北京交通大学电力牵引传动课程设计实验报告

电力牵引传动课程设计

实验报告

三相异步电机的VVVF控制实验报告

一、实验目的

通过实验将学习到的理论知识与实际相结合，进一步加深对三相异步电机VVVF调速控制的理解，深入了解VVVF控制的基本原理以及基本控制方法。

二、实验原理

1、变频调速基本控制方法

n=n01?s=60f1

p

1?s

一台电机如若希望获得良好的运行性能、力能指标，必须保持其磁路工作点稳定不变，即保持每极磁通量?m额定不变。

异步电机定子每相电势有效值公式：

E1=4.44f1W1K w1?m

其中：f1—定子供电频率（HZ）；W1—定子每相串联匝数；

K w1—基波绕组系数；?m—每极气隙磁通（Wb）。

?m∝E1/ f1

E1不易控制。频率f1只要不很低，定子阻抗远远小于励磁阻抗，此时定子压降可忽略不计，U1近似等于E1。而U1很容易控制。

只要控制U1/ f1恒定，即实现恒压频比，即可使气隙磁通?m维持在额定值。

（1）基频以下调速

机械特性：

T m =

3

2Ω0

U 2

R 1+ (X 1+X 2′)2

+R 12

≈32Ω0U 12

X 1+X 2

′=3p 1U 121 12′ =C （U 11

）2 S m ≈R 2′12′=11n 0=60f 1

∝f 1 最大转速降n 0S m 为恒定值。

低频时定子电阻R 1不能忽略

, 因此U 1不能认为近似等于E 1。如果还是控制U 1/ f 1恒定，并不能保证E 1/ f 1恒定，气隙磁通?m 就不能维持在额定值，而是小于额定值，电机没有得到充分利用，带载能力下

降，致使最大转矩T m减小。

低频时对定子电压进行相应补偿，才能保证E1f1恒定，如要求调速过程中电机的过载能力不变，即过载倍数K T不变，而电机容许输出转矩（额定转矩）T N=T m/K T,如前所述，T m为恒定值，所以T N也为恒定值。可见基频以下调速可实现恒转矩输出。

基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”

（2）基频以上调速

机械特性：

控制方式：

T m =30U 1212′=3p 1U 12112∝1

f 12

电机输出功率P 2=3U 1I 1cosφ1η，容许输出功率P 2N = 3U 1N I 1N cosφ1η,如定子功率因数cosφ1和效率η都恒定，则P N 亦为恒定值。可实现恒功率输出。容许输出转矩T N =9550PN /n ∝ 1/n 。

基频以上，转速升高时转矩降低，属于“恒功率调速”。

2、异步电机变压变频（VVVF）控制系统

通用变频器硬件电路框图：

控制框图（软件实现）：

电机启动时不能突然将给定频率的电压加到电机上，否则会过流。要利用加减速控制模块调节启动和停止时的输出频率。

三．实验步骤

（1）检查线路是否有短路断路情况，根据相关参数等将示波器接头接在适当位置并选择适合的档位；

（2）确保开关置于封脉侧，尽可能保证电位器位于频率最小值。打开电源，并缓慢调节三相调压器使其电压值至350V左右；

（3）检查程序并在确认程序无误后，运行软件；

(4）将开关置于开脉状态，并通过调节电位器缓慢调整电机频率；

(5)调整频率，观察记录示波器波形的变化，并记录波形；

(6)所有波形记录完毕后，减小电机频率，待基本稳定后，将开关置于封脉状态；

(7)观测电机停止运转后，关闭软件，将调压器归零，关闭电源。

四、实验波形记录及分析

1、开环VVVF控制波形

放大后的波形：

波形分析：从波形可以看出，电压与电流波形均满足正弦波的基本特性，且两者基本同相位。电流波形放大后能够看到有清晰的锯齿波震

荡。

2、闭环VVVF控制波形

波形分析：电机转速向着一个设定转速值慢慢靠近，同时控制转速的定子频率也有同样的变化轨迹，转速达到设定的转速值之后关闭开关，转速与频率一同下降直至电机停止转动。

五、实验心得与体会

虽然这次实验我们小组被安排在了最后一组，但是我们实验的准备却并不是很充分，刚开始对学长的提问不能很清楚的回答，随着学长的认真讲解和实验的深入，我们小组对实验原理有了一个基本的认识。虽然之前在很多课程里都学过这方面的知识，但是课本里的知识始终没能应用在实际里，也就没能进一步了解，对于VVVF一知半解。这次实验是一个很好的机会，给了我们讲理论知识应用于实际的平台。

实验中，我们积极配合学长进行实验，积极提问，和学长一起讨论自己的困惑，从这一过程中我们学到了很多很多。