專利名稱：一種高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)變頻控制裝置，尤其是一種交一直一交 的變頻裝置，主要用于高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制。
技術(shù)背景在大功率交流同步電機(jī)傳動(dòng)方面，以交-交變頻調(diào)速傳動(dòng)為主。一 般為幾百千瓦至數(shù)千千瓦。在水泥，釆礦與礦山行業(yè)、冶金行業(yè)、化 工，石油與天然氣行業(yè)、有色金屬等特別是礦山的大型礦井提升機(jī)傳 動(dòng)與調(diào)速等領(lǐng)域已有較多的應(yīng)用。大容量、低轉(zhuǎn)速、高過載、響應(yīng)快、 四象限運(yùn)行等傳動(dòng)領(lǐng)域主要用于礦井提升機(jī)和鋼鐵廠的主軋機(jī)，在此 類系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是大功率同步電機(jī)，我國目前在高壓大功率同步 電機(jī)控制系統(tǒng)中采用的技術(shù)是主要是交交控制方式的變頻，而該類型 的變頻器特點(diǎn)是在應(yīng)用過程中諧波大對(duì)電網(wǎng)的污染很嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，可靠性差等。高壓大功率同步電機(jī)變頻器，目前來說以交交變頻為主，交交變頻器由于其控制原理方式的制約，造成其功能和應(yīng)用范圍受限，交交 變頻器的結(jié)構(gòu)方式把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電，改變切換頻率，就可改變輸出頻率；改變交流電路的控制a，就可以改變交流輸出電壓幅值；輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓 段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。輸出波形畸變和輸出上限 頻率的關(guān)系，很難確定明確界限。當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時(shí)，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3—1/2。電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路的輸出上限頻率約為 20Hz。主要缺點(diǎn)
1、 受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；2、 輸入功率因數(shù)較低；3、 輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新穎高壓同步電 機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置；該裝置具有電網(wǎng)污染小無需無功補(bǔ)償設(shè) 備、快速響應(yīng)、調(diào)速比范圍寬、恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)、四象限運(yùn)行等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的， 一種高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置，包括高壓輸入移相隔離變壓器、帶能量回饋的功率單元模塊， 將所述率單元相互串聯(lián)實(shí)現(xiàn)三相高壓變頻輸出，其特征在于所述高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置還包括由數(shù)字信號(hào)處理器DSP、可編程邏輯器件和相關(guān)外圍電路組成的全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制器、與被控高壓同步電機(jī)同軸相連的轉(zhuǎn)子位置及速度反饋編碼器、變頻器輸出電流檢測(cè)傳感器、單元控制電路UFC;所述外圍電路包括光纖接口、上位監(jiān)控系統(tǒng)；所述上位監(jiān)控系統(tǒng)是用于給定頻率，接收控制系統(tǒng)的上報(bào)信息。本發(fā)明所述高壓輸入移相隔離變壓器副邊釆用延邊三角型移相 隔離降壓共18繞組輸出，18組分成三相每相六組，每相繞組彼此移 相10° ,其輸入為高壓三相交流電，經(jīng)移相隔離降壓輸出后輸出三 相低壓交流電壓連接到所述的功率單元模塊輸入端R、 S、 T。本發(fā)明所述帶能量回饋的功率單元模塊的三相交流輸入電壓R、 S、 T端為移相隔離變壓器的輸出，經(jīng)過電容器、電感器緩沖和濾波 環(huán)節(jié)連接到三相同步整流絕緣柵雙極性晶體管IGBT上，同步整流后 經(jīng)電容、電阻濾波成直流電壓，再經(jīng)4個(gè)IGBT連接成H橋進(jìn)行電壓 逆變，對(duì)所述逆變IGBT的控制是由全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制 器中的脈寬調(diào)制器PWM發(fā)出的信號(hào)經(jīng)光纖發(fā)送到單元控制電路 UFC控制H橋的逆變。
