6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
电机控制实验二：正弦脉宽调制(SPWM)变频调速系统
课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制（SPWM）变频调速系统实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1.加深理解自然采样法生成SPWM波的机理和过程2.熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥功率器件和微机控制电路之间的连接3.了解SPWM变频器运行参数和特性二、实验内容和原理1.实验内容（1）用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现调速运行（2）改变调制方式，观察变频器调制波形、不同负载时的电动机端部电压、线电流波形（3）改变V/f曲线，观察版聘妻在不同低频补偿条件下的低速运行情况（4）改变变频调速系统的加速时间，观察系统的加减速过程2.实验原理SPWM变频调速系统主要由不控整流桥、电容滤波、直流环节电流采样（串采样电阻）、MOSFET逆变桥、MOSFET驱动电路、8031单片微机数字控制情况、控制键盘与运行显示等环节组成。
实验系统的组成如下图所示：本实验系统的性能指标如下：（1）运行频率f1可在1~60Hz的范围内连续可调（2）调制方式①同步调制：调制比F=3~123可变，步增量为3；②异步调制：载波频率f0=0.5~8kHZ可变，步增量为0.5kHZ;③混合调制：系统自动确定各运行频率下的调制比。
控制方式和运行显示控制图如下：SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图（3）V/f曲线有4条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，曲线如下图所示：曲线1：f1=1~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线2：f1=1~5Hz, U1=21.5Vf1=6~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线3：f1=1~8Hz, U1=34.5Vf1=9~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V曲线4：f1=1~10Hz, U1=43Vf1=11~50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hzf1=51~60Hz, U1=220V（4）加速时间可在1~60s区间设定电机从静止加速到额定速度所需要的时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。
正弦波脉冲宽度调制(SPWM)逆变电路
5.3.1 SPWM波形控制基本原理 5.3.2 单相SPWM控制原理 5.3.3 三相桥式SPWM逆变电路 5.3.4 SPWM逆变电路的同步调制和异步调制
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
5.3.1 SPWM波形控制基本原理
5.3.1 SPWM波形控制基本原理 面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，
一定频率范围内，采用同步调制可以保持波形对称 的优点；低频段又采纳了 异步调制的长处。
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53正弦波脉冲宽度调制spwm逆变电路531531spwmspwm波形控制基本原理波形控制基本原理532532单相spwm控制原理533533三相桥式三相桥式spwmspwm逆变电路逆变电路534534spwmspwm逆变电路的同步调制和异步调制逆变电路的同步调制和异步调制目录退出返回上页下页531spwm531spwm波形控制基本原理波形控制基本原理面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上其效果基本相同
1. 载波比N为常数，变频时三角载波频率和正弦 调制频率同步变化的调制方式称为同步调制方式
2异步调制 载波比N不为常数，变频范围内三角载波频率和正弦 调制频率不保持同步变化关系的调制方式称为异步
调制方式。 一般来说，同步调制适用于输出的高频段，
异步调制适用于输出的低频段。
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如把上述脉冲列用同数量等幅不等宽的矩形脉冲列来 代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，
且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（冲量）相等， 就得到图6-10(b)所示的脉冲序列PWM波形。如 PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化称为SPWM波。
单相和三相逆变器SPWM调制技术的仿真与分析
目录1.引言 .......................................................................................... - 2 -2.PWM控制的基本原理........................................................... - 2 -3.PWM逆变电路及其控制方法............................................... - 3 -4.电路仿真及分析 ...................................................................... - 4 -4.1双极性SPWM波形的产生 . (4)4.2三相SPWM波形的产生 (6)4.3双极性SPWM控制方式单相桥式逆变电路仿真及分析-7-5.双极性SPWM控制方式的单相桥式逆变电路和三相逆变电路比较分析 .................................................................................. - 12 -6.结论 ........................................................................................ - 13 -7.参考文献 ................................................................................ - 13 -1. 引言PWM 技术的的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
电机调速课设实验大纲及报告-单相PWM、SPWM脉宽调制波形发生电路的研究
成绩专业综合实验实验报告院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称学生学号学生姓名指导教师2015年12月1实验大纲部分实验一单相PWM、SPWM脉宽调制波形发生电路的研究实验时间2015.12.8 同组同学一、实验目的1. 了解单相PWM、SPWM波形发生电路的工作原理。
2. 熟悉单相PWM、SPWM波形发生电路的一般特点。
3. 熟悉DT03单元的使用方法，为后续实验操作做准备。
二、实验内容用示波器观察触发电路各测试点，记录各点波形，分析电路的工作原理。
三、实验系统组成单相PWM、SPWM波形发生器面板如图1所示。
