实训报告

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实训报告

一、实训软件平台

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。LabVIEW开发环境集成了工程师和科

学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新。与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据 LabVIEW标志LabVIEW标志显示及数据存储，等等。

LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。前面板创建完毕后，便可使用图形化的函数添加源代码来控制前面板上的对象。在程序框图上添加图形化代码，即G代码或程序框图代码。因此又被称作程序框图代码。

二、实训预习

在实训前两天，下载LabVIEW软件，初步了解该软件的用法以及各模块的未知，摸清楚LabVIEW的编程方法，同时对SVPWM的原理进行复习，熟悉具体操作流程，增强感性认识，并可从中进一步了解、巩固与深化已经学过的理论和方法，对Clark变换进行深入的认识与学习。 三、实训内容

本次实训的内容一共分为两个部分，分别是三相空间电压矢量SVPWM变频原理实验和矢量控制转速开环恒压频比变频调速实验，分为软件编程和上机实验两个部分，软件编程使用的是LabVIEW软件平台。

（一）实验一 三相空间电压矢量SVPWM 变频原理实验

1.实验目的：本次实训的目的是为了学习SVPWM调速的基本原理和实现方法和熟悉 Labview 图形化编程环境和编程方法。

2.实验设备：装有Labview 2014的Win7 64位操作系统电脑一台 3.实验原理

SVPWM是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。

SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆,并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态,从而形成PWM波形。逆变电路如图1-1示.设直流母线侧的电压是U dc ，逆变器输出的三相相电压为U A、U B 、U C ，其分别加在空间上互差120° 的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量U A (t)、 U B (t)、 U C (t)， 它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120° 。假设Um为相电压有效值，f为电源频率，则有：

?UA?t??2U?cos?2?ft??? ?UB?t??2U?cos?2?ft?2?/3????UC?t??2U?cos?2?ft?2?/3? （1-1）

其中，θ=2πft,则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量就可以表示为：

3U?t??UA?t??UB?t?ej2?/3?UC?t?ej4?/3?Umej2?ft2（1-2）

可见U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um为

相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量U(t)在三相坐标轴(a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量。

图（1-1）逆变电路

由于逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，特定义开关函数为：

?1上桥臂导通（1-3） Sx???0下桥臂导通(S a、S b、S c )的全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量U（U 2 (010)、 1001)、

U 3 (011)、U 4 (100)、U 5 (101)、U 6 (110)和两个零矢量U 0 (000)、U 7 (111)， 下面以其中一种开关组合为例分析，假设此时

图1-2 矢量U4（100）

?Uab?Udc，Ubc?0，Uca?-Udc??UaN-UbN?Udc,UaN?ucN?Udc（1-4） ?UaN?UbN?UcN?0?求解上列方程可得：UaN=2Udc/3、UbN=-Udc/3、UcN=Udc/3,代入可得

Uoutjj23?（Ua?Ube?Uce3） 32π4π同理可计算出其它各种组合下的空间电压矢量，列表如下

表1‐1 开关状态与相电压和线电压的对应关系 Sa 0 0 0 0 1 1 1 1 Sb 0 0 1 1 0 0 1 1 Sc 0 1 0 1 0 1 0 1 UA 0 -Ud/3 -Ud/3 -2Ud/3 2Ud/3 Ud/3 Ud/3 0 UC 0 2Ud/3 -Ud/3 Ud/3 -Ud/3 Ud/3 -2Ud/3 0 UAB 0 0 -Ud -Ud Ud Ud 0 0 UBC 0 -Ud Ud 0 0 -Ud Ud 0 UCA 0 Ud 0 Ud -Ud 0 -Ud 0 Uout 0 2eUdc/3 2ejπ/3Udc/3 Udc/3 2ej22ej42ej5π/32ejUdc/3 ππ/3/3Udc/3 Udc/3 π0

图1‐3八个基本电压空间矢量的大小和位置

其中非零矢量的幅值相同(模长为2Udc/3)，相邻的矢量间隔 60°，而两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电压矢量。由于三相正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电压，其旋转速度是输入电源角频率，等效旋转电压的轨迹将是如图1‐3所示的圆形。所以要产生三相正弦波电压，可以利用以上电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由 U 4 (100)位置开始，每一次增加一个小增量，每一个小增量设定电压向量可以用该区中相邻的两个基本非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的。

4.实验步骤

（1）创建判断电压空间矢量Uout所在的扇区的子Vi

判断电压空间矢量Uout所在扇区的目的是确定本开关周期所使用的基本电压空间矢量。用Uα和Uβ表示参考电压矢量Uout在α、β轴上的分量，定义 Uref1，Uref2，Uref3三个变量，令：