实验二 正弦脉宽调制(SPWM)变频调速实验

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。

正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527+关注献花(4)为了使变压变频器输出交流电压得波形近似为正弦波，使电动机得输出转矩平稳，从而获得优秀得工作性能，现代通用变压变频器中得逆变器都就是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制得，只有在全控器件尚未能及得特大容量时才采用晶闸管变频器。

应用最早而且作为pwm控制基础得就是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。

图3-1与正弦波等效得等宽不等幅矩形脉冲波序列3、1正弦脉宽调制原理一个连续函数就是可以用无限多个离散函数逼近或替代得，因而可以设想用多个不同幅值得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得波形(假设分出得波形数目n=12)，如果每一个矩形波得面积都与相应时间段内正弦波得面积相等，则这一系列矩形波得合成面积就等于正弦波得面积，也即有等效得作用。

为了提高等效得精度，矩形波得个数越多越好，显然，矩形波得数目受到开关器件允许开关频率得限制。

在通用变频器采用得交-直-交变频装置中，前级整流器就是不可控得，给逆变器供电得就是直流电源，其幅值恒定。

从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅得矩形波用一系列等幅不等宽得矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波得面积都相等，也应该能实现与正弦波等效得功能，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)，把每一等分得正弦曲线与横轴所包围得面积都用一个与此面积相等得矩形脉冲来代替，矩形脉冲得幅值不变，各脉冲得中点与正弦波每一等分得中点相重合，这样就形成spwm波形。

同样，正弦波得负半周也可用相同得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、负脉冲等效得spwm 波形称作单极式spwm。

实验一三相正弦波脉宽度调制（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、实验所需挂件及附件(1)接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下（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，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)逐步升高频率，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。

四、实验报告1、画出条件（1）-(3)与SPWM调制有关信号波形，得出SPWM控制的结论，说明SPWM 的调频和调压基本原理。

（1）测试三角载波信号波形（2）测试SPWM调制之前的正弦波信号。

a)0.5Hzb)10Hz:c)20Hz:d)30Hz:e)50Hz:（3）测试SPWM调制之后的正弦波信号。

a)0.5Hzb)10Hz:c)20Hz:d)30Hz:e)50Hz:结论：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。

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。

即以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

调频原理：改变参考波频率，即可调节SPWM波的基波频率；调压原理：改变参考波幅值，即可调节SPWM波的宽度，从而改变输出电压的有效值；2、测试在0.5HZ～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率关系表，把结果填入下表。

正弦脉宽调制（SPWM）控制正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18ylw527+关注献花(4)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 width modulation, 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(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。

图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列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。

实验一异步电机变频调速实验1. 正弦波脉宽调制（SPWM）方式的实验1.1实验目的1）过实验掌握SPWM的基本原理和实现方法2）悉与SPWM控制方式相关的信号波形1.2实验原理所谓正弦波脉宽调制就是把一个正弦波分成等幅而不等了与正弦宽的方波脉冲串，每一个方波的宽度，与其所对应时刻的正弦波的值成正比，这样就产生波等效的等幅矩形脉冲序列波，由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。

当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应与逆变器的输出电压波形相似。

从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。

但较为实用的办法是引用“调制”这一概念，以所期望的波形(在这里是正弦波)作为调制波，而受它调制的信号称为载波。

在SPWM中常用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，当它与任何一个光滑的调制函数曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该调制函数值的矩形脉冲。

1.3 实验设备及仪器1）KR-1系列变频调速实验系统一套。

2）双踪示波器一台。

1.4 实验步骤1）接通电源，打开开关。

2）将P07号参数设置为00，选择SPWM控制方式。

将加速度设置到10，按“运行”键，控制电动机运行，观察电动机的加速过程，直至电动机达到稳速运行状态，按照60HZ的频率运行。

3）通过示波器，观察三相正弦波信号（在测试孔1、2、3）。

分别如下4）通过示波器，观察三角波载波信号，并估算其频率（在测试孔5）。

5）通过示波器。

观察SPWM波信号（在测试孔6、7、8、9、10、11）。

6）将频率设定值在0.1HZ—100HZ的范围内不断变化，通过示波器在测试孔1、2、3中观察信号的频率和幅值的关系。

1.5 实验总结2. 六脉冲型电压矢量控制方式的实验2.1实验目的1）通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理和实现方法。

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。

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。

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）。

变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。

在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。

什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。

在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。

通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。

当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。

这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。

同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。

PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。

通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。

精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。

通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。

减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。

尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。

为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。

开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。

这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。

EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。

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的基本原理及其应用实例1. 什么是SPWMSPWM（Sine Wave Pulse Width Modulation）即正弦波脉宽调制技术，是一种常用的电子控制技术。

