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永磁同步電機(jī)高壓變頻器

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永磁同步電機(jī)高壓變頻器 1概述本文檔論述了高壓永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，包括變頻器原理及性能說(shuō)明。 2變頻器 2.1使用環(huán)境條件存儲(chǔ)環(huán)境溫度：：-10C～70C 運(yùn)行環(huán)境溫度：...

詳細(xì)介紹

永磁同步電機(jī)高壓變頻器

1概述

本文檔論述了高壓永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，包括變頻器原理及性能說(shuō)明。

2變頻器

2.1使用環(huán)境條件

◆存儲(chǔ)環(huán)境溫度：：-10°C～70°C

◆運(yùn)行環(huán)境溫度：0°C～40°C

◆海拔高度：海拔1000米以下（1000米以上降額運(yùn)行），地震等級(jí)：7級(jí)

◆網(wǎng)電波動(dòng)范圍：+10%~-10%

2.2變頻器性能

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用新IGBT功率器件，全數(shù)字化微機(jī)控制.

2.2.1基本性能

2.2.2.1性能參數(shù)

◆變頻器為高－高結(jié)構(gòu)， 10kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯(lián)移相式PWM方式；

◆變頻裝置能在下列環(huán)境濕度下正常工作:濕度不超過(guò)95%(20°C;相對(duì)濕度變化率每小時(shí)不超過(guò)5%，且不結(jié)露；運(yùn)行環(huán)境溫度0°C～40°C，海拔1000米以下（1000米以上降額運(yùn)行）

◆系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，包括輸入干式隔離變壓器，變頻器等所有部件及內(nèi)部連線，用戶支須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號(hào)線即可。整套系統(tǒng)在出廠前進(jìn)行整體測(cè)試；

◆在20～99%的負(fù)載變化情況內(nèi)達(dá)到或超過(guò)0.95的功率因數(shù)，并且電流諧波少，無(wú)須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置；

◆無(wú)需濾波器變頻器就可輸出正弦輸出電流和電壓波形，對(duì)電機(jī)沒有特殊的要求，電機(jī)不必降額使用。具有軟起動(dòng)功能，沒有電機(jī)啟動(dòng)沖擊引起的電網(wǎng)電壓下跌，可確保電機(jī)安全、長(zhǎng)期運(yùn)行；

◆變頻裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%。可避免風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。變頻器有三組共振點(diǎn)頻率跳躍功能；

◆變頻裝置對(duì)輸出電纜無(wú)特殊要求，電機(jī)不會(huì)受到共模電壓和dv/dt的影響；

◆變頻器可在輸出不帶電機(jī)的情況下進(jìn)行空載調(diào)試，也可在沒有高壓情況下用低壓電進(jìn)行空載調(diào)試；

◆變頻系統(tǒng)具有故障定位及記錄功能，對(duì)于一般故障,變頻器在主界面實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，在系統(tǒng)重故障或功率單元故障時(shí)，自動(dòng)彈出該畫面，顯示發(fā)生故障的種類及故障發(fā)生位置，便于使用者對(duì)故障點(diǎn)的排除。

◆變頻系統(tǒng)具有就地監(jiān)控方式和遠(yuǎn)方監(jiān)控方式。在就地監(jiān)控方式下，通過(guò)變頻器上的觸摸屏顯示，可進(jìn)行就地人工啟動(dòng)、停止變頻器，可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率；就地控制窗口采用中文操作界面，功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定等均采用中文；在遠(yuǎn)方監(jiān)控方式下，可通過(guò)變頻器的外圍端子進(jìn)行遠(yuǎn)方人工啟動(dòng)、停止變頻器，可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率并監(jiān)控運(yùn)行頻率和輸出電流。賣方提供的變頻裝置支撐軟件為漢化的的正版軟件；

◆變頻器高壓主回路與控制器之間為光纖連接，具有很高的通信速率和抗力，安全性好；

◆轉(zhuǎn)矩特性：0～50Hz恒轉(zhuǎn)矩特性，額定轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)＜200ms。50Hz以上恒功率特性，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比下降；

◆輸出頻率0～80Hz(根據(jù)電機(jī)情況可設(shè)定)；

◆變頻器抗地震能力為7級(jí)，振動(dòng)0.5G；

◆安裝、設(shè)定、調(diào)試簡(jiǎn)便；

◆功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單；

◆自帶冷卻風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)電源與控制電源分開取電，電源取自輸入側(cè)變壓器；。

