 或 键，选择要设定的参数，再用
键显示该参数的内容，用 或 键修改该
１、简述实验中观察到的现象，对实验中出现的问题加以分析、解释。
２、画出U/F曲线。
３、画出异步电动机的机械特性n=f（Ｔe）曲线。
４、思考题：如何改变电动机的加速度、减速度？
５、写出实验小结。
实验四速度闭环三相异步电机调压调速系统实验
一．实验目的
3)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。
4)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
实验二、双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验
一、实验目的
1、了解双闭环不可逆直流调速系统的原理及组成。
2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。
⑴、通过触摸面板上LO/RE切换键进行切换。
⑵、通过对输入端子参数（n36～n39）的设定来切换。
1、 触摸面板的操作方法
触摸面板操作有两种功能：一种是用面板上的RUN键和STOP/RESET键来控制电机的起动、停止。另一种是用于参数设定。
1） 指示灯显示说明
正常时:接通电源后，RUN灯闪亮、ALARM灯灭。指示灯FREF、FOUT、IOUT、MNTR、F/R、LO/RE、PRGM中有灯亮，指示窗口有数据显示。
U09：显示过去最后一次发生过的异常内容。
U10：制造商管理用。
F/R：灯亮时，可用 或 键，选择电动机的运转方向（正/
反转）。 FOR：正转 rev：反转
LO/RE：灯亮时，可用 或 键，选择本地/远程模式。
rE：远程 LO：本地
PRGM：。灯亮时，可用 或 键，选择要设定的参数，再用
键显示该参数的内容，用 或 键修改该
变频调速的控制方式
５）矩阵式交—交方式 ＶＶＶＦ变频、矢量控制 变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频控制 方式中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐 波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量 又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此， 矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变 频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格 贵的电解电容。它能实现功率因数为１，输入电流为 正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术 目前尚未成熟，仍吸引着众多的学者深入研究。其 实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是靠把转 矩直接作为被控量来实现的。具体方法如下：
４）直接转矩控制（ＤＴＣ控制） 直接转矩控制是 把电动机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通 过跟踪型 ＰＷＭ 逆变器的开关状态直接控制转矩。因 此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复
杂计算，控制结构简单。该技术在很大程度上弥补 了矢量控制的不足，并以新颖的控制思想，简洁明 了的系统结构，优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功 率交流传动上。
直接转矩控制它以测量电动机电流和直流电压 作为自适应电动机模型的输入。该模型每隔２５ μｓ 产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和 磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的 给定值进行比较获得最佳开关位置。由此可以看出 它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路 的开关状态，进而调整电动机的转矩和磁通，以达 到精确控制的目的。
７）其他非智能控制方式 在实际应用中，还有 一些非智能控制方式在变频电源的控制中得以实现， 例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环 流控制、频率控制等。
２．智能控制方式 １）神经网络控制 神经网络控制方式应用在变 频电源的控制中，一般是用于比较复杂的系统控制， 这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要 完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网 络控制方式可以同时控制多个变频电源，因此神经 网络在多个变频电源级联时进行控制比较适合。但 是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具 体应用中带来不少实际困难。
