高性能矢量變頻器技術

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

矢量與向量是數(shù)學上矢量(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)的說法,向量的說法一般是港臺地區(qū)的文獻是用的.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模型解耦的概念.

在電氣領域主要用于分析交流電量，如電機分析，等，在變頻器中的應用即基于電機分析的理論進行變頻控制的，稱為矢量控制型變頻器，實現(xiàn)的方法不是唯一的，但數(shù)學模型基本一致。

交流電機矢量控制理論是德國學者K Hass和FBlaschke建立起來的，作為交流異步電機控制的一種方式，矢量控制技術已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。

交流電機的矢量控制技術是基于交流電機的動態(tài)模型，通過建立交流電機的空間矢量圖，采用磁場定向的方法將定子電流分解為與磁場方向一致的勵磁分量和與磁場方向正交的轉(zhuǎn)矩分量，并分別對磁通和力矩進行控制，而使異步電機可以像他勵直流電機一樣控制。隨著計算機技術飛速發(fā)展，功能強大的數(shù)字信號處理器(DSP)的廣泛應用使得矢量控制逐漸走向了實用化。

DSP按數(shù)據(jù)格式可分為定點DSP和浮點DSP兩類?？紤]到價格原因，早期的矢量控制器多采用定點DSP，而浮點數(shù)運算要經(jīng)過軟件處理，因此增加了軟件的復雜性。隨著浮點DSP性價比的提高，更多的矢量控制器將采用浮點DSP。而要完成電機的高性能控制，PWM調(diào)制必須進行優(yōu)化設計。在這種情況下，一個DSP很難完成矢量控制器和優(yōu)化的PWM調(diào)制兩項工作，需要雙機協(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DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240設計了雙微機結構的矢量控制系統(tǒng)。TMS320VC33主要完成矢量控制計算，發(fā)揮它浮點數(shù)運算快的特點，而TMS320F240用硬件實現(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籠型異步電機上進行了實驗，取得了良好效果。

矢量控制技術通過坐標變換，將三相系統(tǒng)等效變換為M-T兩相系統(tǒng)，將交流電機定子電流矢量分解成兩個直流分量(即磁通分量和轉(zhuǎn)矩分量)，從而達到分別控制交流電動機的磁通和轉(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)中由測量所得的電機轉(zhuǎn)速，通過矢量運算器產(chǎn)生磁場定向定子電流分量給定值和滑差角頻度給定值和測量所得的電機轉(zhuǎn)速經(jīng)過積分運算可得轉(zhuǎn)子磁通位置角θ，并送至旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)。由測得的電流經(jīng)矢量變換得到轉(zhuǎn)矩電流分量iM和勵磁電流分量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)學運算，整個算法由多個模塊構成，如坐標變換、磁通計算、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波形生成和電機測速程序，為達到良好的控制效果，本系統(tǒng)采用電壓空間矢量，也就是利用六個非零電壓矢量和兩個零矢量的組合起來，使電壓矢量盡量逼近圓周運動。轉(zhuǎn)速測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。

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

■采用最新高速電機控制專用芯片DSP，確保矢量控制快速響應

■硬件電路模塊化設計，確保電路穩(wěn)定高效運行

■外觀設計結合歐洲汽車設計理念，線條流暢，外形美觀

■結構采用獨立風道設計，風扇可自由拆卸，散熱性好

■無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

■獨特的"挖土機"自適應控制特性，對運行期間電機轉(zhuǎn)矩上限自動限制，有效抑制過流頻繁跳閘

■寬電壓輸入，輸出電壓自動穩(wěn)壓(AVR)，瞬間掉電不停機，適應能力更強

■內(nèi)置先進的 PID 算法 ，響應快、適應性強、調(diào)試簡單 ; 16 段速控制，簡易PLC 實現(xiàn)定時、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雜工況要求

■內(nèi)置國際標準的 MODBUS RTU ASCII 通訊協(xié)議，用戶可通過PC/PLC控制上位機等實現(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)矩動態(tài)響應快、穩(wěn)速精度高

4、減速停車速度快

5、抗干擾能力強

S350系列是新一代高性能矢量變頻器，有如下特點：

■采用最新高速電機控制專用芯片DSP，確保矢量控制快速響應

■硬件電路模塊化設計，確保電路穩(wěn)定高效運行

■外觀設計結合歐洲汽車設計理念，線條流暢，外形美觀

■結構采用獨立風道設計，風扇可自由拆卸，散熱性好

■無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

■獨特的“挖土機”自適應控制特性，對運行期間電機轉(zhuǎn)矩上限自動限制，有效抑制過流頻繁跳閘

■寬電壓輸入，輸出電壓自動穩(wěn)壓（AVR），瞬間掉電不停機，適應能力更強

■內(nèi)置先進的 PID 算法 ，響應快、適應性強、調(diào)試簡單 ； 16 段速控制，簡易PLC 實現(xiàn)定時、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雜工況要求

■內(nèi)置國際標準的 MODBUS RTU ASCII 通訊協(xié)議，用戶可通過PC/PLC控制上位機等實現(xiàn)變頻器485通訊組網(wǎng)集中控制