在SPWM技术中，通过改变脉冲宽度来控制输出电压的大小，从而实现对电力系统的调节。

2. SPWM的基本原理SPWM技术基于一个简单的原理，即将一条直流电压通过开关器件开关，形成一串脉冲信号，通过调节脉冲的宽度和频率，可以模拟出一个接近正弦波的输出电压。

基本工作原理如下：•步骤1：通过开关器件将直流电源转换为交流电源。

•步骤2：通过比较器将一个参考正弦波信号与一个三角波信号进行比较。

•步骤3：根据比较结果，控制开关器件的导通和断开，改变脉冲的宽度和频率。

•步骤4：得到一个脉冲宽度与正弦波信号相关的输出波形，即SPWM输出。

3. SPWM的优点与应用SPWM技术具有以下优点：• 1. 输出波形接近正弦波： SPWM技术能够产生接近正弦波的输出波形，具有较低的谐波含量，适用于需要稳定高质量电源的场景。

• 2. 输出电压可调： SPWM技术可以通过改变比较器的阈值、参考信号的幅值和频率等参数，实现对输出电压的精确调节。

• 3. 调制频率高： SPWM技术的调制频率通常可以达到几百Hz甚至更高，适用于对输出电压要求高动态响应的系统。

SPWM技术在许多领域得到了广泛应用，以下是几个典型的应用实例：3.1 变频调速SPWM技术可用于电机驱动，通过调节输出电压的频率和电压大小，实现对电机的变频调速。

这在工业自动化领域中非常常见，可以节省能源和提高生产效率。

3.2 逆变器控制SPWM技术也广泛应用于逆变器中，用于将直流电源转换为交流电源。

逆变器通常用于太阳能发电、风能发电和电力调制等场景，SPWM技术可实现对逆变器输出电压波形的控制。

3.3 无线电通信在无线电通信领域，SPWM技术可以用于产生高频信号，实现调频调制（FM）。

通过改变脉冲的宽度和频率，可以实现对无线电信号的调制和解调。

《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。

正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527 + 关注献花 (4)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 width modulation, 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(sinusoidal pulse width modulation, 简称 spwm)。

图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列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。

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。

实验二异步电动机SPWM变频调速实验一．实验目的1．通过实验掌握异步电动机变压变频调速系统的组成及工作原理。

2．加深理解用单片机通过软件生成SPWM波形的工作原理与特点，以及不同调制方式对系统性能的影响3．掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。

二．实验内容1．连接有关线路，构成一个实用的异步电动机变频调速系统。

2．过压保护、过流保护环节测试。

3．采用SPWM数字控制时，不同输出频率、不同调制方式（同步、异步、混合调制）时的系统工作情况观测。

4．低频补偿特性试验。

三．实验系统组成及工作原理变频调速系统原理框图如图7—3所示。

它由交-直-交电压源型变频器，16位单片机80C196MC所构成的数字控制器，控制键盘与运行指示、磁通测量与保护环节等部分组成。

逆变器功率器件采用智能功率模块IPM（Intel Ligent Power Modules），型号为PM10CSJ060（10A/600V）。

IPM是一种由六个高速、低功耗的IGBT，优化的门极驱动和各种保护电路集成为一体的混合电路器件。

由于采用了能连续监测电流的有传感功能的IGBT芯片，从而实现高效的过流和短路保护，同时IPM还集成了欠压锁定和过流保护电路。

该器件的使用，使变频系统硬件简单紧凑，并提高了系统的可靠性。

数字控制器采用Intel公司专为电机高速控制而设计的通用性16位单片机80C196MC。

它由一个C196核心、一个三相波形发生器以及其它片内外设构成。

其它片内外设中包含有定时器、A/D转换器、脉宽调制单元与事件处理阵列等。

在实验系统中80C196MC的硬件资源分配如下：1．P3、P4口：用于构成外部程序存储器的16 bit 数据和地址总线。

2．WG1～WG3和WG1～WG3：用于输出三相PWM波形，控制构成逆变器的IPM。

3．EXTINT：用于过流、过压保护。

4．通过接于A/D转换器输入端ACH2和ACH1设之输入频率和改变u/f（低频补偿）。

实验一三相正弦波脉宽度调制（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、实验所需挂件及附件(1)接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下（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，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)逐步升高频率，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。

四、实验报告1、画出条件（1）-(3)与SPWM调制有关信号波形，得出SPWM控制的结论，说明SPWM 的调频和调压基本原理。

（1）测试三角载波信号波形（2）测试SPWM调制之前的正弦波信号。

a)0.5Hzb)10Hz:c)20Hz:d)30Hz:e)50Hz:（3）测试SPWM调制之后的正弦波信号。

a)0.5Hzb)10Hz:c)20Hz:d)30Hz:e)50Hz:结论：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。

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。

即以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

调频原理：改变参考波频率，即可调节SPWM波的基波频率；调压原理：改变参考波幅值，即可调节SPWM波的宽度，从而改变输出电压的有效值；2、测试在0.5HZ～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率关系表，把结果填入下表。