本發(fā)明所述的功率單元模塊采用串聯(lián)連接方式，每個(gè)功率單元模塊的輸入為R、 S、 T端，每個(gè)功率單元模塊的輸出為L1、 L2，每個(gè) 單元模塊的Ll與上一級(jí)同相的功率單元模塊的L2相連接，在最頂 層三相功率單元模塊的Ll連接到一起成中性點(diǎn)N,各相最底層功率 單元的L2作為變頻器輸出。本發(fā)明所述速度與位置傳感器的旋轉(zhuǎn)部分與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸相連， 固定部分與電機(jī)座相連，位置及速度信號(hào)傳輸給全數(shù)字化高壓同步電 機(jī)矢量控制器。本發(fā)明所述全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制器，其輸入信號(hào)為上 位監(jiān)控系統(tǒng)頻率給定值n*、高壓同步電機(jī)同軸相連的轉(zhuǎn)子位置及速 度反饋編碼器信號(hào)經(jīng)位置速度處理電路生成轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置信號(hào) 6、變頻器輸出電流檢測(cè)傳感器信號(hào)、功率單元模塊狀態(tài)信息，所述 全數(shù)字化同步電機(jī)矢量控制器輸出信號(hào)為控制功率單元模塊的PWM 信號(hào)，所述PWM信號(hào)，由全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量器內(nèi)三相光纖 接口板處理，經(jīng)光纖接口與各功率單元的UFC控制各相功率單元； 所述全數(shù)字化同步電機(jī)矢量控制器根據(jù)上位監(jiān)控系統(tǒng)頻率給定值和 速度反饋信號(hào)經(jīng)DSP計(jì)算相比較，所述DSP計(jì)算出速度誤差，然后 在DSP中的比例、微分、積分器PID中進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述DSP輸出轉(zhuǎn) 矩電流Iqref,所述三相電機(jī)的反饋電流是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置9經(jīng) 矢量變換后輸出勵(lì)磁電流Id、電樞電流Iq，所述勵(lì)磁電流Id、電樞 電流Iq與給定的Idref、 Iqref進(jìn)行比較，然后經(jīng)DSP進(jìn)行PID調(diào)節(jié)， 再經(jīng)DSP進(jìn)行矢量變換后輸出三相的PWM脈沖PWMA、 PWMB、 PWMC，所述三相PWM脈沖經(jīng)移相處理后，經(jīng)三相光纖接口板A、 B、 C輸出到各功率單元控制電路UFC分別控制三相功率單元模塊。本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果在于解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)；解決高壓大功率同步電機(jī)變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染問題；
解決高壓大功率同步電機(jī)變頻器的快速響應(yīng)問題； 解決高壓大功率同步電機(jī)變頻器的恒轉(zhuǎn)矩輸出問題； 解決高壓大功率同步電機(jī)變頻器的調(diào)速比范圍小的問題； 解決高壓大功率同步電機(jī)變頻器的四象限運(yùn)行問題。


圖i是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；圖2是本發(fā)明的全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制器圖；酌是本發(fā)明的全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制軟件結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的速度環(huán)流程圖；圖5是本發(fā)明的電流環(huán)流程圖； 圖6是本發(fā)明的能量回饋功率單元電氣圖。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 如附圖l，本發(fā)明的高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置由以下 技術(shù)特點(diǎn)和單元組成，三相高壓電輸入移相隔離變壓器，經(jīng)移相隔離 降壓多路交流輸出后，輸入到帶能量回饋的功率單元模塊，功率單元模塊逆變輸出到同步三相電機(jī)；安裝在三相電機(jī)上的位置與速度傳感 器反饋的信號(hào)，經(jīng)光傳輸器傳送給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件 經(jīng)串并轉(zhuǎn)換處理后，將信號(hào)傳送給數(shù)字信號(hào)處理DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處 理；電流反饋信號(hào)經(jīng)霍爾傳感器采樣，上傳信號(hào)經(jīng)模擬信號(hào)處理電路 濾波處理后再上傳給DSP,全數(shù)字化同步電機(jī)矢量控制器主控板上的 AD進(jìn)行采樣并運(yùn)算；DSP經(jīng)全數(shù)字化同步電機(jī)矢量控制與上位監(jiān)控 進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，并向上位監(jiān)控上報(bào)系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)和故障狀 態(tài)。