正弦脉宽调制变频调速系统实验报告
正弦脉宽调制变频调速系统实验报告
实验报告课程名称：电机控制指导老师：成绩：实验名称：正弦脉宽调制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、实验线路及原理SPWM 变频器供电的异步电机变频调速系统的实验原理图如图1所示，其中控制键盘与运行显示布置图见图2所示。
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。
整个系统可按图1所示的接线端编号一一对应接线。
图1 SPWM 变频调速系统原理图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 r=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。
图2 SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图(3)V/f曲线有四条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，如图3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时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。
实验四单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验
实验四单相正弦波脉宽调制SPWM变频调速系统实验一、实验目的(1)掌握异步电动机变频调速的原理。
(2)了解异步电动机变频调速运行的基本参数，V/f曲线。
二、实验所需挂件及附件序号12345型号DJK01电源控制屏DJ21-1单相电阻启动异步电动机双踪示波器万用表备注该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
自备自备DJK11单相异步电机SPWM变频调速或DJK14单相交直交变频原理三、实验线路及原理单相异步电动机的调速除了其起动需要另加附加绕组及相关电路之外，其变频调速原理与三相异步电动机相同，下面仍然以三相异步电动机的调速原理来说明，由电机学可知，电机的转速表达式为:60f1n(1)no(1)p其中f1为定子供电频率；p为电机的磁极对数；为转差率，由上式可知改变定子供电频率f1可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。
即E14.44f1ωK1φE11φ()f14.44ωK11在忽略定子阻抗压降的情况下，E1≈U1φU1C,其中c为常数。
f4.44ωK11为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压U1，即保证φU1常数。
f1单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设计的，因此由该逆变器供电的单相电动机可以实现速度调节的要求，其原理框图如图7-3所示。
单相异步电机采用电阻分相启动式，启动绕组串接PTC保护器，当启动完毕时在离心开关的作用下自动切除启动支路。
在微处理器的控制下，利用键盘可以改变电路输出的V/f比值，用键控方式改变输出频率以达到调频调速的目的。
关于逆变电路的原理请参考相关书籍、其输出电压波形为脉冲宽度按正弦规律变化的调制波，其中含有基波分量和各种高次谐波，以基波分量为主，谐波分量较小，当基波频率与幅值按某种恒压/频的规律变化时，电机转速随之改变。
交流调速实验报告
实验一三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验一、实验目的(1)掌握SPWM的基本原理和实现方法。
(2)熟悉与SPWM控制有关的信号波形。
二、实验所需挂件及附件(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。
四、实验报告1、画出条件（1）-(3)与SPWM调制有关信号波形，得出SPWM控制的结论，说明SPWM 的调频和调压基本原理。
（1）测试三角载波信号波形（2）测试SPWM调制之前的正弦波信号。
a)0.5Hzb)10Hz:c)20Hz:d)30Hz:e)50Hz:（3）测试SPWM调制之后的正弦波信号。
a)0.5Hzb)10Hz:c)20Hz:d)30Hz:e)50Hz:结论：SPWM信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变。
当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。
即以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
调频原理：改变参考波频率，即可调节SPWM波的基波频率；调压原理：改变参考波幅值，即可调节SPWM波的宽度，从而改变输出电压的有效值；2、测试在0.5HZ～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率关系表，把结果填入下表。