◆內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要；

◆可靈活選擇現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制/本地控制；

◆可接受和輸出4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；

◆磁通矢量控制技術(shù)，在磁通矢量控制模式下，變頻器控制勵(lì)磁磁通和轉(zhuǎn)矩電流，對(duì)定子電阻壓降進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，可避免低頻震蕩，自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載情況。

◆可根據(jù)用戶需要內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器；

◆完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能；

◆優(yōu)異的性能/價(jià)格比；

◆雙回路控制電源供電，具有外部控制電源和移相變壓器輔助繞組雙回路供電功能，在外部控制電掉電后可立即切換到內(nèi)部電源供電，避免由于外部控制電源不穩(wěn)造成的停機(jī)故障。

◆自制UPS電源模塊，外圍控制電源掉電后，立即切換至變頻器內(nèi)變壓器備用電源供電；即使外圍控制電源及主電源同時(shí)丟失自制UPS電源模塊還能維持60秒，從而保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及整機(jī)安全；

◆瞬時(shí)掉電再啟動(dòng)功能，一般默認(rèn)值為3秒；

◆飛車啟動(dòng)功能：系統(tǒng)在不裝設(shè)轉(zhuǎn)速傳感器情況下，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)變頻器可以接入；

◆中性點(diǎn)漂移功能：某單元有故障時(shí)可利用此功能將故障單元自動(dòng)旁路并調(diào)整輸出，使三相平衡，變頻器降額運(yùn)行。

◆故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障，且變頻器對(duì)其旁路繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)可在運(yùn)行中對(duì)故障單元進(jìn)行復(fù)位，不必等變頻器停機(jī)。

◆同步電機(jī)控制技術(shù)，采用VF和轉(zhuǎn)子位置定向的矢量控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的無(wú)速度反饋和有速度反饋兩種控制模式。

◆多機(jī)主從控制技術(shù)，變頻器具備主從控制功能，多臺(tái)變頻器之間可通過(guò)數(shù)據(jù)總線組成主從控制網(wǎng)絡(luò)。將其中的一臺(tái)設(shè)為主機(jī)，其他設(shè)為從機(jī)，主機(jī)實(shí)時(shí)采集各從機(jī)的狀態(tài)信息，同時(shí)發(fā)送給各從機(jī)頻率、轉(zhuǎn)矩指令，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術(shù)適用于皮帶機(jī)、摩擦式提升機(jī)等需要功率平衡控制的場(chǎng)合。

◆快速飛車啟動(dòng)技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集電機(jī)定子電壓的頻率、幅值、相位信息，需要飛車啟動(dòng)時(shí)，將變頻器的初始電壓調(diào)整為和定子電壓一致，然后在此基礎(chǔ)上將輸出電壓迅速調(diào)整到正常輸出。采用該技術(shù)，在變頻器受到負(fù)載沖擊保護(hù)后可對(duì)其自動(dòng)復(fù)位，然后再自動(dòng)啟動(dòng)，即可避免重要場(chǎng)合變頻保護(hù)停機(jī)造成的損失。快速飛車啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1秒之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài)復(fù)位重新帶載運(yùn)行。

操作優(yōu)勢(shì)

◆彩色全中文人機(jī)界面

◆人機(jī)界面采用全中文彩色7寸觸摸屏，可進(jìn)行各種狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)置、故障記錄查詢、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢、開停機(jī)控制等操作。

◆的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試模式

◆變頻器具有調(diào)試模式，單元帶有調(diào)試電源接口，可實(shí)現(xiàn)無(wú)高壓電調(diào)試功能。只通控制電即可實(shí)現(xiàn)開機(jī)運(yùn)行、邏輯調(diào)試、查看輸出波形等功能。

◆準(zhǔn)確的故障定位及記錄功能

◆所有故障均可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障定位和記錄，減少故障查找和維修所用的時(shí)間。

◆單元母線電壓、溫度顯示功能

◆單元內(nèi)部具有母線電壓和溫度檢測(cè)功能，通過(guò)上行通信光纖將數(shù)據(jù)上傳到主控，然后再傳到人機(jī)界面，在人機(jī)界面可查看所有單元的母線電壓和散熱片溫度。

