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实验二交流异步电动机变频调速系统 一 、 变 频器应用 【 实验设备 】 ACSl40 变频器单元板 1 块 控制器单元板 1块 三相异步电动机 1 台 【 变频器运行方式以及参数调整 】 变频器的运行需要预先设置控制参数，才能使变频器控制的电动机的运转性能满足生产实际的要求 ACS140 型变频器有多种控制参数集(称为应用宏 )，每一种控制参数集的选择，将使变频器控制端子具有不同的作用为满足不同的控制要 求，在使用变频器时可以选择不同的控制参数集 (本实验使用标准宏 )变频器的运行控制方式有控制盘控制方式 (内部控制方式 )、外部端子控制方式和通信控制方式 (变频器的运行由可编程序控制器或单片机控制 ) 1．控制端子及控制盘 变频器的外接控制端子用于从外部电路输入频率给定信号、起动信号、正反转信号等 ACSl40 型变频器选择标准控制参数集时，控制端子的功能如图 3-1 所示图中未用端子是其他控制参数集所用端子 变频器控制盘及控制盘上各按钮的作用如图 3-2 所示，控制盘用于控制模式切换、内部控制 (外部控制方式失效 )、设 置控制参数集及显示电动机运行参数 (频率、转速、电流等 )。

2．变频器控制方式的调整 ACSl40型变频器的内部控制方式和外部控制方式的转换步骤如下： 1)同时按住控制盘上“ MENU”和“ ENTER”键，控制盘显示 REW，变频器处于外部控制方式 2)同时按住控制盘上“ MENU”和“ ENTER”键，控制盘显示 LOC或 LCR，变频器处于控制盘控制方式 (内部控制方式 ) 3)同时按住控制盘上“ MENU”和“ ENTER”键，控制盘显示 rE，变频器回到外部控制方式 3．基本参数的设置 1)按“ MENU”键，控 制盘显示屏出现“ -99-”字样 2)按“ ENTER”键，控制盘显示屏出现“ -9902-”字样再按“ ENTER”键，显示屏显示 SET、 LWD 闪烁，同时显示控制参数控 9902 的数值，反复按“ UP／ DOWN”键 (上／下 )，找到需要的控制参数的数值，同时显示屏 SET 闪烁再按“ ENTER”键，参数设置完毕再按两次“ MENU”键，控制盘显示输出电压的频率 3)在控制盘出现参数“ 9902”后，反复按“ UP／ DOWN”键，从控制参数集找到需要设置的参数， (参数从 0102~9908，每个参数表示的意义参看用户手 册 )按照前面介绍的方法设置每个参数数值。

图 3-1 变频器外部控制端子 4．完整参数的设置 完整参数提供变频器特殊功能的参数，用以实现变频器特殊控制要求设置的方法如下： 1)按控制盘“ MENU”键，控制盘显示屏出现“ -99-”字样 2)反复按“ UP”或“ DOWN”键，直到显示屏出现“ -LG-”字样 3)按住“ ENTER”键，直到显示屏出现“ =LC=”字样 4)按“ DOWN”’键，显示屏出现“ =99=”字样 5)按“ UP”或“ DONW”键，找出需要设置的参数 5．变频器参数设置 1)参数 9902 表示选择控制参数，该参数设定 ACSl40 应用不同的控制参数选择不同的控制参数，变频器控制端子具有不同的作用参数 9902 数值从 0~7标准型选择 9902 的值为 1，此时变频器控制端子的作用参看图 3-1 2)参数 9905 设定 ACSl40 输出到电动机的最大电压值当变频器的输出频率等于参数 9907 设定的额定频率时，输出电压同时达到额定电压值 ACSl40输出到电动机的电压无法大于电源电压 3)参数 9906 设定 ACSl40 输出给电动机的电流，其值为使用的电动机铭牌上的额定电流值。

