高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制變頻器
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pwm信號生成，根據(jù)dsp運(yùn)算輸出的的數(shù)據(jù)可編程邏輯器件用高速時鐘生成數(shù)據(jù)，并進(jìn)行單元串聯(lián)的pwm波形移相，輸出到光纖發(fā)送模塊。
由于系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制方式，所有的控制策略全由軟件編程來實現(xiàn)，因而，軟件的設(shè)計決定著整個系統(tǒng)的性能?？刂撇呗圆捎棉D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)速環(huán)采用pi調(diào)節(jié)、電流環(huán)采用pi調(diào)節(jié)，算法由dsp數(shù)字信號處理器軟件編程實現(xiàn)。速度環(huán)的輸入是速度反饋和速度給定的差值，輸出作為電流環(huán)的給定。電流環(huán)的輸出來控制pwm波形生成器，所生成的pwm波形控制逆變器中功率開關(guān)器件的通斷，以實現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速。整個軟件處理系統(tǒng)采用前后臺處理模式，程序的中斷服務(wù)采用嵌套處理的形式，以保證整個系統(tǒng)實時信號的處理，中斷源有4種，包括系統(tǒng)保護(hù)中斷，片內(nèi)電流環(huán)定時處理中斷，速度環(huán)定時處理中斷，外部通訊中斷。
軟件系統(tǒng)上電進(jìn)行初始化，關(guān)中斷清各種標(biāo)志位，配置dsp的各個外設(shè)模塊和i/o口，讀取eeprom中的參數(shù)信息，計算電機(jī)的位置信號和電角度，延時檢測高壓上電否？進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)。
系統(tǒng)保護(hù)中斷，檢測單元模塊的故障狀態(tài)和系統(tǒng)的保護(hù)中斷，在出現(xiàn)過流、過壓、plc等故障時，系統(tǒng)關(guān)斷igbt的輸出并停機(jī)上報系統(tǒng)的故障信息。
系統(tǒng)主流程，系統(tǒng)上電后，對系統(tǒng)的ram空間和各項外設(shè)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，對ram清零，接著對外部i/o和plc進(jìn)行復(fù)位初始化，從eeprom中讀取初始電機(jī)的轉(zhuǎn)子定位信息，檢測高壓是否就緒，如就緒開放各種中斷進(jìn)入主循環(huán)，否則一直檢測高壓就緒狀態(tài)信息，直到高壓就緒，主流程如圖8所示。
速度環(huán)與電流環(huán)中斷處理，實時監(jiān)測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信息，速度給定由人機(jī)界面設(shè)置輸入，檢測電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和加減速時間的各項參數(shù)值計算出當(dāng)前的速度給定，根據(jù)給定速度指令與速度反饋計算誤差并進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，然后輸出iqref，根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)矩電流最大最小值限制iqref值，輸出iqref到電流環(huán)做為轉(zhuǎn)矩電流指令的給定，霍爾傳感器檢測ia，ic兩相電流反饋值，計算出三相電流反饋值，根據(jù)位置速度傳感器反的轉(zhuǎn)子位置計算當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置電角度θ，由ia、ib、ic進(jìn)行clarke輸出iα和iβ，由iα、iβ進(jìn)行park變換輸出iq、id，根據(jù)速度環(huán)輸出得轉(zhuǎn)矩給定和去磁電流給定與反饋值求誤差并進(jìn)行pi調(diào)節(jié)輸出vq、vd，由vq、vd進(jìn)行park逆變換輸出vα、vβ，由vα、vβ進(jìn)行clarke逆變換輸出va、vb、vc，輸出三相va、vb、vcpwm的占空比值到fpga；驅(qū)動波形通過fpga的pwm波形發(fā)生模塊輸出到光纖驅(qū)動器，經(jīng)光纖傳輸?shù)礁鱾€功率單元模塊控制igbt的開關(guān)。部分流程，如圖9所示。
3 實驗驗證
上述的技術(shù)方案經(jīng)過產(chǎn)品化后驗證整個設(shè)計方案是可行的并在不同的設(shè)備上進(jìn)行了技術(shù)測試和考核。
例一：試驗設(shè)備6000v、630kw、6極的同步電機(jī)，在該設(shè)備上得到了測試驗證，整個系統(tǒng)的運(yùn)行頻率低速可以達(dá)到0.01hz運(yùn)行，高速可以達(dá)額定轉(zhuǎn)速的1.5倍頻率運(yùn)行，低速轉(zhuǎn)矩特性平穩(wěn)，可以運(yùn)行在0hz恒轉(zhuǎn)矩，整個系統(tǒng)的功率因數(shù)可調(diào)，如圖10，圖11所示。
例二：試驗設(shè)備6000v、630kw、36極的球磨機(jī)同步電機(jī)，圖11是在球磨機(jī)同步電機(jī)負(fù)載上做實驗的記錄波形，在球磨機(jī)負(fù)載實驗過程，系統(tǒng)在重載情況下啟動，變頻器的輸出波形很平穩(wěn)，系統(tǒng)的啟動過程均勻加速，而且無沖擊電流。從圖12中可以看出電流超前于電壓，系統(tǒng)運(yùn)行在功率因數(shù)超前狀態(tài)。而原來的球磨機(jī)同步電機(jī)起動過程是用水電阻啟動，沖擊電流大超過額定負(fù)載電流的3倍，對電網(wǎng)的危害較大，改成同步電機(jī)矢量控制變頻器后有效的解決了啟動運(yùn)行問題。圖13、圖14示出了現(xiàn)場情景。
4 結(jié)束語
本文詳細(xì)的敘述了如何實現(xiàn)高壓同步電機(jī)矢量控制變頻器，對矢量控制原理做了詳細(xì)的闡述，如坐標(biāo)變換、電流環(huán)控制、速度環(huán)控制、pwm系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等等。這種變頻器的各項特點在實際負(fù)載上通過了試驗驗證。
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