内容发布更新时间 : 2024/12/26 1:44:09星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
实验二 异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统
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2—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)。
5.利用P0和P1口的P0.4~P0.7和P1.0~P1.3 ,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P2.4~P2.7,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α、β上,成为Vα、Vβ。电路的后半部分则分别对Vα、Vβ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α、β轴上的分量φα与φβ;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。
图1-3 变频调速系统原理框图RS2321AUFU电流检测UFI123C1K2IPM+4启动限流故障检测++故障信号驱动++过压保护过流保护微机控制系统80C196MCM~四.实验设备和仪器
1.教学实验台主控制屏; 2.NMCL—09组件;
3.电机导轨及测速发电机;
4.异步电动机M04; 5.双踪示波器(自备); 6.万用表(自备)。
五.实验方法
按图1—4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。
U+U+IPMK2U6.5x5.56.5x5.5iU+UVC1VV123iViW电流取样UVWWW1AUFU启动限流+UFU+U-U-电流检测UFI4K28磁 通 测 量UM04电机+8+VW++过压保护+UFU++电 路 与 上 相 同88??++??过流保护+UFI++微机控制系统8+图2-4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。)
(1) 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。测试完毕后,按一下故障复位按钮,故障指示灯灭。
(2) 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。
(1) 同步调制:系统设定的载波比N=12。 (2) 异步调制:系统设定的载波频率ft=600Hz。
(3) 混合调制:分三段执行。第一段0Hz~12.5Hz,载波比N1=100;第二段12.5 Hz~25 Hz,载波比N2=80;第三段,25 Hz~50 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1~2Hz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。
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。