如附圖l交直交的變頻功能采用功率單元串聯(lián)多電平方式。 釆用交直交變頻方式，變頻器輸出的頻率調(diào)速范圍寬，各級(jí)功率
單元模塊采用H全橋IGBT驅(qū)動(dòng)方式，由于輸出電平數(shù)較多，輸出波 形階梯增多，就可以使調(diào)制波接近正弦，降低電壓跳變，這樣諧波就 少。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓的dv/dt較小，對(duì)負(fù)載電機(jī)的沖擊小。如一些軋鋼機(jī)、提升機(jī)、巻揚(yáng)機(jī)，如果釆用交交變頻，必須加減 速機(jī)構(gòu)，而交直交可以在許可的范圍內(nèi)頻率任意調(diào)解，這就解決了上 述問題。實(shí)現(xiàn)方法變頻器的三相輸入高壓(3000V.6000V.10000V )接到到移相隔離變壓器的輸入側(cè)，經(jīng)移相隔離變壓器移相隔離降壓副邊多 繞組交流輸出，接到功率單元模塊，功率單元模塊輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 如圖3所示全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制軟件結(jié)構(gòu)圖矢量控制的目的是為了改善三相電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩控制性能，而最終 實(shí)施仍然是對(duì)定子電流的控制。由于在定子側(cè)的各物理量(電壓、電 流、電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì))在靜止坐標(biāo)系都是交流量，調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算 均不方便。因此，需借助于矢量坐標(biāo)變換，使各物理量從靜止坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，站在同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系上觀察時(shí)，電動(dòng)機(jī)的 各空間矢量都變成了靜止矢量，在同步坐標(biāo)系上的各空間矢量就都變 成了直流量，可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式的幾種形式，找到轉(zhuǎn)矩和被控矢量的 各分量之間的關(guān)系，實(shí)時(shí)地計(jì)算出轉(zhuǎn)矩控制所需的被控矢量的各分量 值直流給定量。按照這些給定量實(shí)時(shí)控制，就能達(dá)到對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的 控制功能。由于這些直流給定量在物理上是不存在的，是虛抅的，因 此，還必須再經(jīng)過坐標(biāo)的逆變換過程，把上述的直流給定量變換成實(shí) 際的交流給定量，在三相定子坐標(biāo)系上對(duì)交流量進(jìn)行控制，使其實(shí)際 值等于給定值。在矢量變換的控制方法中，需用到靜止和旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo) 系，以及矢量在各坐標(biāo)系之間的變換，交流同步電機(jī)的矢量控制，需 要把電機(jī)的ABC三相定子靜止坐標(biāo)系的電流Ia、 Ib、 Ic、變換成Ict 阿爾法(a), ip貝它(p)兩相靜止坐標(biāo)系(Clarke變換)，也叫三相 - 二相變換，再從兩相靜止坐標(biāo)系變換成同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定向坐標(biāo)系
(Park變換)，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iq、 Id(Id相當(dāng)于 直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；Iq相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后 模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的 坐標(biāo)逆變換(Park逆變換)(Clarke逆變換)，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的控 制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩 個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，然后分解定子電流而獲得 轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交解耦控制。