1、交直交单元串联多电平方式

　　现在国内的同步电机变频器，大部分采用的是交交变频，和交直交变频器相比，缺点：驱动晶闸管复杂；输出频率范围低，只能达到电网频率得1/3运行；功率因数低，谐波污染严重。在一些控制场合交交变频器的原理制约了它高速上的应用不能实现和动态响应慢的缺点。

　　交直交方式使用移相的目的可以提高整流设备的脉波数，减小网侧高次谐波，整流变压器采用二次侧延边三角形移相，交直交方式频率调速范围宽，功率变换电路采用多电平变换器（见图2），各级功率模块采用H全桥IGBT驱动方式，由于输出电平数较多，输出波形阶梯增多，就可以使调制波接近正弦，降低电压跳变，这样谐波就少。另一个优点是输出电压的dv/dt较小，对负载电机的冲击小。如一些轧钢机，提升机，卷扬机。如果采用交交变频，必须加减速机构。而交直交可以在许可的范围内频率任意调解。这就解决了上述问题。

　　2、基于能量回馈的功率单元

　　普通高压变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管不控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了普通高压变频器的应用范围,基于能量反馈的系统解决上述问题,并且实现了真正的节能目标而不是浪费掉能量。

　　带能量回馈的功率单元，输入为移相隔离变压器副边降压绕组的三相，IGBT的控制信号为经光纤传输过来的PWM信号控制其导通和关断，输出经单元串联后到电机。原理如图2。

图2能量回馈单元原理图

　　三相定子绕组静止电气方程：

?

　　三相定子坐标系到两相静止坐标系的变换方程（Clarke变换）

　　?静止坐标系到转子同步旋转坐标系的变换方程（Park变换）

　　?Park逆变换

　　Clarke逆变换

　　α和β两相静止坐标系变换成同步旋转磁场定向坐标系d、q如图4

图4坐标变换图

　　同步电机采用改进的空间矢量磁场定向控制策略，控制系统采用速度环和电流环双闭环结构，电流环采用PI调节器，实现简单，并能获得较好的电流跟踪性能。速度环采用PI调节器，能有效地限制动态响应的超调量，加快响应速度。系统采用转速、电流双闭环调速系统；系统全数字式的关键是电流环数字化，就是把数模混合式变频系统中的模拟电流环，采用数字方式加以实现，其核心提高电流环的处理速度，达到或接近模拟电流环的响应速度。根据目前的微处理器DSP、A/D器件的水平，可以满足硬件的需要；另一方面在于控制策略及控制软件的优化。良好的系统硬件和软件设计是使研制的系统达到实用化的保证，在满足性能要求的基础上，必须充分利用硬件资源，提高集成度降低硬件成本，达到产品化的目标。

　　矢量控制系统的解耦,速度给定ω与速度反馈相减得出速度误差，速度误差经PI调节后输出转矩电流给定iq，id励磁电流给定是根据系统的动态需要进行调整其值根据不同的电机和负载得出的经验值，电机三相电流反馈ia、ic、ib经传感器采样，然后再根据转子位置电气角度θ进行Clarke变换，变换后输出ialpha、ibeta,ialpha、ibeta经Park变换输出id、iq，id、iq值与给定值iqref、idref求误差,进行PI调节后输出Vq、Vd,电压矢量和转子位置电气角度θ经过Park逆变换Clarke逆变换输出电机定子三相电压Va、Vb、Vc值，三相电压Va、Vb、Vc值作为PWM（脉宽调制）的比较值比较输出PWM波形到逆变器然后驱动电机旋转。

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