实验二 正弦脉宽调制(SPWM)变频调速实验
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
4、实验内容
＊ 运行频率f1=5Hz，比较研究 ① 载波频率f0=500Hz、1000Hz、2000Hz下，电机低 速运行的噪声、振动、转速平稳程度， ② 描述不同V/f曲线下的起动能力 ③ 记录f0=2000Hz时线电压/线电流波形
SPWM变频调速实验
5、实验注意
（1）操作注意 ＊ 观测电机电压、电流时注意探头公共地线接法 以U相为例
探头1
U V W
示波器探头地线
M
探头2
采样电阻
＊ 波形采集 使用示波器采集，自带拍照工具。
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
5、实验注意
（1）实验报告注意 ＊ 对实验波形，对照PWM调制理论进行分析，特别 是记录的波形 ＊ 对观察、描述的实验内容作详尽的描述、分析， 得出和符理论的结论，特别报告： ① 不同调制比对运行性能的影响 ② 低速运行平稳性与调制比关系
（2）驱动电路 脉冲变换→光电隔离→施加在MOSFET栅极
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
SPWM变频调速实验
（3）过流保护 Idc
——主电路4-5间接采样电阻，检测其上电压 ——过流后发出“OC”信号 ● 封锁驱动电路脉冲 ● MP保护电路工作，显示“OC”，并停机 解除停机，按复位键。
1. 加深理解自然采样法形成双极性SPWM的机理； 2. 熟悉SPWM变频器功率主电路、控制电路的结构和连接 关系； 3. 了解SPWM调制三种控制方式、控制参数及输出波形。
机电运动控制系统 机电运动控制系统 直流电动机的控制 SPWM变频调速
基于正弦脉宽调制技术的无刷直流电动机调速系统的实现
ＷＲ Ｒ 、 Ｄ为写 、 读选通 端 。使 用时 ， 与外 配单 片机 的写 、
读选通线相连。 Ａ Ｅ可直接与外配单片机的 Ａ Ｅ相连 。 Ｌ Ｌ
２ 单片机 的软件结构
软件设计是整个逆变器控制 的核 心 ， 决定着 变频器的 它 输 出特性 。在 图 ３中给出了本系统的程序 流程 图。
引言
无刷 直流电动机 是 随着 电力 电子 器件 及新 型材 料发 展 而迅 速成熟起来 的一种新型机 电一体 化 电动机 ， 它既具有 交
流电动机 的结构简单 ， 运行 可靠 ， 维护 方便等优 点 ， 又具备 直
流电动机那样 良好 的调 速特性 而无 由于机 械式换 向器带来 的问题 ， 还具 有运 行转速 稳定 、 效率 高、 相对成 本低 等优 点 。 其应用从最初的军 事工业 ， 向航空 航天 、 医疗 、 信息 、 家电 以 及工业 自动化领域 迅速发展 。
２ （ ）与单片机的接 口信号 １
南 京 工 业 职 业技 术 学 院 学 报
第 ７卷第 ４期
一
个是转子位置传感器 的输 出信号 ， 交流 电压输 出信号经 Ａ ／
Ａ Ｏ～Ａ ７为 ８位地址数 据复用总线 端。使用时 ， Ｄ Ｄ 与外
配单片器的地址 及数 据线相连 。
Ｄ转换后 ， 与转 子位 置传 感器 的输 出信 号一 起送 到 ＭＣ －１ Ｓ５
性 能趋 于理 想 。
图 １ 硬 件 结构 原 理 框 图
紧凑 ， 避免 了分布参数的影响 。而且 在运行 出现过 载等 异常 现 象使 能起保护作用 。 １２ Ｓ ４２ ． Ａ ８ ８的引脚 功能 Ｓ ４２ Ａ ８８是英 国 Ｍ Ｔ Ｌ公司研制出的一种专 门用于 三相 ＩＥ Ｓ ＷＭ信号发生 和控 制 的集 成 电路芯 片 。它 采用 ２ Ｐ ８引脚 。 其引脚如 图 ２所示 ， 大体 可以分为 三类信号 ：
伺服电机实验
实验一异步电机变频调速实验1. 正弦波脉宽调制（SPWM）方式的实验1.1实验目的1）过实验掌握SPWM的基本原理和实现方法2）悉与SPWM控制方式相关的信号波形1.2实验原理所谓正弦波脉宽调制就是把一个正弦波分成等幅而不等了与正弦宽的方波脉冲串，每一个方波的宽度，与其所对应时刻的正弦波的值成正比，这样就产生波等效的等幅矩形脉冲序列波，由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。
当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应与逆变器的输出电压波形相似。
从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。
但较为实用的办法是引用“调制”这一概念，以所期望的波形(在这里是正弦波)作为调制波，而受它调制的信号称为载波。
在SPWM中常用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，当它与任何一个光滑的调制函数曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该调制函数值的矩形脉冲。
1.3 实验设备及仪器1）KR-1系列变频调速实验系统一套。
2）双踪示波器一台。
1.4 实验步骤1）接通电源，打开开关。
2）将P07号参数设置为00，选择SPWM控制方式。