４）直接转矩控制（ＤＴＣ控制） 直接转矩控制是 把电动机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通 过跟踪型 ＰＷＭ 逆变器的开关状态直接控制转矩。因 此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复
杂计算，控制结构简单。该技术在很大程度上弥补 了矢量控制的不足，并以新颖的控制思想，简洁明 了的系统结构，优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功 率交流传动上。
直接转矩控制它以测量电动机电流和直流电压 作为自适应电动机模型的输入。该模型每隔２５ μｓ 产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和 磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的 给定值进行比较获得最佳开关位置。由此可以看出 它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路 的开关状态，进而调整电动机的转矩和磁通，以达 到精确控制的目的。
７）其他非智能控制方式 在实际应用中，还有 一些非智能控制方式在变频电源的控制中得以实现， 例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环 流控制、频率控制等。
２．智能控制方式 １）神经网络控制 神经网络控制方式应用在变 频电源的控制中，一般是用于比较复杂的系统控制， 这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要 完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网 络控制方式可以同时控制多个变频电源，因此神经 网络在多个变频电源级联时进行控制比较适合。但 是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具 体应用中带来不少实际困难。
PWM型变频器的基本控制方式
PWM型变频器的基本控制方式通用的PWM型变频器是一种交—直—交变频，通过整流器将工频交流电整流成直流电，经过中间环节再由逆变器将直流电逆变成频率可调的交流电，供给交流负载。
异步电动机调速时，供电电源不但频率可变，而且电压大小也必须能随频率变化，即保持压频比基本恒定。
PWM型变频器一般采用电压型逆变器。
根据供给逆变器的直流电压是可变的还是恒定的，变频器可分成两种基本控制方式。
(1)变幅PWM型变频器这是一种对变频器输出电压和频率分别进行调节的控制方式，其基本电路如图3-3所示。
中间环节是滤波电容器。
图2-3 变幅PWM型变频器晶闸管整流器用来调压，与一般晶闸管调压系统一样，采用相位控制，通过改变触发脉冲的延迟角α来获得与逆变器输出频率相对应的不同大小的直流电压。
逆变器只作输出频率控制，它一般是由6个开关器件组成，按脉冲调制方式进行控制。
图3-4所示是另一种直流电压可调的PWM变频电路。
它采用二极管不可控整流桥，把三相交流电变换为恒定的直流电。
分立斩波器电路，来改变输出直流电压的大小，通过逆变器输出三相交流电。
图2-4 利用斩波器的变频电路图以上两种调压式变频电路，都需要两极可控功率级，相比较，采用晶闸管整流桥可以获得更大功率的直流电，由于可控整流桥采用相位控制，输入功率因数将随输出直流电压的减小而降低；而斩波式调压，输入功率变流级采用的是二级管整流桥，所以输入端有很高的功率因数，代价是多了一个斩波器。
另外，就动态响应的快速性来说后者比前者好。
(2)恒幅PWM型变频器恒幅脉宽调制PWM式变频电路如图3.3所示，它由二极管整流桥，滤波电容和逆变器组成。
逆变器的输入为恒定不变的直流电压，通过调节逆变器的脉冲宽度和输出交流电压的频率，既实现调压又实现调频，变频变压都是由逆变器承担。
此系统是目前使用较普遍的一种变频系统，其主电路简单，只要配上简单的控制电路即可。
它具有下列主要优点：1）简化了主电路和控制电路的结构。
基于dsPIC的SPWM变频调速控制系统
基于dsPIC的SPWM变频调速控制系统摘要:本文采用微芯公司的dsPIC30F4011单片机作为控制核心,针对逆变器结构,采用查表法产生三相SPWM波形,在MPLAB IDE v8.2集成环境下通过编译,烧录到单片机中调试运行。
最终实现三相异步电动机连续变压变频调速的功能。