4)参数 9907 调整 变频器输出电压的频率为电动机铭牌所标示的频率，此频率值应和参数 1105 和 2008 调整的频率值相等 5)参数 1003表示方向控制参数，选 1电动机正转，选 2电动机反转，选 3电动机正向转动或反向转动 6)参数 0102表示电动机的转速 7)参数 0104表示电动机的电流值 8)参数 0105表示电动机轴的输出转矩，以额定转矩的百分数表示 9)参数 1201表示恒速参数，其数值从 0-9，当选择 7时，变频器外控电路接控制端子 D13， D14 的开关状态，决定电动机能以三种恒速转动，而且不受频率调整电位器 BP的控制 10)参数 1105 表示外部给定的最大限幅值，设置时以频率的大小表示 11)参数 2008 表示变频器输出频率的最大值 12)参数 2202 表示加速时间参数，设置电动机由 0Hz 上升到最高频率所需要的时间 13)参数 2203表示减速时间参数，设置电动机由最高频率降到 0Hz所需要的时间 图 3-2 变频器控制盘 14)参数 2603 表示转矩补偿参数，设置变频器低频时输出电压补偿值 15)参数 2604 表示转矩补偿参数，设置变频器补偿范围，以频率形式给出。

6．变频器的运行控制 (1)内部控制方式 1)按照控制方式的调整方法，将变频器设置为内部控制方式 2)按控制盘起动／停止按钮，变频器按照内部设置好的参数控制电动机的运转 3)按控制盘正反向转动按钮，电动机改变转动方向 4)按控制盘起动／停止按钮，电动机停止转动 (2)外部控制方式 1)按照图 3-3 接好变频器控制端子的外部控制电路 2)应用控制参数设置的方法，设置变频器内部控制参数 3)接通外部控制电路中的起动／停止开关，变频器按照设置好的参数控制电动机转动 4)接通正 反向转动开关，电动机从正向转动变为反向转动 图 3-3 变频器外部控制电路 5)将两个恒速控制开关分别处于“ ON”和“ OFF”、“ OFF 和 ON”、“ ON 和 ON”状态，使电动机得到三种恒速转动速度此时调整频率给定电位器 BP，电动机转速不变 6)按照图 3-4 设置电动机的起停时间，接通加减速时间控制开关，观测电动机起动和停止时间 7)将控制盘显示屏设置为运行参数，分别显示电动机的转速、电流和电动机的输出转矩 图 3-4 加减速时间曲线 二、 基于 DSP 控制的感应电机变频调速系统 【 实验原理】 一、 SPWM调速原理 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 2-4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 2/sU 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 2sU = mU   ttdnn 122 111 sin  mU   )2(c o s)2c o s ( nkn ii  = im nU  sin2sin2 （ 2-3） 当 n的数值较大时，近似的认为 sin  /(2n)=  /(2n)，于是ismi nUU  sin2（ 2-4） 上式 表 明 第 i个矩形脉冲的宽度与该处正弦波值近币以成正比。

因此，与半个周期正弦波等效的 SPWM波是两侧窄、中间宽、脉宽按正弦规律逐渐变化的序列脉冲波形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能一般的， SPWM分单极性和双极性两种调制方式 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 2-5a)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，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于 uk 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 2-5a)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— 5b)所示 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 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 2-6a)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，此脉冲系列也是双极性的，如图 2-6b)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 2-6c) 所示 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 二、 SVPWM调速原理 【 SVPWM调速原理 】 如图 所示电路为三相逆变器供电给异步电动机的原理 图图中有 6个功率开关管，当 当上桥臂开关管处于 “开” 状态， 下桥臂开关管处于“关”状态时，则用“ 1”表示；当下桥臂开关管处于“开”状态，上桥臂开关管处于“关”状态时，则用“ 0”表示。

三个桥臂共有 000、 001、 010、 011、 100、 101、 110、 111 八种开关模式，其中 000、 111 开关模式使逆变器输出电压为零，称这两种开关模式为零状态只要控制这些基本空间矢量的组合，同时 再将零矢量合理分配，就能使瞬态输出空间电压矢量按一定的圆形轨迹旋转 图 错误 !文档中没有指定样式的文字 .1 三相逆变器主电路 电压源逆变器可由 图 错误 !文档中没有指定样式的文字 .2 所示的 6个开关来等效表示 如 图 错误 !文档中没有指定样式的文字 .2 所示，当上桥臂开通、下桥臂关断时，即 Sa=1 时， 2dcUU  ；当上桥臂关断、下桥臂开通时，即 Sa=0时， 2dcUU  Sc亦同 逆变器的 8种开关模式对应有 8个电压空间矢量采用 23 坐标变换，将三相电压变换到 d-q 轴系    WVUScSbSaV 2132   232  WVU  （ 2.1） 式中： je j 23213/2   通过不同的矢量组合可以合成新矢量，设相邻两个有效矢量 V1和 Vm，零。