研究型DSP变频调速实验指导书----..doc

实验一 采用SPWM的开环VVVF调速系统实验 一、实验目的 加深对SPWM生成机理和过程的理解 熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥器件和微机控制电路之间的连接 了解SPWM变频器运行参数和特性 二、实验内容 一、在不同调制方式下，观测不同调制方式与相关参数变化对系统性能的影响，并作比较研究： 1.同步调制方式时，在不同的速度下，观测载波比变化对定子磁通轨迹的影响； 2.异步调制方式时，在不同的速度下，观测载波比变化对定子磁通轨迹的影响； 3.分段同步调制时，在不同的速度下，观测载波比变化对定子磁通轨迹的影响； 二、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形与； 三、观测并记录突加与突减负载时的电机定子电流和电机速度波形与； 四、观测低频补偿程度改变对系统性能的影响 五、测取系统稳态机械特性； 三、实验原理 1、异步电动机恒压频比控制基本原理 由异步电动机的工作原理可知，电机转速n满足： 其中f为定子电源频率，p为电机定子极对数，s为电机转差率。从上式中可以得到，通过改变定子绕组交流供电电源频率，即可实现异步电机速度的改变。但是，在对异步电机调速时，通常需要保持电机中每极磁通保持恒定，因为如果磁通太弱，铁心的利用率不充分，在同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的带负载能力下降；如果磁通过大，可能造成电动机的磁路过饱和，从而导致励磁电流过大，电动机的功率因数降低，铁心损耗剧增，严重时会因发热时间过长而损坏电机。 如果忽略电机定子绕组压降的影响，三相异步电动机定子绕组产生的感应电动势有效值E与电源电压U可认为近似相等，为： 其中E为气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值，f为定子电压频率，N为定子每相绕组匝数， 为基波绕组系数，Φm为每极气隙磁通量。 由上式可知，在基频电压以下改变定子电源频率f进行调速时，若要保持气隙磁通Φm恒定不变，需保持电动机每极磁通为额定值的控制策略为恒压频比（U/f）控制。 在恒压频比控制方式中，当电源频率比较低时，定子绕组压降所占的比重增大，不能忽略不计。为了改善电机低频时的控制性能，可以适当提高低频时的电源电压，以补偿定子绕组压降的影响。我们称此时的控制方式为带低频补偿的恒压频比控制。以上两种控制特性简单示意图如图1-1所示。 图1-1 恒压频比控制特性 需要指出的是，恒压频比控制的优点是系统结构简单，缺点是系统的静态、动态性能都不高，应用范围有限。 2、异步电动机变频调速系统基本构成 在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，其特点是调速范围广、平滑性好、运行效率高，已成为异步电动机调速系统的主流调速方式。 异步电动机变频调速系统实验原理如图1-2所示，调速系统由不可控整流桥、滤波电路、三相逆变桥、DSP2812数字控制系统以及其它保护、检测电路组成。 图1-2 异步电动机变频调速系统原理图 工作原理：三相交流电源由二极管整流桥整流，所得电流经滤波电路进行滤波后，输出直流电压；再由高频开关器件组成的逆变桥，将直流电逆变后输出三相交流电作为电机供电电源，其中通过对开关器件通断状态的控制，实现对电机运行状态的控制。 二极管整流桥，阻容滤波，三相逆变桥工作的基本原理，SPWM生成的基本原理不在赘述，作为实验预习内容，参考教材相关章节。 3、基于DSP的SPWM调速系统基本原理 Ti DSP2812是一款功能强大，专门用于运动控制开发的芯片。其片内有可以用来专门生成PWM波的事件管理单元EVA、EVB，配套的12位16通道的AD数据采集，丰富的CAN、SCI等外设接口，为电机控制系统的开发提供了极大地便利。基于DSP的SPWM调速系统框图如图1-3所示。 系统上位机发送转速设定值及其他运行参数到DSP片内，其中载波周期值设置在定时器1周期寄存器（T1PR）内，将脉冲宽度比较值放置在比较单元的比较寄存器（CMPRx）中，通过定时器1控制寄存器（T1CON）设置定时器工作方式为连续增/减方式，通过比较控制寄存器A（COMCONA）设置比较值重载方式，通过死区控制寄存器（DBTCONA）进行死区控制使能。进行比较操作时，计数器寄存器（T1COUNT）的值与比较单元比较寄存器的值相比较，当两个值相等时，延时一个时钟周期后，输出PWM逻辑信号。 对于脉宽比较值的生成程序以及DSP2812生成PWM的详细过程这里不再详述，有兴趣的同学可以查找资料进行更深入的了解。 图1-3 基于DSP的SPWM调速系统基本原理框图 4、系统的参数 交流电源为标准工频电源，故电源运行频率设定f可在1~50HZ的范围内连续可调。 调制方式 同步调制：载波比可以在30-500连续可调。 异步调制（默认调制方式）：载波频率可以在1500-4000Hz连续可调； 分段