关键词:正弦脉冲宽度调制(SPWM) 查表法三相桥式逆变电路Abstract:The design uses the dedicated motor driver chip Microchip´s dsPIC30F4011 microcontroller as the control center,using lookup-table method produces three-phase SPWM waveform. The program is compiled by the MPLAB IDE v8.2 integrated environment and be burnt to SCM to debug and run,and finally achieve the function of controlling the induction motor in a variable voltage and frequency way.Key words:SPWM;lookup-table;three-phase inverter bridge circuit三相异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、功率大,应用于生产和生活各方面。
电机运行时,由于转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系,其调速性能较差,需借助调速系统提高其性能。
在变频调速系统中,SPWM(正弦脉冲宽度调制)技术得到了广泛应用。
SPWM控制基本思想是用一系列等幅不等宽的矩形脉冲来逼近理想正弦波,即利用一系列连续的三角波和正弦波相交,通过控制逆变器功率开关器件导通或关断,在逆变器输出端获得一系列宽度和正弦波幅值成正比的的矩形脉冲波形[1]。
SPWM变频调速的基本原理与方法
SPWM变频调速的基本原理与方法1 SPWM 逆变器的工作原理SPWM变频系统的主电路如图1-1，它工作原理是：由单片机产生的三相SPWM控制脉冲，经驱动放大电路放大后，控制主开关VT1～VT6的通断，将整流滤波后的单相直流电压逆变为三相交流电压拖动异步电动机，改变调制信号的周期与幅值，也就改变了主开关的输出脉冲周期与占空比，从而实现电机的VVVF 控制。
1）SPWM 的控制方式SPWM有两种控制方式，可以是单极式，也可以双极式。
两种控制方式调制方法相同，输出基本电压的大小和频率也都是通过改变正弦参考信号的幅值和频率而改变的，只是功率开关器件通断的情况不一样。
采用单极式控制时在正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断，双极式控制时逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。
2）逆变器输出电压与脉宽的关系在变频调速系统中，负载电机接受逆变器的输出电压而运转。
对电机来说有用的只有基波电压，通过对SPWM 输出波形的傅立叶分析可知，输出基波电压的幅值与各项脉宽有正比的关系，说明调节参考信号的幅值从而改变各个脉冲的宽度时，就实现了对逆变器输出电压基波幅值的平滑调节。
3）脉宽调制的制约条件将脉宽调制技术应用于交流调速系统要受到逆变器功率器件开关频率和调制度的制约。
逆变器各功率开关器件的开关损耗限制了脉宽调制逆变器的每秒脉冲数（即逆变器每个开关器件的每秒动作次数）。
同时，为保证主电路开关器件的安全工作，必须使所调制的脉冲波有个最小脉宽与最小间隙的限制，以保证脉冲宽度大于开关器件的导通时间与关断时间。
2 SPWM 逆变器的调制定义载波的频率fc与调制波频率fr之比为载波比N，即N= fc / fr 。
视载波比的变化与否有同步调制与异步调制之分。
三角调制波与正弦控制波的交点所确定的一组开关角决定了逆变器输出波形的频谱分布。
载波比N对逆变器输出波形的频谱分布有很大的影响。
逆变器输出的谐波分量主要集中在频率调制比N及其倍频2N、3N...的周围，在中心频率附近的谐波振幅极大值随其中心频率增大而减小，其中以N处的谐波振幅为最大，根据分析，谐波的频率可以表示为在此，基频对应于h=1。
SPWM变频调速系统设计
5．详细分析正弦波SPWM型变频调速系统设计过程。
四、设计要求
1.根据题目要求，分析谁并确定主电路的结构形式和调整系统的组成；
2.调整系统主电路元部件的确定及其参数计算器；
3驱动控制电路的造型设计；
4.绘制电气原理总图
指 导 教师：
教研室主任：
时 间:
摘 要
变频调速是交流调速中的发展方向，有多种方法可以实现变频调速，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。本设计首先对变频调速的对象——交流电动机的变频调速原理进行了介绍，并展开介绍SPWM变频调速的理论基础。其次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，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。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。
4.
4.1
本系统主要由主电路、SPWM信号产生芯片外围电路、隔离电路组成。其结构框图如图：
其中，主电路由整流滤波电路和功率变换器组成，系统通过调制芯片产生控制波控制逆变器的开关器件的通断，从而产生SPWM波调节电机转速。
4.2
4.2.1
电路图如下：
关键词：变频调速 SPWM SA868调制芯片
1.
