矢量型變頻器

矢量變頻

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(shè)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(yīng)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(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(lǐng)域主要用于分析交流電量，如電機分析，等，在變頻器中的應(yīng)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(xué)模型基本一致。

1 引言

交流電機矢量控制理論是德國學(xué)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(shù)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(shù)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(shù)飛速發(fā)展，功能強大的數(shù)字信號處理器(DSP)的廣泛應(yīng)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(fù)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(shè)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(shè)計了雙微機結(jié)構(gòu)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。

2 矢量控制的原理

矢量控制技術(shù)通過坐標(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。

3 系統(tǒng)組成及設(shè)計

基于雙DSP矢量控制的三相籠型異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖，該變頻器采用交直交電壓型結(jié)構(gòu)和SVPWM脈寬調(diào)制方式。系統(tǒng)由三相整流器、濾波電容、電壓型逆變器、逆變器驅(qū)動電路、三相籠型異步電機和雙DSP控制系統(tǒng)構(gòu)成。

其中雙DSP控制系統(tǒng)由VC33子系統(tǒng)，F(xiàn)240子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)交換單元三部分構(gòu)成。矢量控制以VC33芯片為核心，用來完成矢量控制核心算法，及兩相電流檢測。F240主要完成三相PWM波形生成，電機測速及過壓保護功能。數(shù)據(jù)交換部分采用雙端口RAM，可使兩個DSP芯片迅速、方便地交換數(shù)據(jù)，增強了雙DSP系統(tǒng)的并行處理能力。

◆數(shù)控車床、立車、旋轉(zhuǎn)平面、磨床、剃齒機、機械加工中心

◆紡絲機、精紡機、織機、印染、皮革

◆涂料攪拌、搬運車、裝卸機械

◆塑料機械、陶瓷機械、電工機械、食品機械、輕工機械、制藥機械等行業(yè)

◆控制方式:無PG矢量控制、V/F控制、轉(zhuǎn)矩控制

◆過載能力:150%額定電流60s;180%額定電流10s◆起動轉(zhuǎn)矩:無PG矢量控制:在0.5Hz能夠有150%的起動轉(zhuǎn)矩

◆調(diào)速比:無PG矢量控制:1:100

◆速度控制精度:無PG矢量控制:±0.5%最高速度

◆載波頻率:0.5K~15.0KHz

◆頻率設(shè)定方式:數(shù)字設(shè)定、模擬量設(shè)定、串行通訊設(shè)定、多段速、PID設(shè)定等。

◆多段速控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)8段速控制

◆擺頻控制功能，適用于紡織控制場合。

◆PID控制功能。

◆瞬時停電不停機功能。

◆轉(zhuǎn)速追蹤再起動功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中電機的無沖擊平滑起動。

◆自動穩(wěn)壓功能:當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒定。

◆提供多種故障保護功能:過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能。

◆高速DSP數(shù)字處理芯片，高性能IGBT逆變模塊。