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)釆用 速度環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，電流環(huán)采用PID調(diào)節(jié)器(P—比例，I 一積分，一D微分)，實(shí)現(xiàn)簡單，并能獲得較好的電流跟蹤性能。速 度環(huán)采用PID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)釆用轉(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)?；旌鲜阶冾l系統(tǒng)中的模擬電流環(huán)，釆用數(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)目前的數(shù)字信號(hào)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11* (頻率給定)與速度反饋n相 減得出速度誤差，速度誤差經(jīng)PID調(diào)節(jié)后輸出轉(zhuǎn)矩電流給定Iqref， Idref 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Ia、 Ic、 Ib(為Ia與Ic之和求 反)經(jīng)傳感器釆樣，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)子位置電氣角度e進(jìn)行Clarke變換， 變換后輸出Ia、 IP, Ia、 ip經(jīng)Park變換輸出Id、 Iq， Id、 Iq值與給定值 Iqref、 Idref求誤差，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后輸出Vsqref、 Vsdref, Vsqref、 Vsdref 和轉(zhuǎn)子位置電氣角度e經(jīng)過Park逆變換輸出Va、VP, Va、Vp經(jīng)過CIarke
逆變換輸出電機(jī)定子三相電壓Va、 Vb、 Vc值，三相電壓Va、 Vb、 Vc 值作為脈寬調(diào)制(PWM)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)。如附圖2全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制硬件控制原理框圖。 硬件主控實(shí)現(xiàn)部分由數(shù)字信號(hào)處理電路DSP作為主控制電路， 可編程邏輯電路實(shí)現(xiàn)部分算法的計(jì)算和波形發(fā)生及各種信號(hào)的處理， 經(jīng)AD釆樣處理后的電流電壓反饋信號(hào)傳到DSP,功率單元與DSP的通 信采用光纖串行高速通信方式，功率單元的狀態(tài)信息經(jīng)可編程邏輯器 件進(jìn)行串行編碼后通過光纖發(fā)送到DSP的接收端，DSP接收并進(jìn)行串 行到并行解碼后傳輸?shù)紻SP進(jìn)行信號(hào)處理；DSP根據(jù)功率單元狀態(tài)信 息，調(diào)整系統(tǒng)的控制狀態(tài)；速度與位置傳感器的信號(hào)經(jīng)處理后，傳輸 到DSP主控器板，DSP和可編程邏輯器件對(duì)傳感器反饋的速度位置信 號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，測(cè)速方式采用變WT測(cè)速，可以實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)速 要求，DSP計(jì)算出速度和位置的有效值，并經(jīng)傳感器檢測(cè)有無故障狀 態(tài)，上報(bào)到DSP，同時(shí)DSP可以根據(jù)測(cè)速的要求動(dòng)態(tài)調(diào)整測(cè)速方式和時(shí) 間；本系統(tǒng)中的電流檢測(cè)元件選擇了根據(jù)磁場(chǎng)補(bǔ)償原理制成的霍爾效 應(yīng)電流互感器，以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流的要求，電機(jī)的三相電流信號(hào)經(jīng) 信號(hào)調(diào)理電路處理后，變成模擬電壓信號(hào)輸入到DSP主控板的AD轉(zhuǎn) 換芯片AD7865,該芯片可以在瞬時(shí)情況下對(duì)三相的電壓電流信號(hào)進(jìn) 行釆樣保持并轉(zhuǎn)換，這樣能保證真實(shí)的再現(xiàn)電機(jī)瞬態(tài)三相電壓電流的 波形，AD7865釆樣完成后上傳三相的數(shù)據(jù)；DSP與上位系統(tǒng)釆用的 是RS232通訊模式，實(shí)時(shí)的接收上位監(jiān)控給定的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定值，并 上報(bào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)數(shù)據(jù)；DSP根據(jù)控制要求作出相應(yīng)的 執(zhí)行控制；如附圖4是速度環(huán)流程圖。