2.2.2.2保護(hù)功能

變頻器進(jìn)線接線端子足夠大，便于與進(jìn)線電纜連接。變頻器柜內(nèi)高壓引線導(dǎo)體能滿足發(fā)熱的允許值（＜65℃）

變壓器在各分接頭位置時(shí)，能承受線端突發(fā)短路的動(dòng)、熱穩(wěn)定而不產(chǎn)生任何損傷、變形及緊固件松動(dòng)。

每個(gè)功率單元帶兩相輸入熔斷器保護(hù)。

變頻裝置還具有以下基本保護(hù)功能：

a、過(guò)電壓保護(hù)：檢測(cè)每個(gè)功率模塊的直流母線電壓，如果超過(guò)額定電壓的115%，則變頻器保護(hù)；此保護(hù)實(shí)際上包括了對(duì)電網(wǎng)電壓正向波動(dòng)的保護(hù)。

b、過(guò)電流保護(hù)：電機(jī)額定電流的150%（可設(shè)），立即保護(hù)。

c、過(guò)載保護(hù)：電機(jī)額定電流的130%允許1分鐘，超過(guò)則保護(hù)。

d、過(guò)熱保護(hù)：在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測(cè)，一旦超過(guò)極限溫度（變壓器130℃、功率器件80℃），則保護(hù)。

2.2.3變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入諧波畸變小于3%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，輸出電壓諧波畸變小于2%，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步/同步電機(jī)，變頻裝置（10）KV輸出，每個(gè)系統(tǒng)共有（24）個(gè)功率單元，每（8）個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

2.2.3.1功率單元

每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用星形折邊接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上一致，可以互換。

系統(tǒng)為基本的單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋(四象限為IGBT全控整流)， IGBT逆變橋的控制方式為PWM控制，并且有自動(dòng)單元旁路功能。

單元旁路功能：當(dāng)某個(gè)功率模塊發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行旁路，變頻裝置不停機(jī)。確保維持生產(chǎn)要求，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.2.3.2功率柜柜內(nèi)主要對(duì)功率單元進(jìn)行組合，通過(guò)每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，得到非常好的PWM波形，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用。

2.2.3.3變壓器柜

主要包括為功率單元供電的移相變壓器，輸入側(cè)的電壓、電流檢測(cè)器件，以及溫度檢測(cè)器件溫控器。

2.2.3.4 風(fēng)機(jī)

變頻器功率柜頂部和變壓器柜頂部所配冷卻風(fēng)機(jī)，在變頻器運(yùn)行后自動(dòng)運(yùn)行。風(fēng)機(jī)大小和個(gè)數(shù)根據(jù)功率大小進(jìn)行配置，采用優(yōu)質(zhì)離心冷卻風(fēng)機(jī)。干式變壓器繞組底部也配有冷卻風(fēng)機(jī)，由溫控儀檢測(cè)變壓器繞組溫度進(jìn)行控制，當(dāng)繞組溫度高于設(shè)定值（一般80°C，可設(shè)置）則起動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度（一般60°C，可設(shè)置）則停止冷卻風(fēng)機(jī)。

2.2.3.5控制柜

控制器采用32位高速DSP芯片，設(shè)計(jì)的算法必須保證電機(jī)達(dá)到的運(yùn)行性能。彩色嵌入式人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。控制器包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)(包括DCS/RS485//Modbus)的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量。控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分可靠隔離，系統(tǒng)應(yīng)具有的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。

2.2.3.6旁路柜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及要求，例舉一拖一自動(dòng)旁路柜控制方案敘述如下：

2.2.3.6.1采用一拖一自動(dòng)旁路控制方案

變頻/工頻自動(dòng)切換:

旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。

旁路柜主回路主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM3、KM4）和兩個(gè)刀閘隔離開關(guān)QS1、QS2。KM3與KM4實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM3閉合，KM4斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM3斷開，KM4閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時(shí)，QS1、QS2操作手柄被鎖死，不能操作。

電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，若需對(duì)變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù)，切記在KM1、KM3分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘QS1和QS2斷開。

◆合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號(hào)串聯(lián)于用戶高壓送電柜的合閘回路上。在變頻器故障或不就緒時(shí)，不允許用戶閉合現(xiàn)場(chǎng)高壓。切換為工頻時(shí)（KM4手動(dòng)吸合）此信號(hào)閉合。

