高壓同步電機全數字化矢量控制變頻器
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pwm信號生成，根據dsp運算輸出的的數據可編程邏輯器件用高速時鐘生成數據，并進行單元串聯的pwm波形移相，輸出到光纖發送模塊。
由于系統采用全數字化控制方式，所有的控制策略全由軟件編程來實現，因而，軟件的設計決定著整個系統的性能。控制策略采用轉速、電流雙閉環系統，其中轉速環采用pi調節、電流環采用pi調節，算法由dsp數字信號處理器軟件編程實現。速度環的輸入是速度反饋和速度給定的差值，輸出作為電流環的給定。電流環的輸出來控制pwm波形生成器，所生成的pwm波形控制逆變器中功率開關器件的通斷，以實現對電機的調速。整個軟件處理系統采用前后臺處理模式，程序的中斷服務采用嵌套處理的形式，以保證整個系統實時信號的處理，中斷源有4種，包括系統保護中斷，片內電流環定時處理中斷，速度環定時處理中斷，外部通訊中斷。
軟件系統上電進行初始化，關中斷清各種標志位，配置dsp的各個外設模塊和i/o口，讀取eeprom中的參數信息，計算電機的位置信號和電角度，延時檢測高壓上電否？進入系統主循環。
系統保護中斷，檢測單元模塊的故障狀態和系統的保護中斷，在出現過流、過壓、plc等故障時，系統關斷igbt的輸出并停機上報系統的故障信息。
系統主流程，系統上電后，對系統的ram空間和各項外設模塊進行參數設定，對ram清零，接著對外部i/o和plc進行復位初始化，從eeprom中讀取初始電機的轉子定位信息，檢測高壓是否就緒，如就緒開放各種中斷進入主循環，否則一直檢測高壓就緒狀態信息，直到高壓就緒，主流程如圖8所示。
速度環與電流環中斷處理，實時監測系統的轉速信息，速度給定由人機界面設置輸入，檢測電機的運轉狀態和加減速時間的各項參數值計算出當前的速度給定，根據給定速度指令與速度反饋計算誤差并進行pid調節，然后輸出iqref，根據設定的轉矩電流最大最小值限制iqref值，輸出iqref到電流環做為轉矩電流指令的給定，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，根據位置速度傳感器反的轉子位置計算當前轉子的位置電角度θ，由ia、ib、ic進行clarke輸出iα和iβ，由iα、iβ進行park變換輸出iq、id，根據速度環輸出得轉矩給定和去磁電流給定與反饋值求誤差并進行pi調節輸出vq、vd，由vq、vd進行park逆變換輸出vα、vβ，由vα、vβ進行clarke逆變換輸出va、vb、vc，輸出三相va、vb、vcpwm的占空比值到fpga；驅動波形通過fpga的pwm波形發生模塊輸出到光纖驅動器，經光纖傳輸到各個功率單元模塊控制igbt的開關。部分流程，如圖9所示。
3 實驗驗證
上述的技術方案經過產品化后驗證整個設計方案是可行的并在不同的設備上進行了技術測試和考核。
例一：試驗設備6000v、630kw、6極的同步電機，在該設備上得到了測試驗證，整個系統的運行頻率低速可以達到0.01hz運行，高速可以達額定轉速的1.5倍頻率運行，低速轉矩特性平穩，可以運行在0hz恒轉矩，整個系統的功率因數可調，如圖10，圖11所示。
例二：試驗設備6000v、630kw、36極的球磨機同步電機，圖11是在球磨機同步電機負載上做實驗的記錄波形，在球磨機負載實驗過程，系統在重載情況下啟動，變頻器的輸出波形很平穩，系統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，系統運行在功率因數超前狀態。而原來的球磨機同步電機起動過程是用水電阻啟動，沖擊電流大超過額定負載電流的3倍，對電網的危害較大，改成同步電機矢量控制變頻器后有效的解決了啟動運行問題。圖13、圖14示出了現場情景。
4 結束語
本文詳細的敘述了如何實現高壓同步電機矢量控制變頻器，對矢量控制原理做了詳細的闡述，如坐標變換、電流環控制、速度環控制、pwm系統拓撲結構等等。這種變頻器的各項特點在實際負載上通過了試驗驗證。
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