速度環(huán)中斷處理流程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和加減速時(shí)間的各項(xiàng)參數(shù)值計(jì) 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(jì)算誤差并進(jìn)行比例、積分、(PI)調(diào)節(jié)，然后輸出Iqref (轉(zhuǎn)矩電流給定)，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。如附圖5是電流環(huán)流程圖。電流環(huán)中斷處理流程，霍爾傳感器檢測(cè)Ia，Ic兩相電流反饋值，計(jì) 算出三相電流反饋值Ib,根據(jù)位置速度傳感器反饋的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算當(dāng) 前轉(zhuǎn)子的位置電角度e,由Ia、 Ib、 Ic進(jìn)行CLARKE輸出Ia和ip，由Ia、 Ip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Va、 Vp，由Va、 Vp進(jìn)行CLARKE逆變換輸出Va、 Vb、 Vc，輸出三相Va、 Vb、 Vc PWM的占空比值到可編程邏輯器件；驅(qū) 動(dòng)波形通過可編程邏輯器件的PWM波形發(fā)生模塊輸出到光纖驅(qū)動(dòng) 器，經(jīng)光纖傳輸?shù)礁鱾€(gè)功率單元控制IGBT的開關(guān)。如附圖6能量回饋單元原理圖?；谀芰炕仞伒墓β蕟卧胀ǜ邏鹤冾l器不能直接用于需要快 速起、制動(dòng)和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機(jī)、 軋鋼機(jī)、大型龍門刨床、卷繞機(jī)構(gòu)張力系統(tǒng)及機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。 因?yàn)檫@種系統(tǒng)要求電機(jī)四象限運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或者帶位能性 負(fù)載重物下放時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管控整流器能量 傳輸不可逆變，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升 電壓。而以IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有 可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系 統(tǒng)安全工作，這就限制了普通高壓變頻器的應(yīng)用范圍，基于能量反饋 的系統(tǒng)解決上述問題，并且實(shí)現(xiàn)了真正的節(jié)能目標(biāo)而不是浪費(fèi)掉能 量。帶能量回饋的功率單元，輸入為移相隔離變壓器副邊降壓繞組的
三相，IGBT的控制信號(hào)為經(jīng)光纖傳輸過來的PWM信號(hào)控制其導(dǎo)通和 關(guān)斷，輸出經(jīng)單元串聯(lián)后到電機(jī)。
權(quán)利要求
1、一種高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置，包括高壓輸入移相隔離變壓器、帶能量回饋的功率單元模塊，將所述率單元相互串聯(lián)實(shí)現(xiàn)三相高壓變頻輸出，其特征在于所述高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置還包括由數(shù)字信號(hào)處理器DSP、可編程邏輯器件和相關(guān)外圍電路組成的全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制器、與被控高壓同步電機(jī)同軸相連的轉(zhuǎn)子位置及速度反饋編碼器、變頻器輸出電流檢測(cè)傳感器、單元控制電路UFC；所述外圍電路包括光纖接口、上位監(jiān)控系統(tǒng)；所述上位監(jiān)控系統(tǒng)是用于給定頻率，接收控制系統(tǒng)的上報(bào)信息。
2、 如權(quán)利要求1所述的高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置， 其特征在于所述高壓輸入移相隔離變壓器副邊釆用延邊三角型移相 隔離降壓共18繞組輸出，18組分成三相每相六組，每相繞組彼此移 相10° ，其輸入為高壓三相交流電，經(jīng)移相隔離降壓輸出后輸出三 相低壓交流電壓連接到所述的功率單元模塊輸入端R、 S、 T。