图 1.1 单相PWM、SPWM波形发生器面板图中P+、P-为两路相位互差180°的PWM或SPWM波形输出端口；A、A1、B 为同步信号引入端；M 为信号输出供单相调功电路使用；PM、PA 是给软开关实验中辅管脉冲输出端；IN1、IN2 为两路脉冲功率放大电路的输入端口，一般对应将P＋、P－信号输出引入其端口，通过放大输出。
DT03 单元为多功能波形发生器电路，可以实现PWM 波形发生、SPWM 波形发生以及单相调功电路的可控宽度脉冲列的产生等。
电路中包含三角波发生器、正弦波发生器、直流电压给定、死区生成电路、软开关控制脉3冲生成电路、调功控制脉冲生成电路以及脉冲功率放大电路等。
四、实验原理1. PWM波形检测本实验采用三角波调制，以三角波为载波，与调制波信号进行比较输出不同宽度的脉冲。
开关S1拨向下时，DT03单元中的两运放的正向、反向输入端分别接三角波发生器及电位器，但接入的极性相反。
当运放正向输入端电压高于反向输入端电压时，运放输出高电平，反之输出低电平。
故当两运放的三角波及参考电压接入极性相反时，输出P+、P-的波形为两路相位互差180°的PWM信号。
调节参考电压的大小可改变输出PWM 信号的占空比。
在Multisim中的仿真电路及仿真波形如图2a, b, c所示，可见当三角波分别从两运放的正向、反向输入端且相同的参考电压从另一端输入时，输出为两路互差180°的PWM信号，调节参考电压大小可改变占空比。
单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验结果
单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验结果(1)控制信号的观测①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；U r频率最小时波形图，由图可知最小频率小于10HzU r频率最大波形图，由图可知最大频率等于62Hz②观察三角载波U c的波形，测试其频率，由图可知最大频率等于178.9Hz③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率改变正弦调制波信号U r的频率三角载波U c的频率是同步变化④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别PWM+”，“PWM-的区别：同一相上下两管驱动信号之间无死区SPWM1”，“SPWM2的区别：同一相上下两管驱动信号之间死区延迟时间是30ms(2)带电阻及电阻电感性负载①输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波U r 的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
U O(V) 82.2 82.4 82.5 波形F(Hz) 13.56 28.23 29.59 U O(V) 82 82 82波形F(Hz) 34.63 42.73 55.81U O(V) 82 82 82波形②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
F(Hz) 17.67 20.53 22.67U O(V) 83 83 83波形U O(V) 83 83 83 波形F(Hz) 49.61 53.78 161.15 U O(V) 83 83 83波形。
6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)熟悉ICL8038的功能。
(3)掌握SPWM波产生的基理。
(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2.实验原理采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
主电路部分:AC/DC (整流) DC/AC (逆变)图4-1 主电路结构原理图如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
(2)驱动电路:如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。
其特点如下：①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告Simulink
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1.仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM 控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。
2.仿真原理:2.1单相桥式逆变电路图1所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。
在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1和V2通断状态互补,V3和V4的通断状态互补。
下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。
图1单相桥式PWM逆变电路2.2不同控制方式原理2.2.1单极性控制方式调制信号山为正弦波，载波U c在山的正半周为正极性的三角波，在山的负半周为负极性的三角波。
在U r的正半周,V1保持通态，V2保持断态，在U r>U c 时使V4导通，V3关断，U0=U d；在U r<U c时使V3导通，V4关断，U0=0；在U r的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在U r<U c时使V3导通，V4关断，U0=-U d；在U r>U c时使V4导通，V3关断，U0=0。
这样就得到了SPWM波形U0o图2单极性PWM控制波形2.2.2双极性控制方式采用双极性方式时，在U r的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。
在U r的一个周期内，输出的PWM波只有土?？两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。
在U r的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
即U r>U c时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0,那么V1和V4通，如i0<0,那么VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压U0=U d。
U r<U c 时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i0<0,那么V2和V3通，如i0>0,那么VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压U0=-U d。
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告(Simulink)
单相正弦波PWM逆变电路仿真报告1. 仿真目的：通过对单相SPWM逆变电路不同控制方式的仿真研究，进一步理解SPWM 控制信号的产生原理，单极性、双极性控制方式的原理及不同、载波比与调制深度不同对逆变电路输出波形的影响等。
2. 仿真原理：2.1 单相桥式逆变电路图1 所示为单相桥式逆变电路的框图，设负载为阻感负载。
在桥式逆变电路中，桥臂的上下两个开关器件轮流导通，即工作时V1 和V2 通断状态互补，V3 和V4 的通断状态互补。
下面将就单极性及双极性两种不同的控制方法进行分析。