将加速度设置到10，按“运行”键，控制电动机运行，观察电动机的加速过程，直至电动机达到稳速运行状态，按照60HZ的频率运行。
3）通过示波器，观察三相正弦波信号（在测试孔1、2、3）。
分别如下4）通过示波器，观察三角波载波信号，并估算其频率（在测试孔5）。
5）通过示波器。
观察SPWM波信号（在测试孔6、7、8、9、10、11）。
6）将频率设定值在0.1HZ—100HZ的范围内不断变化，通过示波器在测试孔1、2、3中观察信号的频率和幅值的关系。
1.5 实验总结2. 六脉冲型电压矢量控制方式的实验2.1实验目的1）通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理和实现方法。
03.学习情境1-学习性工作任务3-(实训项目1)： 三相正弦波脉宽调制SPWM变频原理实验
学习情境 1-学习性工作任务3
16
《通用变频器应用技术》
3.5
实训理论基础及主要环节演示
3. 实训所用主要挂件认识
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。
学习情境 1-学习性工作任务3
7
《通用变频器应用技术》
3.5
实训理论基础及主要环节演示
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）。
《通用变频器应用技术》
通用变频器应用技术
学习情境 1-学习性工作任务3
1
《通用变频器应用技术》
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
2
《通用变频器应用技术》
1.3
学习任务引入
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
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。
实验实训一三相正弦波脉宽调制（spwm）变频原理实验一、实验目的
实验实训一三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频原理实验一、实验目的1．掌握SPWM的基本原理和实现方法。
2．熟悉与SPWM控制有关的信号波形。
二、实验设备DJK01电源控制屏 1个DJK13三相异步电动机变频调速控制 1套示波器 1台三、实验线路及原理实验线路及原理可参看相关的教材。
四、实验步骤1．接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式（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，用示波器在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．逐渐升高频率，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。
五、实验注意事项实验中一定要先把电机的开关关闭。
六、实验报告及要求1．画出与SPWM调制有关信号波形，说明SPWM的基本原理。
2．分析在0.5HZ~50HZ范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。
3．分析在50HZ~60HZ范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。
4．写出本实验的心得与体会。
实验实训二变频器的面板操作及运行一、实验目的1．了解变频器的操作方法及显示特点。
2．了解并熟悉变频器的各种运行模式。
3．熟练掌握变频器运行方式的切换和参数的预置方法。
二、实验实训设备三菱FR-A540系列变频器 1台三、实验内容及步骤1．熟悉变频器的面板操作1）仔细阅读变频器的面板介绍，掌握在监视模式下（MON灯亮）显示Hz、A、V的方法，以及变频器的运行方式、PU运行（PU灯亮）、外部运行（EXT灯亮）之间的切换方法。
2）全部清除操作为了实验能顺利进行，在实验开始前要进行一次“全部清除”操作，步骤如下：①按下MODE键至运行模式，选择PU运行（PU灯亮）。
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
变频调速实训实训报告
《变频调速实训》工作任务书学院：班级：姓名：学号：《变频调速实训》专业能力考核配分评分标准任务1 变频器的面板操作与运行任务目的：1. 熟悉变频器的面板操作方法。
2. 熟练变频器的功能参数设置。
3. 熟练掌握变频器的正反转、点动、频率调节方法。
任务引入：变频器MM420系列（MicroMaster420）是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。
它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。
对于变频器的应用，必须首先熟练对变频器的面板操作，以及根据实际应用，对变频器的各种功能参数进行设置。
相关知识点：一．变频器面板的操作利用变频器的操作面板和相关参数设置，即可实现对变频器的某些基本操作如正反转、点动等运行。
变频器面板的介绍及按键功能说明详见本书任务1.4变频器的调试，具体参数号和相应功能参照系统手册。
