四象限運行高壓變頻器的矢量控制原理
閱讀：349發布時間：2008-07-03
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HIVERT-YVF采用轉子帶速度反饋的矢量控制技術。在轉子磁場定位坐標下電機定子電流分解成勵磁電流與轉矩電流。維持勵磁電流不變，控制轉矩電流也就控制電機轉矩。電機轉速采用閉環控制。實際運行中給定轉速與實際轉速的差值通過PID調節生成轉矩電流IT。經過矢量變換將IT、IM變換為電機三相給定電流Ia＊、Ib＊、Ic＊，它們與電機運行電流相比較生成三相驅動信號。
1、主回路
HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關元件為IGBT。HIVERT變頻器采用功率單元串聯，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術，因而具有很高的可靠性。
變頻器輸出是580VAC功率單元六個串聯時產生3450V相電壓，線電壓6000V，輸出Y接，中性點懸浮，得到驅動電機所需的可變頻三相高壓電源。
主隔離變壓器原邊為Y型接法，直接與高壓相接。 組數量依變頻器電壓等級及結構而定，6kV系列為18，延邊三角形接法，為每個功率單元提供三相電源輸入。輸入側隔離變壓器二次線圈經過移相，為功率單元提供電源，對6KV而言相當于36脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網側諧波（尤其是低次諧波）的產生。
2、功率單元
每個功率單元結構上*一致，可以互換，HIVERT-YVF系列產品具備*定額功率的能量回饋能力。
功率單元利用IGBT進行同步整流，同步整流控制器實時檢測單元電網輸入電壓，利用鎖相控制技術得到電網輸入電壓相位，控制整流逆變開關管Q1～Q6所構成的相位與電網電壓的相位差，便可控制電功率在電網與功率單元之間的流向。以a相為例，若要控制a相電流正方向流動且幅值增大，必須使Q2導通，若要控制a相電流反方向流動且幅值減小，必須關斷Q1，使電流通過Q2并聯的續流二極管，當電機處于減速運行狀態或負力提升時，由于負載慣性作用進入發電狀態，其再生能量經逆變器中開關元件和續流二極管向中間濾波電容充電，使中間直流電壓升高，電容器上的直流電壓達到有源逆變起動的門檻電壓時，自動起動有源逆變，這時逆變相位超前，功率單元將電機及其負載的機械能轉化為電能，回饋到電網中去。 反之則電功率由電網注入功率單元，電功率大小與相位差成正比。電功率的大小及流向由單元電壓決定，就同步整流而言，整流側相當于一個穩壓電源，與電功率大小及方向相對應的電網與逆變相位差由單元電壓與單元整定值之間的偏差通過PID調節生成。
單元逆變輸出由Q7～Q10組成，采用矢量正弦波脈寬調制（PWM）方式，控制Q7～Q10IGBT的導通和關斷，輸出單相脈寬調制正弦波形。
3、控制系統
控制系統由控制器，IO板和人機界面組成。控制器由三塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板和一塊電源板組成。光纖板通過光纖與功率單元傳遞數據信號，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向單元發出脈寬調制（PWM）信號或工作模式。單元通過光纖接收其觸發指令和狀態信號，并在故障時向光纖板發出故障代碼信號。
主控板采用高速單片機，完成對電機控制的所有功能，運用正弦波空間矢量方式產生脈寬調制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機界面主控板進行交換數據，提供變頻器的狀態參數，并可網絡化控制。通過主控板和IO接口板通訊來的數據，計算出電流、電壓、功率、運行頻率等運行參數，并實現對電機的過載、過流告警和保護。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485通訊口與IO接口板連接，實時監控變頻器系統的狀態。
信號板采集變頻器的輸出電壓、電流信號和光電編碼盤信號，并將模擬信號隔離、濾波和量程轉換。轉換后的信號用于變頻器控制、保護，以及提供給主控板數據采集。