图1 单相桥式PWM逆变电路2.2 不同控制方式原理2.2.1 单极性控制方式调制信号u r为正弦波，载波u c在u r的正半周为正极性的三角波，在u r的负半周为负极性的三角波。
在u r的正半周，V1保持通态，V2保持断态，在u r>u c 时使V4导通，V3关断，u0=U d; 在u r<u c时使V3导通，V4关断，u0=0; 在u r 的负半周，V1保持断态，V2保持通态，在u r<u c时使V3导通，V4关断，u0=-U d; 在u r>u c时使V4导通，V3关断，u0=0。
这样就得到了SPWM波形u0。
图2 单极性PWM控制波形2.2.2 双极性控制方式采用双极性方式时，在u r的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的PWM波也是有正有负。
在u r的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平，而不像单极性控制时还有零电平。
在u r的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。
即u r>u c时，给V1和V4导通信号，给V2和V3以关断信号，如i0>0，则V1和V4通，如i0<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都是输出电压u0=U d。
u r<u c时，给V2和V3导通信号，给V1和V4以关断信号，这时如i0<0，则V2和V3通，如i0>0，则VD2和VD3通,不管哪种情况都是输出电压u0=-U d。
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实验报告
课程名称：现代电力电子技术
实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间：
实验班级：
总份数：
指导教师：朱鹰屏
自动化学院电力电子实验室
二〇〇年月日
广东技术师范学院实验报告
学院：自动化学院专业：电气工程及其自
动化
班级：成绩：
姓名：学号：组别：组员：
实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：
实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求
(1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。
(2)熟悉ICL8038的功能。
(3)掌握SPWM波产生的基理。
(4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
2.实验原理
采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。
实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。
主电路部分:
AC/DC (整流) DC/AC (逆变)
图4-1 主电路结构原理图
如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。
(2)驱动电路:
如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。
其特点如下：
①采用快速型的光藕实现电气隔离。
②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，起到了封锁保护作用。
图4-2 驱动电路结构原理图
图4-3保护电路结构原理图(3)控制电路
:
图4-4 控制电路结构框图
图4-5控制电路结构原理图
控制电路如图4-5所示，它是由两片集成函数信号发生器ICL8038为核心组成，其中一片
8038产生正弦调制波U r，另一片用以产生三角载波U c，将此两路信号经比较电路LM311异步调制后，产生一系列等幅，不等宽的矩形波U m，即SPWM波。
U m经反相器后，生成两路相位相差180度的±PWM波，再经触发器CD4528延时后，得到两路相位相差180度并带一定死区范围的两路SPWM1和SPWM2波，作为主电路中两对开关管IGBT的控制信号。
各波形的观测点均已引到面板上，可通过示波器进行观测。
为了便于观察SPWM波，面板上设置了“测试”和“运行”选择开关，在“测试”状态下，三角载波U c的频率为180HZ左右,此时可较清楚地观察到异步调制的SPWM波，通过示波器可比较清晰地观测SPWM波，但在此状态下不能带载运行，因载波比N太低，不利于设备的正常运行。
在“运行”状态下，三角载波U c频率为10KHZ左右, 因波形的宽窄快速变化致使无法用普通示波器观察到SPWM波形，通过带储存的数字示波器的存储功能也可较清晰地观测SPWM 波形。
正弦调制波Ur频率的调节范围设定为5-60Hz。
控制电路还设置了过流保护接口端STOP，当有过流信号时，STOP呈低电平，经与门输出低电平，封锁了两路SPWM信号，使IGBT 关断，起到保护作用。
3.主要仪器设备
4.实验内容及步骤
实验内容：
(1)控制信号的观测。
(2)带电阻及电阻电感性负载。
实验步骤：
(1)控制信号的观测
在主电路不接直流电源时，打开控制电源开关，并将DJK14挂箱左侧的钮子开关拨到“测试”位置。
①观察正弦调制波信号U r的波形，测试其频率可调范围；
②观察三角载波U c的波形，测试其频率；
③改变正弦调制波信号U r的频率，再测量三角载波U c的频率，判断是同步调制还是异步调制；
④比较“PWM+”，“PWM-”和“SPWM1”，“SPWM2”的区别，仔细观测同一相上下两管驱动信号之间的死区延迟时间。
(2)带电阻及电阻电感性负载
在实验步骤1之后，将DJK14挂箱面板左侧的钮子开关拨到“运行”位置，将正弦调制波信号U r的频率调到最小，选择负载种类：
①将输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单
相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大
调节正弦调制波信号U r的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、
频率）。
②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源(通过调节交流侧的自藕调压器，使输出直流电压保持为200V)，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
5.实验数据记录和处理
(1)将输出接灯泡负载，然后将主电路接通由控制屏左下侧的直流电源(通过调节单相交流自藕调压器，使整流后输出直流电压保持为200V)接入主电路，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率，观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
②接入DJK06给定及实验器件和DJK02上的100mH电感串联组成的电阻电感性负载，然后将主电路接通由DJK09提供的直流电源(通过调节交流侧的自藕调压器，使输出直流电压保持为200V)，由小到大调节正弦调制波信号U r的频率观测负载电压的波形，记录其波形参数（幅值、频率）。
6.实验结果与分析
(1)双踪示波器有两个探头，可同时测量两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
(2)在“测试”状态下，请勿带负载运行。
(3)面板上的“过流保护”指示灯亮，表明过流保护动作，此时应检查负载是否短路，若要
继续实验，应先关机后，再重新开机。
(4)当做交流电机变频调速时，通常是与调压一起进行的，以保持V/F＝常数,本装置是采用手动调节输入的交流电压。