二．基本操作面板修改设置参数的方法MM420在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。
如果要用BOP 进行控制，参数P0700应设置为1，参数P1000 也应设置为1。
用基本操作面板(BOP)可以修改任何一个参数。
修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。
下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板(BOP)修改设置参数的流程，见表2-1。
键，访问参数键，直到显示键，直到显示键，显示当前值键，达到所要求的值键，存储当前设置键，显示键，显示频率任务训练 ：一、训练内容通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速控制。
二、训练工具、材料和设备西门子MM420变频器、小型三相异步电动机、电气控制柜、电工工具（1套）、连接导线若干等。
三、操作方法和步骤1．按要求接线系统接线如图2-1所示，检查电路正确无误后， 合上主电源开关QS 。
图2-1 变频调速系统电气图2．参数设置（1）设定P0010＝30和P0970＝1，按下P 键，开始复位，复位过程大约3min ，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。
苏州大学实验报告-输出比较和脉宽调制(PWM)实验
苏州大学实验报告院、系年级专业姓名学号课程名称成绩指导教师同组实验者实验日期实验名称：输出比较和脉宽调制（PWM）实验一．实验目的通过该实验实习，进一步熟悉MT-IDE嵌入式开发系统环境、汇编和C语言以及调试方式；理解定时器模块的输出比较功能；理解脉宽调制的相关概念和基本原理；初步了解如何用定时器通道实现脉宽调制；理解课本中的程序代码。
二．实验内容编制一个产生脉宽调制波的程序。
要求该脉宽调制波的周期为10ms，脉宽值初始化为0，然后以一秒为间隔递增脉宽值0x20，当脉宽值到达0x0180后开始以相同的时间间隔相同的值递减脉宽，当脉宽值递减到0x0000后再递增，如此循环往复。
同时要求该PWM波从定时器1通道0输出到一指示灯上以显示结果，并使得小灯亮度与脉宽值大小相一致。
三．实验过程（一）原理图图1PWM模块框图（二）基本原理定时器的每一个通道都可以设置为在溢出时自动翻转电平，利用这一特性，定时器通道可以实现PWM。
预置计数寄存器的值将决定脉宽调制波的周期。
当计数寄存器的计数达到预置寄存器的值时，该通道的输出将自动翻转。
所以两次溢出之间的时间就是PWM的周期。
占空比由通道寄存器的值决定。
因为在发生输出比较时，输出电平将根据每一个通道的控制状态寄存器的ELSxA位、ELSxB位的设置而发生。
这样在一次时钟溢出的周期内输出电平将发生两次翻转，发生输出比较到发生时钟溢出之间的时间就是脉宽调制波的占空比。
四．编程（一）流程图图2 PWM流程图（二）所用寄存器名称及其所用的位T1状态和控制寄存器（T1 Status and Control Register，T1SC）T1 通道0状态和控制寄存器（T1 Channel0 Status and Control Register，T1SC）T1通道寄存器（T1 Channel Register）T2状态和控制寄存器（T2 Status and Control Register，T2SC）T2计数寄存器（T2 Counter Register，T2CNTH、T2CNTL）T2预置寄存器(T2 Counter Modulo Register，T2MODH、T2MODL)（三）主要代码段12．C五．实验问答（根据实验指导书所列举的问题）（一）在该实验中，产生PWM波和进行计时是否可以使用同一个定时器，为什么？不可以。
正弦脉宽调制变频器
引言随着电力电子技术的飞速发展，正弦脉宽调制( SPWM)变频器也得到了大力的发展，在各个领域内得到了广泛的应用。
SPWM 变频器主要应用于中小容量，高性能的交流调速系统中，这种新型的变频器具有如下的优点：(1) 输出电压的幅值和频率均在逆变器内控制和调节，可以方便的实现压频比恒定控制或低频时幅值电压的补偿等功能，系统的动态性能较好;(2) 功率变化只在逆变器内完成，逆变器可由二极管整流供电，电网的功率因数较高；(3) 由SPWM 逆变器供电的异步电机的电流波形接近正弦波，谐波分量较少，矩阵脉动小，改善了电动机的运行性能。
鉴于正弦脉宽( SPWM)变频器的上述优点，以及在实际电气传动系统中，不同设备对电源的不同需求。
本文采用了新型功率器件IGBT 和8031AH 单片机控制系统，设计了一种新型的单相桥式SPWM 变频电源。
该变频电源采用恒压频比控制，即U/F 为常数，能使主频率在0 ～100Hz 内可调，且将软件设计和硬件设计结合起来，减少了硬件电路的不必要的成本，又使软件编程不至于繁锁。
本设计由我和张建忠同学合作完成，我主要作硬件原理设计参数计算与软件编程、调试等工作，具体内容在本论文中有详述。
而有关硬件绘图、电路仿真及电路介绍等内容可参阅张建忠同学的毕业论文。
由于设计者的能力有限，在设计过程中得到了常宝林老师的悉心教导和大力协助，才将本设计顺利的完成。