1.1
二十世纪末以来,电力电子技术及大规模集成电路有了飞速的发展，在此技术背景下SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。
众所周之早期的交-直-交变压变频器说输出的交流波形都是矩形波或六拍阶梯波，这是因为当时逆变器只能采用半控式的晶闸管，会有较大的低次谐波，使电动机输出转矩存在脉动分量，影响其稳态工作性能。为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发应用PWM技术的逆变器，由于它的优良技术性能，当今国内外生产的变压变频器都已采用这种技术。
四、设计要求
1.根据题目要求，分析谁并确定主电路的结构形式和调整系统的组成；
2.调整系统主电路元部件的确定及其参数计算器；
3驱动控制电路的造型设计；
4.绘制电气原理总图
指 导 教师：
教研室主任：
时 间:
摘 要
变频调速是交流调速中的发展方向，有多种方法可以实现变频调速，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。本设计首先对变频调速的对象——交流电动机的变频调速原理进行了介绍，并展开介绍SPWM变频调速的理论基础。其次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，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。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。
4.
4.1
本系统主要由主电路、SPWM信号产生芯片外围电路、隔离电路组成。其结构框图如图：
其中，主电路由整流滤波电路和功率变换器组成，系统通过调制芯片产生控制波控制逆变器的开关器件的通断，从而产生SPWM波调节电机转速。
4.2
4.2.1
电路图如下：
关键词：变频调速 SPWM SA868调制芯片
1.
1.1
二十世纪末以来,电力电子技术及大规模集成电路有了飞速的发展，在此技术背景下SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著、性价比高等突出优点而得到广泛应用。
众所周之早期的交-直-交变压变频器说输出的交流波形都是矩形波或六拍阶梯波，这是因为当时逆变器只能采用半控式的晶闸管，会有较大的低次谐波，使电动机输出转矩存在脉动分量，影响其稳态工作性能。为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发应用PWM技术的逆变器，由于它的优良技术性能，当今国内外生产的变压变频器都已采用这种技术。
毕设论文--异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析
异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析摘要在分析SPWM原理的基础上，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了SPWM调速系统的仿真模型并说明了规则采样法的可行性。
该模型主要利用S-函数模拟自然采样法和规则采样法的控制规则并应用电力系统工具箱构建逆变桥和电机，能够比较好的模拟真实的系统并实现变频调速的功能。
通过对仿真结果的分析，对比自然采样法和规则采样法控制性能的差异，得出了规则采样法在工程实际中应用的可行性。
关键词：SPWM，异步电机，MATLAB，仿真，规则采样法，自然采样法The Simulation and Analysis of the Fundmental Principle of Asynchronous Motor SPWM Speed AdjustingABSTRACTBase on analizing SPWM principle, the SPWM velocity modulation system's simulation model has been constructed by using the MATLAB/SIMULINK software.After analizing the results of simulation,the feasibility of the regular sample law is given out. This model mainly uses the S- function analogue natural sampling law and the regular sampling method control rule and construct inverter and machine ,this model can simulate the real system and realize the frequency conversion velocity modulation function. The simulation results is given out in this paper, though analizing the simulation results and constrasting the difference of the control performance of natural sampling law and regular sampling,the application feasibility of the regular sampling law in the project has been obtained.KEYWORDS: SPWM ,aynchronous motor,MATLAB,simulation, regular sampling law, ntural sampling law目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1交流调速系统的发展 (1)1.2交流调速系统的基本类型 (2)1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型 (2)1.2.2 同步电动机调速的基本类型 (4)2 Siulink 仿真基础 (5)2.1 Simulink简介 (5)2.1.1 Simulink 启动 (5)2.1.2 Simulink 组成 (5)2.1.3 仿真过程 (6)2.2 Simulink 模块库简介 (6)2.3电力系统工具箱简介 (6)2.4 