一、矢量變頻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。二、引言交流電機矢量控制理論是德國學者KHass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。三、矢量控制的原理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（即磁通分量和轉矩分量），從而達到分別控制交流電動機的磁通和轉矩的目的，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速經(jīng)過積分運算可得轉子磁通位置角0，并送至旋轉變換環(huán)節(jié)。由測得的電流經(jīng)矢量變換得到轉矩電流分量iM和勵磁電流分量iT，利用四、系統(tǒng)組成及設計如圖2所示為基于雙DSP矢量控制的三相籠型異步電機驅動系統(tǒng)的系統(tǒng)電路結構圖，該變頻器采用交直交電壓型結構和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、逆變器驅動電路、三相籠型異步電機和雙DSP控制系統(tǒng)構成。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。五、系統(tǒng)軟件設計系統(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50ps,速度外環(huán)為400》s,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。六、實驗結果本文針對上述的控制方案進行了實驗研究。電機為2對極三相籠型異步電機，直流側電源是通過整流橋對三相交流電整流、濾波產(chǎn)生的。電機額定參數(shù)為：PN=1.5kW；UN=220V；IN=3.55A；fN=50Hz；nN=1400r/min。圖5是電機穩(wěn)態(tài)運行時，逆變器的驅動波形，定子電流、電壓的波形，實驗結果表明了控制方案的優(yōu)良性能。七、結論由上述結果可得出以下結論：本文所設計的雙DSP結構矢量控制系統(tǒng)中各子系統(tǒng)分工明確，能可靠完成各自功能，且設計合理。實驗表明，系統(tǒng)控制精度高、實時性好、動態(tài)響應快。八、三晶矢量變頻器在自動扶梯中的應用在不對扶梯的正常使用產(chǎn)生任何負面影響的前提下，引入矢量變頻調(diào)速的概念。即變頻器根據(jù)傳感器產(chǎn)生的信號，在有人乘坐時，扶梯以原有速度運行（50Hz）；當無人時，扶梯減速到低速或停止運行。系統(tǒng)要求變頻器啟動運行平穩(wěn)，加速性能好，啟動轉矩大，過載能力強，同時應具備當變頻器調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)自動切換到工頻運行，保障扶梯輸送功能的正常實施。對于客用自動扶梯，一般使用高峰期出現(xiàn)在下午及晚間時段，其余時段使用率較低，具有相當節(jié)能空間。根據(jù)以上改造原則，從投資成本及自動化水平兩方面考慮，擬使用以下變頻拖動方案：?采用SAJ-8000G變頻器驅動電梯主機，變頻器采用多段速控制模式，并設置主頻率（低速）、多段速頻率1（高速）兩種運行頻率；?在電梯首尾處各安裝一支紅外傳感器開關，乘客通過電梯時，紅外傳感器開關被觸發(fā)并發(fā)出開關信號給變頻器；?有客流時，紅外傳感開關被觸發(fā)，變頻器立即加速到多段速頻率2，并使電梯高速運行；?電梯高速運行時，變頻器內(nèi)置計時器開始計時，若在計時的時間段內(nèi)再無乘客通過電梯，計時結束后變頻器將自動切換到多段速頻率1，進行低速運行；?若在計時器計時期間，有乘客重新觸發(fā)光電開關，計時器將重新計時；?對電梯上行和下行，外圍控制采用開關互鎖，保證扶梯系統(tǒng)的正常工作；?為消耗下行，或者制動過程產(chǎn)生的多余能量，需在變頻器上加裝制動電阻。采用三晶矢量通用型變頻器驅動電梯主機，不但能夠滿足系統(tǒng)啟動運行平穩(wěn)、啟動轉矩大、過載能力強、轉速調(diào)節(jié)精度高的要求；而且電機通過變頻拖動，可減少機械磨損，延長使用壽命，工作更加安全可靠，因為調(diào)節(jié)電機轉速空間大，使得系統(tǒng)節(jié)能效果更為顯著。矢量型變頻器介紹1、 什么是變頻器？變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。2、 PWM和PAM的不同點是什么？PWM是英文PulseWidthModulation（脈沖寬度調(diào)制）縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脈沖幅度調(diào)制）縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。3、 電壓型與電流型有什么不同？變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。4、 為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變？異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。5、電動機使用工頻電源驅動時,電壓下降則電流增加;對于變頻器驅動,如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？頻率下降（低速）時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下（根據(jù)機種不同，為125%~200%）。用工頻電源直接起動時，起動電流為6~7倍，因此，將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動（起動時間變長）。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉矩為70%~120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。7、V/f模式是什么意思？頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇。8、 按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產(chǎn)生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉矩,這種補償稱增強起動?？梢圆捎酶鞣N方法實現(xiàn)，有自動進行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法。9、 在說明書上寫著變速范圍60~6Hz,即10:1,那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據(jù)機種為0.5~3Hz.10、 對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以？通常情況下時不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。11、 所謂開環(huán)是什么意思？給所使用的電機裝置設速度檢出器（PG），將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。12、 實際轉速對于給定速度有偏差時如何辦？開環(huán)時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的范圍內(nèi)（1%~5%）變動。對于要求調(diào)速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運轉的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。13、 如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎？具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。14、 失速防止功能是什么意思？如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。15、 有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什么意義？加減速可以分別給定的機種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機床需要嚴格給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的，但對于風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。16、 什么是再生制動？電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。、是否能得到更大的制動力？從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~100%。、轉矩提升問題自控系統(tǒng)的設定信號可通過變頻器靈活自如地指揮頻率變化，控制工藝指標，如在煙草行業(yè)的糖料、香料工序，可由皮帶稱的流量信號來控制變頻器頻率，使泵的轉速隨流量信號自動變化，調(diào)節(jié)加料量，均勻地加入香精、糖料。也可利用生產(chǎn)線起停信號通過正、反端子控制變頻器的起、停及正、反轉，成為自動流水線的一部分。此外在流水生產(chǎn)線上，當前方設備有故障時后方設備應自動停機。變頻器的緊急停止端可以實現(xiàn)這一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列變頻器中可以預先設定三四個甚至多達七個頻率，在有些設備上可據(jù)此設置自動生產(chǎn)流程。設定好工作頻率及時間后，變頻器可使電機按順序在不同的時間以不同的轉速運行，形成一個自動的生產(chǎn)流程。三晶S350高性能矢量變頻器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、轉矩控制、V/F控制均可選擇■強大的輸入輸出多功能可編