在此，向指导老师并支持过我们的各位老师表示衷心的感谢。
第一章脉宽调制（PWM ）逆变器一、脉宽调制技术（PWM ）及其分类二、正弦脉宽调制技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、同步调制和异步调制⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、SPWM 波形的软件生成⋯⋯⋯⋯第二章单相桥式正弦脉宽调制（SPWM ）变频电源硬件设计⋯⋯一、设计方案及总体框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..二、电路原理与参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.. §1. 主电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯§2. 驱动电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯§3. 吸收电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..§4. 保护电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.§5. 控制及接口电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.第三章软件设计⋯⋯一．对称规则采样法二．地址分配⋯⋯⋯三．程序设计⋯⋯⋯四．程序调试与仿真五．程序清单⋯⋯⋯结束语参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯外文翻译⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一章脉宽调制逆变器一、脉宽调制（PWM ）技术及其分类在电气传动系统中，广泛的应用的PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的的一种控制技术。
正弦脉宽调制(spwm)控制
正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527+关注献花(4)为了使变压变频器输出交流电压得波形近似为正弦波，使电动机得输出转矩平稳，从而获得优秀得工作性能，现代通用变压变频器中得逆变器都就是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制得，只有在全控器件尚未能及得特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm控制基础得就是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。
图3-1与正弦波等效得等宽不等幅矩形脉冲波序列3、1正弦脉宽调制原理一个连续函数就是可以用无限多个离散函数逼近或替代得，因而可以设想用多个不同幅值得矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。
图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅得波形(假设分出得波形数目n=12)，如果每一个矩形波得面积都与相应时间段内正弦波得面积相等，则这一系列矩形波得合成面积就等于正弦波得面积，也即有等效得作用。
为了提高等效得精度，矩形波得个数越多越好，显然，矩形波得数目受到开关器件允许开关频率得限制。
在通用变频器采用得交-直-交变频装置中，前级整流器就是不可控得，给逆变器供电得就是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅得矩形波用一系列等幅不等宽得矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波得面积都相等，也应该能实现与正弦波等效得功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。
例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9)，把每一等分得正弦曲线与横轴所包围得面积都用一个与此面积相等得矩形脉冲来代替，矩形脉冲得幅值不变，各脉冲得中点与正弦波每一等分得中点相重合，这样就形成spwm波形。
同样，正弦波得负半周也可用相同得方法与一系列负脉冲波等效。
这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效得spwm 波形称作单极式spwm。
正弦脉宽调制(SPWM)控制
正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527 + 关注献花 (4)为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm 控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称 spwm)。