3、 如權(quán)利要求1所述的高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置， 其特征在于所述帶能量回饋的功率單元模塊的三相交流輸入電壓 R、 S、 T端為移相隔離變壓器的輸出，經(jīng)過電容器、電感器緩沖和濾 波環(huán)節(jié)連接到三相同步整流絕緣柵雙極性晶體管IGBT上，同步整流 后經(jīng)電容、電阻濾波成直流電壓，再經(jīng)4個(gè)IGBT連接成H橋進(jìn)行電 壓逆變，對(duì)所述逆變IGBT的控制是由全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控 制器中的脈寬調(diào)制器PWM發(fā)出的信號(hào)經(jīng)光纖發(fā)送到單元控制電路 UFC控制H橋的逆變。
4、 如權(quán)利要求1所述的高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置， 其特征在于所述的功率單元模塊采用串聯(lián)連接方式，每個(gè)功率單元 模塊的輸入為R、 S、 T端，每個(gè)功率單元模塊的輸出為L1、 L2,每 個(gè)單元模塊的Ll與上一級(jí)同相的功率單元模塊的L2相連接，在最 頂層三相功率單元模塊的Ll連接到一起成中性點(diǎn)N,各相最底層功 率單元的L2作為變頻器輸出。
5、 如權(quán)利要求1所述的高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置， 其特征在于所述速度與位置傳感器的旋轉(zhuǎn)部分與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸相 連，固定部分與電機(jī)座相連，位置及速度信號(hào)傳輸給全數(shù)字化高壓同 步電機(jī)矢量控制器。
6、 如權(quán)利要求l或3所述的高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝 置，其特征在于所述全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制器，其輸入信 號(hào)為上位監(jiān)控系統(tǒng)頻率給定值n*、高壓同步電機(jī)同軸相連的轉(zhuǎn)子位 置及速度反饋編碼器信號(hào)經(jīng)位置速度處理電路生成轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位 置信號(hào)6 、變頻器輸出電流檢測(cè)傳感器信號(hào)、功率單元模塊狀態(tài)信息，所述全數(shù)字化同步電機(jī)矢量控制器輸出信號(hào)為控制功率單元模塊的 PWM信號(hào)，所述PWM信號(hào)，由全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量器內(nèi)三 相光纖接口板處理，經(jīng)光纖接口與各功率單元的UFC控制各相功率 單元；所述全數(shù)字化同步電機(jī)矢量控制器根據(jù)上位監(jiān)控系統(tǒng)頻率給定 值和速度反饋信號(hào)經(jīng)DSP計(jì)算相比較，所述DSP計(jì)算出速度誤差， 然后在DSP中的比例、微分、積分器PID中進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述DSP輸 出轉(zhuǎn)矩電流Iqref,所述三相電機(jī)的反饋電流是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置 9經(jīng)矢量變換后輸出勵(lì)磁電流Id、電樞電流Iq,所述勵(lì)磁電流W、 電樞電流Iq與給定的Idref、 Iqref進(jìn)行比較，然后經(jīng)DSP進(jìn)行PID調(diào) 節(jié)，再經(jīng)DSP進(jìn)行矢量變換后輸出三相的PWM脈沖P WMA 、 PWMB 、 PWMC，所述三相PWM脈沖經(jīng)移相處理后，經(jīng)三相光纖接口板A、 B、 C輸出到各功率單元控制電路UFC分別控制三相功率單元模塊。
全文摘要
本發(fā)明是一種高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置，包括高壓輸入移相隔離變壓器、帶能量回饋的功率單元模塊，將所述率單元相互串聯(lián)實(shí)現(xiàn)三相高壓變頻輸出，所述高壓同步電機(jī)全數(shù)字化矢量控制裝置還包括由數(shù)字信號(hào)處理器、可編程邏輯器件和相關(guān)外圍電路組成的全數(shù)字化高壓同步電機(jī)矢量控制器、與被控高壓同步電機(jī)同軸相連的轉(zhuǎn)子位置及速度反饋編碼器、變頻器輸出電流檢測(cè)傳感器；所述外圍電路包括光纖接口、上位監(jiān)控系統(tǒng)；所述上位監(jiān)控系統(tǒng)給定頻率。該裝置具有電網(wǎng)污染小、無需無功補(bǔ)償設(shè)備，快速響應(yīng)，調(diào)速比范圍寬，恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，四象限運(yùn)行能力等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M5/00GK101119090SQ20071011809
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者沈士軍 申請(qǐng)人:北京合康億盛科技有限公司