高性能矢量變頻器

矢量控制技術(shù)通過(guò)坐標(biāo)變換，將三相系統(tǒng)等效變換為M-T兩相系統(tǒng)，將交流電機(jī)定子電流矢量分解成兩個(gè)直流分量(即磁通分量和轉(zhuǎn)矩分量)，從而達(dá)到分別控制交流電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩的目的，因而可獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣好的控制效果。

矢量控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，圖1是其矢量控制系統(tǒng)框圖。

本系統(tǒng)中由測(cè)量所得的電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)矢量運(yùn)算器產(chǎn)生磁場(chǎng)定向定子電流分量給定值和滑差角頻度給定值和測(cè)量所得的電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算可得轉(zhuǎn)子磁通位置角θ，并送至旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)。由測(cè)得的電流經(jīng)矢量變換得到轉(zhuǎn)矩電流分量iM和勵(lì)磁電流分量iT。

系統(tǒng)軟件由兩部分組成，VC33子系統(tǒng)矢量控制軟件和F240子系統(tǒng)的SVPWM控制軟件。

矢量控制包含大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，整個(gè)算法由多個(gè)模塊構(gòu)成，如坐標(biāo)變換、磁通計(jì)算、速度調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)模塊等。本系統(tǒng)中電流內(nèi)環(huán)的控制時(shí)間為50μs，速度外環(huán)為400μs，如圖3所示為VC33子系統(tǒng)的控制軟件流程圖。

F240子系統(tǒng)控制軟件主要完成SVPWM波形生成和電機(jī)測(cè)速程序，為達(dá)到良好的控制效果，本系統(tǒng)采用電壓空間矢量，也就是利用六個(gè)非零電壓矢量和兩個(gè)零矢量的組合起來(lái)，使電壓矢量盡量逼近圓周運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速測(cè)量用該芯片的脈沖捕獲單元。如圖4所示為F240的程序流程圖。

矢量變頻器技術(shù)是基于DQ軸理論而產(chǎn)生的,它的基本思路是把電機(jī)的電流分解為D軸電流和Q軸電流,其中D 軸電流是勵(lì)磁電流,Q軸電流是力矩電流,這樣就可以把交流電機(jī)的勵(lì)磁電流和力矩電流分開控制,使得交流電機(jī)具有和直流電機(jī)相似的控制特性,是為交流電機(jī)設(shè)計(jì)的一種理想的控制理論,大大提高了交流電機(jī)的控制特性.不過(guò)目前這種控制理論已經(jīng)不僅僅應(yīng)用在交流異步電動(dòng)機(jī)上了,直流變頻電動(dòng)機(jī)(BLDC,也就是永磁同步電動(dòng)機(jī))也大量使用該控制理論.

矢量與向量是數(shù)學(xué)上矢量(向量)分析的一種方法或概念，兩者是同一概念，只是叫法不同，簡(jiǎn)單的定義是指既具有大小又具有方向的量。

矢量是我們(大陸)的說(shuō)法,向量的說(shuō)法一般是港臺(tái)地區(qū)的文獻(xiàn)是用的.意義和"布什"和"布希"的意思大致一樣.矢量控制主要是一種電機(jī)模型解耦的概念.

在電氣領(lǐng)域主要用于分析交流電量，如電機(jī)分析，等，在變頻器中的應(yīng)用即基于電機(jī)分析的理論進(jìn)行變頻控制的，稱為矢量控制型變頻器，實(shí)現(xiàn)的方法不是唯一的，但數(shù)學(xué)模型基本一致。

交流電機(jī)矢量控制理論是德國(guó)學(xué)者K Hass和FBlaschke建立起來(lái)的，作為交流異步電機(jī)控制的一種方式，矢量控制技術(shù)已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。

交流電機(jī)的矢量控制技術(shù)是基于交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型，通過(guò)建立交流電機(jī)的空間矢量圖，采用磁場(chǎng)定向的方法將定子電流分解為與磁場(chǎng)方向一致的勵(lì)磁分量和與磁場(chǎng)方向正交的轉(zhuǎn)矩分量，并分別對(duì)磁通和力矩進(jìn)行控制，而使異步電機(jī)可以像他勵(lì)直流電機(jī)一樣控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的廣泛應(yīng)用使得矢量控制逐漸走向了實(shí)用化。