图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3.1正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1 所示。
图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。
为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。
在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。
例如，把正弦半波分作n 等分(在图 3-2 中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm 波形。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。
这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm 波形称作单极式 spwm。
电力电子实验三
分析电路的工作原理，并画出电路图。
2. 熟悉 SimPowerSystems 的功能模块，灵活运用，举一反三练习。
实验要求：
1. 熟悉 Matlab 的电力系统仿真集成工具 SimPowerSystems 的使用方法；
2. 独立建立仿真模型；
3. 进行参数设置；
4. 独立完成仿真实验内容。
实验内容及步骤：
一）新用到的元件提取路径: SimPowerSystems/Extra Library/ Discrete Control Blocks/ Discrete 1-phase PLL SimPowerSystems/Extra Library/ Discrete Control Blocks/ Discrete 3-phase PWM Generator SimPowerSystems/Extra Library/ Discrete Control Blocks/Discrete 3-phase Programmable Source SimPowerSystems/Power Electronics/ Three-Level Bridge SimPowerSystems/Extra Library/Three-Phase Library/ Three-phase Linear Transformer 12-terminals SimPowerSystems/Elements/ 3-Phase Parallel RLC Load Simulink/ Signal Routing/Bus Creator SimPowerSystems/Connectots/Bus Bar （thin horiz）
分析实验结果：
设置仿真时间为：0.1s、采用 ode23s (stiff/Mod. Rosenbrock)算法。
控制与应用实验(实验六直流电机脉宽调制调速)
THANKS
感谢观看
数据处理与图表绘制结果
通过数据处理和图表绘制，我们得出了直流电机转速与占空比、输 入电压与电流等参数之间的关系曲线。
结果分析与讨论
结果分析
01
根据实验数据和图表，分析直流电机脉宽调制调速的原理和特
性，探讨占空比、输入电压等参数对电机转速的影响。
误差分析
02
对实验过程中可能存在的误差进行分析，如测量设备的误差、
程序中应包含PWM信号的生成、控 制逻辑的实现等。
调试与测试
启动实验装置，观察直流电机 是否按照预期进行调速。
通过调整PWM信号的占空比， 观察电机转速的变化，并记录 实验数据。
对实验结果进行分析，验证脉 宽调制调速的原理和控制效果。
03
实验结果与分析
实验数据记录
实验数据记录
在实验过程中，我们记录了不同占空比下的直流电机转速数据， 包括电机输入电压、电流、输出转速等参数。
直流电机
用于实验的驱动设备，应具备 可调速功能。
脉宽调制器
用于生成PWM信号，控制直流 电机的转速。
电源
为电机和调制器提供稳定的直 流电源。
数据采集与记录设备
用于实时监测电机的转速、电 流等参数，并记录实验数据。
实验原理简述
• 脉宽调制（PWM）是一种通过调节脉冲宽度来控制电压或电 流的方法，广泛应用于电机控制领域。在直流电机调速实验中， PWM信号被用来调节电机的输入电压或电流，从而实现电机 的无级调速。通过改变PWM信号的占空比，可以精确地控制 电机的转速和转矩，具有响应速度快、控制精度高等优点。
引入更先进的控制算法， 以提高直流电机的调速 精度和稳定性。
变频调速总结报告
科研训练姓名：谢毅指导教师：于德亮学科、专业：电气工程及其自动化班级、学号：电气 12- 8 班 18号答辩日期： 2015年 9月 2日科研训练任务书一、项目名称：单相变频调速系统的设计二、基本要求：1．系统电源：AC220V/50Hz。
2．输出要求：交流正弦电压，电压有效值小于200V，频率10~50Hz可调。
3．频率设定：采用3个独立式按键输入，其中：按键“加”为设定频率增加，按键“减”为设定频率减小，按键“确定”为设定频率有效。
4．频率显示：采用2位七段LED显示。
