矢量型变频器

矢量变频

矢量变频器技术是基于DQ轴理论而产生的,它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流,其中D轴电流是励磁电流,Q轴电流是力矩电流,这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制,使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性,是为交流电机设计的一种理想的控制理论,大大提高了交流电机的控制特性.不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了,直流变频电动机(BLDC,也就是永磁同步电动机)也大量使用该控制理论.

矢量与向量是数学上矢量(向量)分析的一种方法或概念，两者是同一概念，只是叫法不同，简单的定义是指既具有大小又具有方向的量。

矢量是我们(大陆)的说法,向量的说法一般是港台地区的文献是用的.意义和"布什"和"布希"的意思大致一样.矢量控制主要是一种电机模型解耦的概念.

在电气领域主要用于分析交流电量，如电机分析，等，在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的，称为矢量控制型变频器，实现的方法不是唯一的，但数学模型基本一致。

1 引言

交流电机矢量控制理论是德国学者K Hass和FBlaschke建立起来的，作为交流异步电机控制的一种方式，矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的首选方案。

交流电机的矢量控制技术是基于交流电机的动态模型，通过建立交流电机的空间矢量图，采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量，并分别对磁通和力矩进行控制，而使异步电机可以像他励直流电机一样控制。随着计算机技术飞速发展，功能强大的数字信号处理器(DSP)的广泛应用使得矢量控制逐渐走向了实用化。

DSP按数据格式可分为定点DSP和浮点DSP两类。考虑到价格原因，早期的矢量控制器多采用定点DSP，而浮点数运算要经过软件处理，因此增加了软件的复杂性。随着浮点DSP性价比的提高，更多的矢量控制器将采用浮点DSP。而要完成电机的高性能控制，PWM调制必须进行优化设计。在这种情况下，一个DSP很难完成矢量控制器和优化的PWM调制两项工作，需要双机协同工作才能完成高性能的矢量控制系统。本文基于TI公司的浮点DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240设计了双微机结构的矢量控制系统。TMS320VC33主要完成矢量控制计算，发挥它浮点数运算快的特点，而TMS320F240用硬件实现PWM调制功能。本文给出一全数字化的双DSP矢量控制系统，并在1.5kW笼型异步电机上进行了实验，取得了良好效果。

2 矢量控制的原理

矢量控制技术通过坐标变换，将三相系统等效变换为M-T两相系统，将交流电机定子电流矢量分解成两个直流分量(即磁通分量和转矩分量)，从而达到分别控制交流电动机的磁通和转矩的目的，因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。

3 系统组成及设计

基于双DSP矢量控制的三相笼型异步电机驱动系统的系统电路结构图，该变频器采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统由三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统构成。

其中双DSP控制系统由VC33子系统，F240子系统和数据交换单元三部分构成。矢量控制以VC33芯片为核心，用来完成矢量控制核心算法，及两相电流检测。F240主要完成三相PWM波形生成，电机测速及过压保护功能。数据交换部分采用双端口RAM，可使两个DSP芯片迅速、方便地交换数据，增强了双DSP系统的并行处理能力。

◆数控车床、立车、旋转平面、磨床、剃齿机、机械加工中心

◆纺丝机、精纺机、织机、印染、皮革

◆涂料搅拌、搬运车、装卸机械

◆塑料机械、陶瓷机械、电工机械、食品机械、轻工机械、制药机械等行业

◆控制方式:无PG矢量控制、V/F控制、转矩控制

◆过载能力:150%额定电流60s;180%额定电流10s◆起动转矩:无PG矢量控制:在0.5Hz能够有150%的起动转矩

◆调速比:无PG矢量控制:1:100

◆速度控制精度:无PG矢量控制:±0.5%最高速度

◆载波频率:0.5K~15.0KHz

◆频率设定方式:数字设定、模拟量设定、串行通讯设定、多段速、PID设定等。

◆多段速控制功能，能够实现8段速控制

◆摆频控制功能，适用于纺织控制场合。

◆PID控制功能。

◆瞬时停电不停机功能。

◆转速追踪再起动功能，能够实现对旋转中电机的无冲击平滑起动。

◆自动稳压功能:当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒定。

◆提供多种故障保护功能:过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等保护功能。

◆高速DSP数字处理芯片，高性能IGBT逆变模块。