◆旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號(hào)直接引至控制柜外控端子。變頻運(yùn)行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障或者需要將電機(jī)從變頻投入到工頻狀態(tài)運(yùn)行（按下“工頻投切”按鈕），且此時(shí)切換轉(zhuǎn)換方式為自動(dòng)，系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)KM1和KM3，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，工頻旁路開關(guān)KM4自動(dòng)合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行。

◆保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

2.2.4對(duì)外標(biāo)準(zhǔn)接口

整套變頻控制裝置，包括控制柜、功率柜、變壓器柜、旁路柜等所有部件及內(nèi)部連線一體化設(shè)計(jì)，需方支須連接高壓輸入、高壓輸出、控制電源和控制線即可。

高壓變頻器對(duì)外接口的具體定義如下：

1）變頻器提供的開關(guān)量

變頻器采用內(nèi)置PLC，數(shù)字量配置為24點(diǎn)入、16點(diǎn)出，并且可以根據(jù)用戶的不同需求進(jìn)行I/O點(diǎn)的擴(kuò)展及參數(shù)化設(shè)計(jì)。其部分輸出定義為：

(1)變頻器就緒狀態(tài)指示：表示變頻器已待命，具備啟動(dòng)條件，1路，常開點(diǎn)，閉合有效。

(2)變頻器運(yùn)行/停機(jī)狀態(tài)指示：表示變頻器正在運(yùn)行，各1路。變頻運(yùn)行狀態(tài)指示為常開點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)表示為變頻器處于運(yùn)行狀態(tài)；變頻停止?fàn)顟B(tài)為常閉點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)表示變頻器處于停止?fàn)顟B(tài)。

(3)變頻器控制狀態(tài)指示：外控控制狀態(tài)為常開點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制；本地控制狀態(tài)為常閉點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制，各1路。

(4)變頻器報(bào)警指示：表示變頻器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。包含柜門非法打開、變壓器超溫、控制電源掉電、給定信號(hào)斷線、單元故障等信息，1路，常開點(diǎn)，閉合有效。

(5)變頻器故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓。包含過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、短路等信息，1路，常開點(diǎn)，閉合有效。

(6)電機(jī)在工頻旁路：表示電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)，常開點(diǎn)，閉合有效。

以上為變頻器的基本輸出狀態(tài)點(diǎn)。

2）變頻器提供給高壓開關(guān)柜高壓開關(guān)緊急分?jǐn)啵鹤冾l器出現(xiàn)重故障時(shí)，自動(dòng)分?jǐn)喔邏洪_關(guān)，1路常開點(diǎn)，閉合有效。

高壓合閘允許：允許將高壓開關(guān)合閘，1路常開點(diǎn)，閉合有效。

以上所有數(shù)字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為AC220V，3A。

3）高壓開關(guān)柜提供給變頻器

高壓就緒：高壓準(zhǔn)備就緒，為高壓開關(guān)提供的1路常開點(diǎn)，閉合有效。

4）變頻器提供的模擬量

變頻器可以提供4路4～20mA的電流源輸出，帶負(fù)載能力均為250Ω。分別為輸出頻率、輸出電流信號(hào)。

5）DCS提供給變頻器的開關(guān)量

a)啟動(dòng)指令：干接點(diǎn)，3秒脈沖閉合時(shí)有效，變頻器開始運(yùn)行。

b)停機(jī)指令：干接點(diǎn)，3秒脈沖閉合時(shí)有效，變頻器正常停機(jī)。

c)緊急停機(jī)指令：干接點(diǎn)，閉合保持有效，變頻器緊急停機(jī)。

6）DCS提供給的變頻器模擬量

變頻器可提供2路4～20mA電流源輸入，其輸入可根據(jù)用戶不同的要求進(jìn)行定義，滿足用戶多方面的需求，可定義為給定頻率、給定轉(zhuǎn)速、壓力反饋等。

7) 通訊協(xié)議

默認(rèn)通訊協(xié)議為MODBUS通訊協(xié)議，通訊接口為RS485接口。若需要其他通訊協(xié)議，請(qǐng)注明。3 永磁同步電機(jī)控制方案