S-函数简介 (6)2.4.1 S-函数的基本概念 (6)2.4.2 S-函数的使用 (7)2.4.3 与S-函数相关的一些术语 (7)2.4.4 S-函数的工作原理 (8)2.4.5 编写M文件S-函数 (9)3 异步电动机变压变频调速系统 (11)3.1概述 (11)3.2变压变频调速的基本控制方式 (11)3.2.1 基频以下调速 (11)3.2.2 基频以上调速 (12)3.3异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 (12)4 PWM控制技术 (15)4.1 正弦脉宽调制原理及其优点 (15)4.1.1 SPWM原理 (15)4.1.2 SPWM的优点 (18)4.1.3关于SPWM的开关频率 (19)4.2 同步调制和异步调制 (19)4.2.1 异步调制 (19)4.2.2 同步调制 (19)4.2.3 分段同步调制 (20)4.3 SPWM波形的生成 (20)4.3.1 自然采样法 (20)4.3.2 规则采样法 (21)5 异步电动机SPWM变频调速仿真系统的设计 (23)5.1自然采样法系统的设计 (23)5.1.1 三角波的生成 (23)5.1.2 自然采样法SPWM 脉冲的生成 (25)5.1.3 直流电源 (25)5.1.4 逆变器的设计 (25)5.1.5 系统总框图的设计 (26)5.2 规则采样法系统的设计 (26)5.2.1 规则采样法脉冲的生成 (26)5.2.2 规则采样法系统总框图的设计 (28)5.3仿真分析 (28)5.3.1 额定转速（50HZ）的波形 (29)5.3.2 性能对比分析 (30)致谢 (36)参考文献 (37)1 绪论1.1 交流调速系统的发展[1]直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
SPWM控制的交直交变频调速系统
目录一、电路原理图及波形图二、系统的工作原理三、观察现象并分析四、心得体会五、参考文献一、 电路原理图主电路ACD1D2D3D4CUG1UG4UG3UG6UG2UG53M 交流电机+0V+Ud单相桥式整流滤波三项逆变器三项鼠笼电机控制电路SPWM 正弦脉宽调制控制电路功放电路调制电路幅值 控制操 作 指 令电 压 矢 量发 生 器V/f 函数电路三角波发生器234678G1G4G3G6G5G2波形图用示波器测三角发生器处的波形XYU/V440--2.850μs 80μswt由此图，可看出三角波并不是规则的波形，周期是80μs ，而上下的幅值却是不一样的。
用示波器测2、3、4处的波形如下：501001502005010015020010ms20ms30ms40ms1830--------183--XYU可以看出，2,3，4处的波形是幅值电压183V ，周期20ms ，相差120度正弦波形。
用示波器测6,7,8处的波形如下：60120U/V YX40Hz20HzWt可以看出，6,7,8处得波形是幅值为120V ，周期40Hz ，等幅不等宽的脉冲波形。
二系统的工作原理1.主电路的工作原理由主电路原理图可知，交直交变频调速系统一般分为整流电路，滤波电路,控制电路，逆变电路。
整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
整流电路一般都是单独的一块整流模块。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路图.滤波电路滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。
SPWM控制的变频调速
《交流调速》课程设计-—SPWM变频调速系统姓名学号：1204010323专业：电气工程班级：电气五班SPWM变频调速系统摘要：变频调速是交流调速中的发展方向。
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，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HEF4752波形控制电路产生SPWM信号具有电路简单、控制性能优良及高可靠性等特点。
关键词:变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制:HEF4752控制电路。
目录一概述------------------------------------------------------------- 41.1 SPWM变频调速系统概述---------------------------------------- 41.2变频调速的优点----------------------------------------------- 41.3 SPWM变频调速的优点------------------------------------------ 4二 SPWM变频调速系统基本原理---------------------------------------- 52.1交流电动机变频调速原理--------------------------------------- 52.2 SPWM变频调速系统基本原理------------------------------------ 52.2.1单极性SPWM法------------------------------------------ 62.2.2双极性SPWM法------------------------------------------ 72.3 系统设计总方案的确定---------------------------------------- 9 三主电路设计------------------------------------------------------ 103.1主电路功能说明---------------------------------------------- 103.2 主电路设计------------------------------------------------- 103.3 主电路电路图----------------------------------------------- 11 四控制电路设计---------------------------------------------------- 124.1 控制电路设计总思路----------------------------------------- 124.2 