1、 实验八 异步电动机转速开环变压变频调速系统指导书一.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.熟悉电压空间矢量控制(磁链跟踪控制 )的工作原理与特点 .4.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)时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT 两端电压波形测试.4.采用电压空间矢量控
2、制时,不同输出频率、不同调制方式时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT 两端电压波形测试 .5.低频补偿特性测试.三.实验系统组成及工作原理变频调速系统原理框图如图 73 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
3、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.WG1WG3 和 WG1WG3:用于输出三相 PWM 波形,控制构
4、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).5.利用 P0 和 P1 口的 P0.4P0.7 和 P1.0P1.3 ,外接按钮开关,用于起动、停止、故障复位两种调制方法,三种调制模式的选择.6.利用 P2、P5、P6 口的 P2.4P2.7,P5.4 与 P6.6,P6.7,外接指示灯,用于指示系统所处状态.7.磁通观测器用于电机气隙磁通测量.其前半部分为 3/2 变换电路,将三相电压 VA、VB、VC从三相静止坐标系 A、B、C 变换到二相静止坐标系 、 上,成为 V、V.电路的
5、后半部分则分别对 V、V 积分.在忽略定子漏磁和定子电阻压降的前提下 ,两个积分器的输出分别是二相静止坐标系中电机气隙磁通在 、 轴上的分量 与 ;它们的波形形状相似,相位差 90.将两个积分的输出分别接入示波器的 X 轴输入和 Y 轴输入,即可得到电机气隙磁通的圆形轨迹.四.实验设备和仪器1.MCLI 型电机控制教学实验台2.MCL09 变频调速系统组件3.电机导轨及测速发电机4.慢扫描示波器5.双踪示波器五.实验方法按图 74 连接线路,经检查无误后,合上电源,实验系统缺省设置为 SPWM 控制,同步调制方式,对应指示灯亮.若指示灯与上述不符,可按复位按钮,使系统处于上述缺省状态,此时系统
6、即可进行实验.若系统采用 SPWM 控制并工作在同步调制方式,即可按起动按钮,电动机即可起动,起动后可调节频率设定电位器,即可改变电动机转速.在电动机运行中,如按了空间矢量、异步调制,混合调制等按钮,系统将不会响应,必须先按停止按钮,使电动机停止运行,才能转到空间矢量控制以及其它调制方式.低频补偿电位器在电机运行时,可按需要任意调节.系统出现故障停机时,可在拆除故障条件下,按故障复位按钮,使红色故障指示灯灭,系统即可按要求继续运行.1.过压与过流保护环节测试.(这时只需合上控制电源,主回路电源不加.)断开过压保护检测线,红色故障指示灯发亮,同时微机输出驱动脉冲被封锁,表示过压保护环节工作正常.
7、测试完毕后,按一下故障复位按钮,故障指示灯灭.断开过流检测线,红色故障指示灯发亮,同时驱动脉冲被封锁,表示过流保护环节工作正常.测试完毕后,按一下复位按钮,故障指示灯灭.2.采用 SPWM 控制,分别在输出频率为 50Hz、30Hz 条件下,测量与描绘不同调制方式时的电机气隙磁通分量、电机气隙磁通轨迹、定子电流、IGBT 两端波形( 输出 U、V、W 与 N 端之间)与定子端电压等波形,以及观察电机运行的平稳与噪声大小.同步调制:系统设定的载波比 N=12.异步调制:系统设定的载波频率 ft=600Hz.混合调制:分三段执行.第一段 0Hz12.5Hz,载波比 N1=100;第二段 12.5
8、Hz25 Hz,载波比N2=80;第三段,25 Hz50 Hz,载波比 N3=60.当在低频 2Hz 时,若电机无法转动时,可调节低频补偿电位器 (顺时针旋转时,低频补偿电压增大),直到电动机能旋转时止.3.采用电压空间矢量控制实验条件及观察与描绘的波形同方法 2.4.低频补偿性能测试低频时定子压降的补偿度可通过电位器连续调节,在输出频率为 12Hz 时,调节补偿度直到电动机能均匀旋转时止,同时观察与记录直流母线电流的变化.六.实验报告1.列出 SPWM 控制时,在不同输出频率条件下所测量的各种波形与电机工作情况.2.列出电压空间矢量控制时,在不同输出频率条件下所测量的各种波形与电机工作情况.
9、3.调节低频补偿度,列出电机能均匀旋转的最低工作频率.4.SPWM 控制, 电压空间矢量控制,不同调制方式时的电机气隙磁通轨迹,定子电流及电机平稳性与噪声比较.5.对实验中感兴趣现象的分析、讨论.七.思考题1.低频时定子压降的补偿度是否越大越好?过大了会造成何种不良结果?应该如何调节才算恰到好处?2.SPWM 控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波,那么电压空间矢量控制的目标是什么?它与 SPWM 控制相比,有哪些特点?3.设单相输入的交-直-交变频调速系统的直流母线电压为 310V,按 SPWM 控制时电机线电压的最大值为几伏?如要达到电机线电压为 220V 有否可能 ?如何实现?八.注意事项1.转换不同控制与调制方式时,要等到电动机转速接近于零时,再按起动按钮,以免对电动机造成冲击.2.主回路中的保险丝为 1A,不要任意放大 .