三、训练任务：1．控制电路设计：（1）电路板电源滤波和指示，（2）正弦信号生成电路，（3）载波产生电路，（4）调制波信号生成电路，（5）频率设定及显示电路，（6）驱动电路。
2．主电路设计：（1）整流滤波电路设计；（2）MOSFET单相桥式逆变电路设计；（3）LC滤波整形电路设计。
3．电路原理图及PCB的绘制：用PROTEL绘制主电路及控制电路的原理图，并完成PCB布线。
4．C语言软件编程：在Keil编译环境下，使用C语言编程实现系统的主要功能。
5．硬件电路制作及调试：完成硬件电路的安装制作，并在给定输入条件下调试软硬件功能。
四、参考资料：1. 王兆安，电力电子技术．北京：机械工业出版社，2009.2. 陈坚，电力电子学．北京：高等教育出版社，2003.3．闫玉德，MCS-51单片机原理与应用（C语言版），机械工业出版社，2012. 4．李全利，单片机原理及接口技术（第二版），高等教育出版社，2009.电力电子与电力传动专业科研训练项目验收书摘要：以AT89C51单片机为控制中枢，基于LM339电压比较器芯片借助SPWM脉冲宽度调制技术控制MOSFET导通和关断，实现AC220V，50HZ的交流正弦电转换成电压小于220V，频率在10HZ 到50HZ之间可调交流正弦电。
目录引言变频技术的诞生背景是交流电机无极调速的广泛需求。
传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。
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实验报告
课程名称：电机控制指导老师：成绩：
实验名称：正弦脉宽调制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
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、实验线路及原理
SPWM 变频器供电的异步电机变频调速系统的实验原理图如图1所示，其中控制键盘与运行显示布置图见图2所示。
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。
整个系统可按图1所示的接线端编号一一对应接线。
图1 SPWM 变频调速系统原理图
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 r=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。
图2 SPWM变频器控制键盘与运行显示面板图
(3)V/f曲线
有四条V/f曲线可供选择，以满足不同的低频电压补偿要求，如图3所示。
曲线1: f1=1～50Hz, U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz，U1=220V
曲线2：f1=1～5Hz, U1=21.5V
f1=6～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz, U1=220V
曲线3：f1=1～8Hz, U1=34.5V
f1=9～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=51～60Hz, U1=220V
曲线4：f1=1～10Hz, U1=43V
f1=11～50Hz，U1/f1=220/50=4.4V/Hz
f1=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时间，10s以下步增量为1s，10s到60s步增量为5s。
图3 不同的V/f曲线
三、实验内容
(1)用SPWM变频器驱动三相异步电动机实现变频调速运行。
(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线电压、线电流
波形。
(3)改变V/f曲线，观察变频器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。
四、实验设备
(1) MCL现代运动控制技术实验台主控屏。
(2) SPWM变频调速系统实验组件挂箱。
(3)三相异步电动机一测功机组。
(4)双踪记忆示波器。
(5)数字式万用表。
五、实验方法
按图1连接好主电路，将该组件挂箱的控制电源端接入220V交流电，闭合控制电源开关，电源指示灯亮，表示挂箱通电。
此时，控制键盘上的数码管显示“P”，表示微机系统处于等待接受指令状态。
“运行”、“停止”键用来启动、关闭变频器。
开机或复位后变频器的缺省设置为：
混合调制方式，运行频率为50Hz，加速时间为3s，选中V/f曲线2。
SPWM变频器运行参数的设定可通过如图2所示的键盘显示部分来实现。
发光管用来指示运行方式及数码管显示内容。
按“设置”键可进入设置状态，数码管闪烁显示。
进入设置状态后，可按“加速时间”、“V/f曲线”、“同步调制”、“异步调制”、“混合调制”、“调制比”、“载波频率”、“运行频率”等键选择各个参数，按“上升”、“下降”键可进行参数设置，设置完毕后按“确认”键以输入设定的参数，同时退出设置状态，数码管恢复正常显示，设置后需再按“运行”键才能使变频器以设定好的参数运行。