SPWM波形产生电路------------------------------------------- 124.2.1 HEF4752芯片介绍-------------------------------------- 124.2.2 SPWM波形产生电路设计--------------------------------- 134.3 电压电流检测电路------------------------------------------- 144.4调节器设计-------------------------------------------------- 144.5 速度检测电路----------------------------------------------- 144.6保护电路设计------------------------------------------------ 154.6.1 过电流保护-------------------------------------------- 154.6.2 IGBT开关过程中的过电压保护--------------------------- 154.6.3 启动限流保护------------------------------------------ 16五 SPWM变频调速系统总设计图--------------------------------------- 16一概述1.1 SPWM变频调速系统概述PWM控制技术有许多种，并且还在不断发展中。
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图 2-2 单极性 SPWM 调制图
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图 2-3 单极性调制的工作特点图
2.2.2 双极性 SPWM 法
上述的单极性SPWM 逆变器主电路每相只有一个开关器件反复通断。如果让
同一桥臂上、下两个开关器件交替地导通与关断，则输出脉冲在“正”和“负”
之间变化，就得到了双极性的SPWM波形。
SPWM调制技术是PWM多脉冲可变脉宽调制技术的一种，即所谓的正弦波脉宽 调制.其输出波形是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效的 原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等份，然后把每一等份
1
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份的中点相重合，这样，由n个 等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的半周等效。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。如图2-1所示。
当前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和 SPWM 控制技术是变频电源中 比较常用的两种控制方法。滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且 控制复杂，难以实现；SPWM 控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实 现控制。当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质 量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。
《交流调速》课程设计
-—SPWM 变频调速系统
姓名 学 号：1204010323 专 业：电 气 工 程 班 级：电 气 五 班
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SPWM 变频调速系统
摘要：变频调速是交流调速中的发展方向。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，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 HEF4752 波形控制电路产生 SPWM 信号具有电路简单、控制性能优良及高可靠性等特点。
=
2Um
sin
2n
sin
i
当n的数值较大时，近似的认为sin
/(2n)=
/(2n) i
相比于其它各种变频变压调制方式，这样的脉冲系列可获得比常规六拍阶梯
波更接近于正弦波的输出电压波形，可以使负载电流中的高次谐波成分大为减
小，因而转矩脉动小。由于电网的功率因数接近于1，大大提高了系统的整体性
2.3 系统设计总方案的确定
在三相交流电源供电的情况下，共需经过八个主要模块完成整个调速过程。 首先是三相整流变压器降压，然后经二极管桥式整流，再者由电容滤波器滤波获 得直流电源，最后经 IGBT 逆变电路逆变，得到可调交流电源。IGBT 为场控输入 器件，输入功率小。确定主电路模块之后，本课程设计将采用 HEF4752 芯片构成 SPWM 波形生成电路，实现 PWM 波的调制。并采用电流转速双闭环调制系统，同
双极性SPWM法的调制波u-仍为正弦波，其周期决定于今，振幅决定于气，(如
图2-4A)中的曲线1.曲线2载波uc为双极性的等腰三角形，其周期决定于载波频
率，振幅不变，等于k=1时正弦调制波振幅值。
调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是
3
双极性的，(如图2-4B)所示。但是，由相电压合成为线电压时，所得到的线电压 脉冲系列却是单极性的，(如图2-4C) 所示。
其中： p -极对数 f -供电频率
n -同步速
由上式可知，当频率 f 连续可调时，电动机的同步速 n 也连续可调。又
因为异步电动机的转子转速 n1 总是比同步转速 n 略低，所以，当 n 连续可调
时， n1 也连续可调。可见，改变电源的供电频率可以改变电机的转速。
2.2 SPWM 变频调速系统基本原理
能。一般的，SPWM分单极性和双极性两种调制方式。
u0
Um sin wt
2 w1 t
T 图 2-1 SPWM 的输出波形 2.2.1 单极性 SPWM 法 单极性SPWM法输出的每半个周期中，被调制成的脉冲电压只有一种极性，正 半周为十U和零，负半周为一U和零，其调制波形如图2-2所示。曲线1是正弦调制 波um，其周期决定于所需要的调制比kf。曲线2是采用等腰三角波的载波uc，其
