通用变频器应用技术

通用变频器应用技术 四川机电职业技术学院电子电气工程系学习情境 1-学习性工作任务3

学习性工作任务3-（实训项目1） 学习情境1：变频器的认识三相正弦波脉宽调制SPWM变频原理（2学时）学习情境 1-学习性工作任务3

学习任务引入 1.3 为了使电动机的运行性能优良，电动机变频调速技术通常采用正弦波脉冲宽度调制的方法，简称SPWM方法。　　当正弦调制波与载频三角波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得的一系列等幅且脉宽随时间按正弦规律变化的的矩形波。而这一系列矩形波的平均值近似一个频率和大小都与调制波有关的一个正弦信号。学习情境 1-学习性工作任务3

实训目的 3.2 知识目标：能力目标： 1．弄清变频器的SPWM控制的原理 2．认识变频器的SPWM控制的实现和优势 1．掌握SPWM的实现方法。 2．在规定的频率范围内测试正弦波信号的频率和幅值，从而能够正确分析正弦波信号的幅值与频率的关系。学习情境 1-学习性工作任务3

实训准备工作 3.3 1．准备实训所需挂件：DJK01 电源控制屏、DJK13三相异步电机变频调速控制。 2．准备实训所需仪器、仪表：双踪示波器、万用表。学习情境 1-学习性工作任务3

实训项目任务（详见实训项目任务书） 3.4 实训题目简介：借助DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置的挂件DJK13用双踪示波器进验证三相正弦波脉宽调制（SPWM)变频原理，进一步验证SPWM调制原理。从而加深认识SPWM调制原理，及变频器采用SPWM调制的优势。学习情境 1-学习性工作任务3

实训主要内容： 1．画出与SPWM调制有关信号波形，说明SPWM的基本原理。 2．在规定的频率范围内测试正弦波信号的频率和幅值。 3．记录在0.5Hz～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率。 4．记录在0.5Hz～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率。学习情境 1-学习性工作任务3

实训理论基础及主要环节演示 3.5 1. PWM脉宽调制的方式 PWM脉宽调制的方式很多：由调制脉冲(调制波)的极性可分为单极性和双极性；由参考信号和载波信号的频率关系可分为同步调制方式和异步调制方式。参考信号为正弦波的脉冲宽度调制叫做正弦波脉冲宽度调制（SPWM）。学习情境 1-学习性工作任务3

2. SPWM宽度调制原理 单极性脉宽调制：单极性脉宽调制的特征是：参考信号和载波信号都为单极性的信号。实训理论基础及主要环节演示 3.5 图3-2 单极性单相SPWM调制波形分析（2）a) 正弦波　b) SPWM波图3-1 单极性单相SPWM调制波形分析（1）学习情境 1-学习性工作任务3

输出的调制波是幅值不变、等距但不等宽的脉冲序列。SPWM调制波的脉冲宽度基本上呈正弦分布，其各脉冲在单位时间内的平均值的包络线接近于正弦波，其调制波频率越高，谐波分量越小。输出的调制波是幅值不变、等距但不等宽的脉冲序列。SPWM调制波的脉冲宽度基本上呈正弦分布，其各脉冲在单位时间内的平均值的包络线接近于正弦波，其调制波频率越高，谐波分量越小。实训理论基础及主要环节演示 3.5 图3-3 单极性单相SPWM调制波形分析（3）学习情境 1-学习性工作任务3

双极性脉宽调制： 　　双极性脉宽调制方式的特征是：参考信号和载波信号均为双极性信号。　　在双极性SPWM方式中，参考信号为对称可调频、调幅的单相或三相正弦波，由于参考信号本身具有正负半周，无需反向器进行正负半波控制。双极性SPWM的调制规律相对简单，且不需分正负半周。仍以单相为例，双极性SPWM的调制规律如图3-4所示：实训理论基础及主要环节演示 3.5 图3-4 双极性单相SPWM波形分析（1） a) 信号波与载波的比较　b) 双极性SPWM波形学习情境 1-学习性工作任务3

实训理论基础及主要环节演示 3.5 图3-5 双极性三相SPWM波形分析（2）学习情境 1-学习性工作任务3

实训理论基础及主要环节演示 3.5 图3-6 双极性三相SPWM波形分析（3）学习情境 1-学习性工作任务3

3. 实训所用主要挂件认识 实训理论基础及主要环节演示 3.5 显示、控制及计算机通讯接口：控制部分由“转向”、“增速”、“减速”三个按键及四个钮子开关等组成。每次点动“转向”键，电机的转向改变一次，点动“增速”及“减速”键，电机的转速升高或降低，频率的范围从0.5Hz～60Hz，步进频率为0.5Hz。从0.5Hz～50Hz范围内是恒转矩变频，50Hz～60Hz为恒功率变频。 DJK13三相异步电动机变频调速控制学习情境 1-学习性工作任务3

3. 实训所用主要挂件认识 实训理论基础及主要环节演示 3.5 在“转向”、“增速”、“减速”三个按键的下面有“S、V、P”三个插孔，它的作用是切换变频模式。当三个全部都悬空时，工作在SPWM模式下；当短接“V”、“P”时，工作在马鞍波模式下。当短接“S”、“V”时，工作在SVPWM模式下。 DJK13三相异步电动机变频调速控制学习情境 1-学习性工作任务3

3. 实训所用主要挂件认识 实训理论基础及主要环节演示 3.5 SPWM的变频原理的波形观测：测试点1：V/F函数的电压输出。测试点2、3、4：在SPWM模式下为三相正弦波信号。测试点5：高频三角波调制信号。测试点6、7、8：调制后的三相波形。 DJK13三相异步电动机变频调速控制学习情境 1-学习性工作任务3

3. 实训所用主要挂件认识 实训理论基础及主要环节演示 3.5 三相主电路：主电路由单相桥式整流、滤波及三相逆变电路组成，逆变输出接三相鼠笼电机。主电路交流输入由一开关控制。逆变电路由六个IGBT管组成，其触发脉冲有相应的观测孔引出。 DJK13三相异步电动机变频调速控制学习情境 1-学习性工作任务3

实训题目讨论解析及任务分工 3.6 要求学生以学习小组为单位，分组讨论解析实训题目，明确实训步骤，进行任务分工。利用DJDK-1型电子技术及电机控制实验装置的挂件DJK13，通过示波器进行测试、观察。做好记录，进一步认识、验证三相正弦波脉宽调制（SPWM)变频原理、加深认识改变SPWM调制波频率和电压的方法。学习情境 1-学习性工作任务3

实训步骤 3.7 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。学习情境 1-学习性工作任务3

实训注意事项 10.8 1．注意安全。 2．正确、合理使用实训器材、仪器、仪表。 3．正确记录在0.5HZ～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率。 4．正确记录在50HZ～60Hz范围内正弦波信号的幅值与频率。 5．实训过程中保持整洁、实训结束后要清理实训环境。学习情境 1-学习性工作任务3

思考题 1．变频器为何采用SPWM调制的优势体现在那些地方？ 2．采用SPWM控制是如何改变输出电压的幅值？如何改变输出频率？学习情境 1-学习性工作任务3

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