同步電機(jī)與普通異步電機(jī)運(yùn)行上主要的區(qū)別是：同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞電壓矢量與

轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角δ（功率角）必須在0～90°范圍內(nèi)變動(dòng)，否則將導(dǎo)致失步。因此，同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)必須時(shí)刻控制δ在允許的范圍內(nèi)變動(dòng)，而且在同步電機(jī)起動(dòng)時(shí)應(yīng)采取和異步電機(jī)不同的方式。同步電機(jī)相對(duì)于異步電機(jī)來(lái)說(shuō)，的劣勢(shì)就是存在失步現(xiàn)象，這也是制約同步電機(jī)應(yīng)用變頻裝置的主要原因。

我公司所提供的同步電機(jī)變頻器具備VF控制、有感矢量控制和無(wú)感矢量控制三種控制

方式。其中，有感矢量控制需要在電機(jī)軸端增加位置式編碼器，編碼器型號(hào)由我公司。VF控制適合于控制精度不高、啟動(dòng)力矩要求不大、負(fù)載變化較穩(wěn)定場(chǎng)合；無(wú)感矢量控制適合于控制精度較高、啟動(dòng)力矩較大、負(fù)載變化較大的場(chǎng)合，但它需要嚴(yán)格的電機(jī)模型參數(shù)；有感矢量控制適合于控制精度高、啟動(dòng)力矩大、負(fù)載變化大的場(chǎng)合，不需要任何電機(jī)參數(shù)。從同步電機(jī)啟動(dòng)困難、易失步特點(diǎn)考慮，有感矢量控制是保障的控制方案。

3.1. VF控制方式

3.1.1 同步電機(jī)啟動(dòng)

變頻器向同步電機(jī)的電樞繞組施加一定的直流電壓，產(chǎn)生一定的定子電流。此時(shí)，在同步電機(jī)上產(chǎn)生一定的定子電流，并在定子上建立較強(qiáng)的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。

　變頻器按照電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，緩慢旋轉(zhuǎn)其施加在電樞繞組上的電壓矢量。隨著同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)和定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極將在某一時(shí)刻掠過(guò)定子的異性磁極，或者轉(zhuǎn)子磁極加速追上旋轉(zhuǎn)的定子磁極。此時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極被較強(qiáng)的定子磁極可靠吸引，二者間的角度經(jīng)過(guò)少量有阻尼的振蕩后，逐漸趨于一個(gè)較小的常量。至此，同步電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，整步過(guò)程完成。

變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速度，調(diào)節(jié)輸出電壓，逐漸加速到給定頻率。此時(shí)，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值，然后電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場(chǎng)的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成。另外，VF值選擇需要經(jīng)過(guò)多次整定，可能為多段VF。

3.1.2同步電機(jī)調(diào)速

變頻器啟動(dòng)完成后，可根據(jù)給定頻率，按照VF對(duì)應(yīng)電壓值改變輸出電壓頻率、幅值，執(zhí)行調(diào)速。同步電機(jī)調(diào)速瞬間，氣隙合成磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)間功率角δ會(huì)變動(dòng)。同步電機(jī)功率角δ在運(yùn)行期間不能變化過(guò)大，尤其不能讓δ>90°，這樣同步機(jī)將進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，頻率變化速率減小，這樣有利于系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

3.1.3 同步電機(jī)正常停機(jī)和故障停機(jī)

在正常停機(jī)時(shí)，變頻裝置驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)至停機(jī)轉(zhuǎn)速，然后停止變頻裝置輸出即可。運(yùn)行期間若變頻裝置外系統(tǒng)出問(wèn)題，需要緊急停機(jī)，可以直接跳開高壓側(cè)輸入開關(guān)QF。若變頻裝置系統(tǒng)出問(wèn)題要緊急停機(jī)時(shí)，變頻裝置立刻停止輸出，通過(guò)故障信號(hào)跳開高壓側(cè)輸入開關(guān)。由于同步電機(jī)的主磁通無(wú)法突變，在阻尼繞組上感應(yīng)出很大電流，此時(shí)旋轉(zhuǎn)中的同步電機(jī)定子端會(huì)出現(xiàn)較高的三相交流電壓。因此，變頻裝置的輸出端應(yīng)具有在停機(jī)狀態(tài)下，抗短時(shí)過(guò)電壓的能力。