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周期决定于载波频率，振幅不变，等于 ku 1时正弦调制波的振幅值.每半周期内 所有三角波的极性均相同，都是单极性。
调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲间的间隔宽度，所 得的脉冲系列(如图2-2)中的uc所示.由图知，每半周期内的脉冲系列也是单极性 的。
单极性调制的工作特点是:每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件 中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断的工作，另一个完全截至;而在另 半个周期内，两个器件的工况正好相反。流经负载的便是正、负交替的交变电流 （如图2-3)所示。
设由整流器提供的直流恒值电压为Us，并设电机绕组中点与直流电压中点相
连，则SPWM脉冲序列波的幅值为Us / 2 。令第i个矩形脉冲的宽度为i ，其中心点
相位角为i ，则根据面积相等的等效原则，可写成：
i
Us 2
= Um
s 1
2n
1
2n
in
1td1t
Um
cos(i
2n
)
cos
k (i
2n
)
三 主电路设计------------------------------------------------------- 6 3.1 主电路功能说明----------------------------------------------- 6 3.2 主电路设计 -------------------------------------------------- 7 3.3 主电路电路图 ------------------------------------------------ 8
1.2 变频调速的优点
（1）系统稳定且平滑性好，调速范围广； （2）变频器容量不断扩大，结构小型化，逐渐多功能化和高效性化； （3）在故障率方面，由于直流电动机本身的弱点，变频调速系统具有较大 的优势； （4）在工作特性方面，静态特性和动态特性都能做到和直流调速系统不相 上下的程度。
1.3 SPWM 变频调速的优点
五 SPWM 变频调速系统总设计图 --------------------------------------- 13
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一 概述
1.1 SPWM 变频调速系统概述
PWM控制技术有许多种，并且还在不断发展中。但从控制思想上分，可把它 们分成四类，即等脉宽PWM法、正弦波PWM法（SPWM）、磁链跟踪PWM法（SVPWM） 和 电 流 跟 踪 PWM 法 等。 本 设 计 主要 介 绍 正弦 波 SPWM 的 变频 调 速控 制 系 统 。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到 的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性 的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正 弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通 断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等, 通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。
基于集成 SPWM 电路构成的变频调速系统具有以下优点： （1）结构简单。 （2）运行可靠。 （2）节能效果显着。 （3）性价比高。
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二 SPWM 变频调速系统基本原理
2.1 交流电动机变频调速原理
对于笼型异步电动机来说，要调节转速，可以通过改变同步转速来实现。 而同步速与频率有如下关系：
n 60 f / p
关键词:变频器;恒压频比控制;正弦波脉宽调制:HEF4752 控制电路。
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目录
一 概述------------------------------------------------------------- 0 1.1 SPWM 变频调速系统概述---------------------------------------- 0 1.2 变频调速的优点----------------------------------------------- 0 1.3 SPWM 变频调速的优点------------------------------------------ 0
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时确定保护电路模块，检测电路模块，驱动电路模块等。系统总流程图（如图 2-5）所示。
整流电路
平波回路
逆变电路
M
隔离保护
检测电路
保
护
电
电流转速双闭
双极性调制的工作特点是:逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是 按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息。而流过负载凡的是按线 电压规律变化的交变电流，(如图2-4 D)所示。
A) uc 1
uA
2
uB
wt
B) uA
wt
C)
u AB
wt 4
D) wt
V1
ZL
ZL
V2
图2—4 双极性SPWM调制图
PWM 脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调 制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。相当于基波分量的信号波（调制波）并不 一定指正弦波，在 PWM 优化模式控制中可以是预畸变的信号波，正弦信号波是一 种最通常的调制信号，但决不是最优信号。根据面积等效原理，PWM 波形和正弦 波是等效的，而这种的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形，也称为 SPWM（Sinusoidal PWM）波形。