DSP按數(shù)據(jù)格式可分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP兩類。考慮到價(jià)格原因，早期的矢量控制器多采用定點(diǎn)DSP，而浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算要經(jīng)過(guò)軟件處理，因此增加了軟件的復(fù)雜性。隨著浮點(diǎn)DSP性價(jià)比的提高，更多的矢量控制器將采用浮點(diǎn)DSP。而要完成電機(jī)的高性能控制，PWM調(diào)制必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在這種情況下，一個(gè)DSP很難完成矢量控制器和優(yōu)化的PWM調(diào)制兩項(xiàng)工作，需要雙機(jī)協(xié)同工作才能完成高性能的矢量控制系統(tǒng)。本文基于TI公司的浮點(diǎn)DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240設(shè)計(jì)了雙微機(jī)結(jié)構(gòu)的矢量控制系統(tǒng)。TMS320VC33主要完成矢量控制計(jì)算，發(fā)揮它浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算快的特點(diǎn)，而TMS320F240用硬件實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)制功能。本文給出一全數(shù)字化的雙DSP矢量控制系統(tǒng)，并在1.5kW籠型異步電機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，取得了良好效果。

SAJ 電氣是國(guó)內(nèi)知名的專業(yè)生產(chǎn)低壓變頻器的高新技術(shù)企業(yè)，享有政府技術(shù)研發(fā)資金贊助，也是廣州唯一一家擁有進(jìn)出口權(quán)的最大變頻器生產(chǎn)廠家。憑借在變頻器領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)和豐富的管理經(jīng)驗(yàn)以及不斷創(chuàng)新的精神，SAJ電氣一直保持著高速的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并深受國(guó)內(nèi)外客戶的青睞與關(guān)注。S350系列是SAJ推出的新一代高性能矢量變頻器，提供個(gè)性化變頻器產(chǎn)品解決方案，滿足客戶應(yīng)用功能需求:

■采用最新高速電機(jī)控制專用芯片DSP，確保矢量控制快速響應(yīng)

■硬件電路模塊化設(shè)計(jì)，確保電路穩(wěn)定高效運(yùn)行

■外觀設(shè)計(jì)結(jié)合歐洲汽車設(shè)計(jì)理念，線條流暢，外形美觀

■結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)，風(fēng)扇可自由拆卸，散熱性好

■無(wú)PG矢量控制、有PG矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制、V/F控制均可選擇

■強(qiáng)大的輸入輸出多功能可編程端子，調(diào)速脈沖輸入，兩路模擬量輸出

■獨(dú)特的"挖土機(jī)"自適應(yīng)控制特性，對(duì)運(yùn)行期間電機(jī)轉(zhuǎn)矩上限自動(dòng)限制，有效抑制過(guò)流頻繁跳閘

■寬電壓輸入，輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓(AVR)，瞬間掉電不停機(jī)，適應(yīng)能力更強(qiáng)

■內(nèi)置先進(jìn)的 PID 算法 ，響應(yīng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)試簡(jiǎn)單 ; 16 段速控制，簡(jiǎn)易PLC 實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定速、定向等多功能邏輯控制，多種靈活的控制方式以滿足各種不同復(fù)雜工況要求

■內(nèi)置國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS RTU ASCII 通訊協(xié)議，用戶可通過(guò)PC/PLC控制上位機(jī)等實(shí)現(xiàn)變頻器485通訊組網(wǎng)集中控制

1、低頻力矩大、輸出平穩(wěn) 2、高性能矢量控制

3、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)速精度高

4、減速停車速度快

5、抗干擾能力強(qiáng)

S350系列是新一代高性能矢量變頻器，有如下特點(diǎn)：

■采用最新高速電機(jī)控制專用芯片DSP，確保矢量控制快速響應(yīng)

■硬件電路模塊化設(shè)計(jì)，確保電路穩(wěn)定高效運(yùn)行

■外觀設(shè)計(jì)結(jié)合歐洲汽車設(shè)計(jì)理念，線條流暢，外形美觀

■結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)，風(fēng)扇可自由拆卸，散熱性好

■無(wú)PG矢量控制、有PG矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制、V/F控制均可選擇

■強(qiáng)大的輸入輸出多功能可編程端子，調(diào)速脈沖輸入，兩路模擬量輸出

■獨(dú)特的“挖土機(jī)”自適應(yīng)控制特性，對(duì)運(yùn)行期間電機(jī)轉(zhuǎn)矩上限自動(dòng)限制，有效抑制過(guò)流頻繁跳閘

■寬電壓輸入，輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓（AVR），瞬間掉電不停機(jī)，適應(yīng)能力更強(qiáng)

■內(nèi)置先進(jìn)的 PID 算法 ，響應(yīng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)試簡(jiǎn)單 ； 16 段速控制，簡(jiǎn)易PLC 實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定速、定向等多功能邏輯控制，多種靈活的控制方式以滿足各種不同復(fù)雜工況要求

■內(nèi)置國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS RTU ASCII 通訊協(xié)議，用戶可通過(guò)PC/PLC控制上位機(jī)等實(shí)現(xiàn)變頻器485通訊組網(wǎng)集中控制