3.2 有感矢量控制方式

3.2.1 同步電機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)及故障急停

變頻器需要在同步電機(jī)空載時(shí)對(duì)其編碼器轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)子磁極位置做辨識(shí)，辨識(shí)完畢后將數(shù)據(jù)記錄到EEPROM中，以后不必再次辨識(shí)。

同步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，變頻器控制系統(tǒng)根據(jù)編碼器反饋的轉(zhuǎn)子位置，直接在該等效角度上輸出電壓，電機(jī)逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入同步。

變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速度，速度給定逐漸加到給定頻率。變頻器采用電流環(huán)和速度環(huán)雙環(huán)控制，逐漸驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成。

同步電機(jī)調(diào)速、停機(jī)、故障急停等與VF控制相同。

3.2.2 有感矢量控制思路

同步電機(jī)采用改進(jìn)的空間矢量磁場(chǎng)定向控制策略，控制系統(tǒng)采用速度環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，電流環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并能獲得較好的電流跟蹤性能。速度環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，能有效地限制動(dòng)態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量，加快響應(yīng)速度。系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；系統(tǒng)全數(shù)字式的關(guān)鍵是電流環(huán)數(shù)字化，就是把數(shù)模混合式變頻系統(tǒng)中的模擬電流環(huán)，采用數(shù)字方式加以實(shí)現(xiàn)，其核心提高電流環(huán)的處理速度，達(dá)到或接近模擬電流環(huán)的響應(yīng)速度。根據(jù)目前的微處理器DSP、A/D器件的水平，可以滿足硬件的需要；另一方面在于控制策略及控制軟件的優(yōu)化。良好的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)是使研制的系統(tǒng)達(dá)到實(shí)用化的保證，在滿足性能要求的基礎(chǔ)上，必須充分利用硬件資源，提高集成度降低硬件成本，達(dá)到產(chǎn)品化的目標(biāo)。矢量控制系統(tǒng)的解耦, 速度給定ω與速度反饋相減得出速度誤差，速度誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出轉(zhuǎn)矩電流給定iq，id勵(lì)磁電流給定是根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)需要進(jìn)行調(diào)整其值根據(jù)不同的電機(jī)和負(fù)載得出的經(jīng)驗(yàn)值，電機(jī)三相電流反饋iu、iv、iw經(jīng)傳感器采樣，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置電氣角度theta進(jìn)行Clarke變換，變換后輸出ialpha、ibeta, ialpha、ibeta經(jīng)Park變換輸出id、iq，id、iq值與給定值iqref、idref求誤差,進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后輸出Vq、Vd, 電壓矢量和轉(zhuǎn)子位置電氣角度theta經(jīng)過(guò)Park逆變換Clarke逆變換輸出電機(jī)定子三相電壓Uu、Uv、Uw值，三相電壓Uu、Uv、Uw值作為PWM（脈寬調(diào)制）的比較值比較輸出PWM波形到逆變器然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

整個(gè)系統(tǒng)的控制原理框圖如下圖所示。

有感矢量控制原理圖

3.3 無(wú)感矢量控制方式

3.3.1 參數(shù)辨識(shí)

在靜止?fàn)顟B(tài)下辨識(shí)出定子電阻Rs，直軸電感Ld，交軸電感Lq。可由動(dòng)態(tài)辨識(shí)，或是由電機(jī)銘牌獲取電機(jī)額定反電勢(shì)。

3.3.2 無(wú)感矢量控制原理

無(wú)感矢量控制的關(guān)鍵是通過(guò)電機(jī)定子側(cè)的電壓和電流估算出轉(zhuǎn)子位置和速度。估測(cè)器采用的模型參考自適應(yīng)（MRAS）算法。

一個(gè)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)包含著兩種模型，分別為參考模型和可調(diào)模型，這兩個(gè)模型有著相同物理意義的輸出量，不同的是參考模型不含待估參數(shù)，而可調(diào)模型含有對(duì)應(yīng)的待估參數(shù)。其基本思想為：參考模型與可調(diào)模型的輸出和狀態(tài)性能指標(biāo)通過(guò)反饋比較器得到誤差方程，構(gòu)造合適的自適應(yīng)律，使得可調(diào)模型的控制對(duì)象能夠跟隨參考模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。