“运行频率”也可在退出设置状态后，直
接按“上升”、“下降”键进行设置。
设置时应注意各个参数之间的依赖性，如在混合调制方式时，不允许设置调制比和载波频率；在同步调制方式时，不允许设置载波频率；在异步调制方式时，不允许设置调制比。
如没按允许进行设置，则系统不响应键盘。
调制方式重新设置后，相关参数将变成以下缺省值：
同步调制：F r=15；异步调制：f0=500Hz，V/f曲线和加速时间这两个参数不受影响。
退出设置状态后，按“加速时间”、“V/f曲线”、“调制比”、“载波频率”、“运行频率”等键可查看相应的参数值。
实验中可通过各观察孔来观察SPWM的形成过程、合成波形(10和11之间)、各功率器件上的栅极驱动信号（建议观察下桥臂元件，即13、14、15和11之间）、开关元件上电压波形（7、8、9与5之间）、直流母线电压（1和3之间）、电流波形（5和4之间）、输出线电压波形（U、V、W之间）、输出线电流波形（7、8、9和U、V、W之间）。
本次实验内容为：
1．异步调制实验
(1)运行频率f1=50Hz，载波频率f0分别设置为500Hz和1kHz。
记录以下波形：
○1调制波/载波和SPWM波形
○2电机空载运行时线电压/线电流波形
具体实验方法：
打开试验台总电源（钥匙），打开变频器电源开关，打开试验台交流输出电源开关（绿色按钮）并调节到220V（通过电压调节旋钮旁边指针表读数）。
按照上文所述的方法设置好运行参数（以运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz为例）：先按“设置”键进入设置状态，选择异步调制，然后设定运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz，设置完成后按“确认”键以输入设定的参数。
接上示波器（地线接11端，一个探头接10端，用来观察调制波/载波，另一个探头接12端观察SPWM波，波形不明显可以按下示波器的“STORAGE”按钮）。
接好示波器后按“运行”键使变频器开始工作，记录波形。
波形记录好后按“停止”键，使变频器停止运行，然后将示波器地线接U端，两个探头分别接V端和7端，重新运行变频器，记录电机空载运行时线电压/线电流波形。
f0=1kHz时实验方法及记录波形同上。
(2)运行频率f1=10Hz，载波频率f0分别设置为500Hz、1kHz和2kHz。
观察低速运行时，不同载波频率对系统性能的影响。
记录2kHz时的各个实验波形，方法同上。
1．同步调制实验
运行频率f1=15Hz，载波比Fr=3。
记录以下波形：
○1调制波/载波和SPWM波形
○2电机空载运行时线电压/线电流波形
注意：同步调制时V/f曲线只能选择3或者4。
该实验必须在变频器默认参数下先按“运行”，然后在运行中按“设置”键，按要求进行参数设置，设置好后按“确认”键，然后再次按“运行”键，系统将按新的参数运行。
因为同步调制在载波比Fr=3时启动困难或者不能直接启动，应该先用其他方式使系统启动，然后在运行过程中调节参数。
实验完成后应先按试验台的红色按钮，使变频器交流输入断开，然后关掉变频器电源。
六、实验数据记录
1、调制波/载波和SPWM波形
①异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时的调制波/载波和SPWM波形
②异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时的调制波/载波和SPWM波形
③异步调制实验，运行频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时的调制波/载波和SPWM波形
④同步调制实验，运行频率f1=15Hz，调至比=3，即载波频率f0=45Hz时的调制波/载波和SPWM波形
2、电机空载运行时线电压/相电流波形
①异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=500Hz时，线电压/相电流波形
②异步调制实验，运行频率f1=50Hz，载波频率f0=1000Hz时，线电压/相电流波形
③异步调制实验，运行频率f1=10Hz，载波频率f0=2000Hz时，线电压/相电流波形
④同步调制实验，运行频率f1=15Hz，调至比=3，即载波频率f0=45Hz时线电压/相电流波形
分析：通过查看调制波/载波和SPWM波形，可以清晰的看出只有当调制波电压大于载波时，SPWM输出为正。
异步调制时，载波信号与调制信号不保持同步；一般保持载波频率不变，调节调制波频率（即运行频率）；同步调制时，载波比不变，调节调制波频率，载波频率跟随变化。
通过查看不同控制下的线电压，相电流波形，可以看出，当调制波频率较高，载波比较高时，SPWM输出频率越高，输出相电流的谐波越小。
七、实验心得
通过本次正弦脉宽调制变频调速系统，我了解了SPWM的原理以及运用自然采样法控制电机系统的方法，对于同步与异步调制的区别也有了更深入的认识。
同步调制的优点在于保持正负半周脉冲完全相同，使得输出SPWM不含偶次谐波，但在设定运行频率较低时，调制波的频率也较低，使得载波频率与SPWM的输出频率都较低，谐波会更为严重。
故一般采用低频段异步，高频段同步的分段调制法。