1、交直交單元串聯多電平方式

　　現在國內的同步電機變頻器，大部分采用的是交交變頻，和交直交變頻器相比，缺點：驅動晶閘管復雜；輸出頻率范圍低，只能達到電網頻率得1/3運行；功率因數低，諧波污染嚴重。在一些控制場合交交變頻器的原理制約了它高速上的應用不能實現和動態(tài)響應慢的缺點。

　　交直交方式使用移相的目的可以提高整流設備的脈波數，減小網側高次諧波，整流變壓器采用二次側延邊三角形移相，交直交方式頻率調速范圍寬，功率變換電路采用多電平變換器（見圖2），各級功率模塊采用H全橋IGBT驅動方式，由于輸出電平數較多，輸出波形階梯增多，就可以使調制波接近正弦，降低電壓跳變，這樣諧波就少。另一個優(yōu)點是輸出電壓的dv/dt較小，對負載電機的沖擊小。如一些軋鋼機，提升機，卷揚機。如果采用交交變頻，必須加減速機構。而交直交可以在許可的范圍內頻率任意調解。這就解決了上述問題。

　　2、基于能量回饋的功率單元

　　普通高壓變頻器不能直接用于需要快速起、制動和頻繁正、反轉的調速系統，如高速電梯、礦用提升機、軋鋼機、大型龍門刨床、卷繞機構張力系統及機床主軸驅動系統等。因為這種系統要求電機四象限運行，當電機減速、制動或者帶位能性負載重物下放時，電機處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產生的再生電能傳輸到直流側濾波電容上，產生泵升電壓。而以GTR、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器件、電解電容，甚至會破壞電機的絕緣，從而威脅系統安全工作，這就限制了普通高壓變頻器的應用范圍,基于能量反饋的系統解決上述問題,并且實現了真正的節(jié)能目標而不是浪費掉能量。

　　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的控制信號為經光纖傳輸過來的PWM信號控制其導通和關斷，輸出經單元串聯后到電機。原理如圖2。

圖2能量回饋單元原理圖

　　三相定子繞組靜止電氣方程：

?

　　三相定子坐標系到兩相靜止坐標系的變換方程（Clarke變換）

　　?靜止坐標系到轉子同步旋轉坐標系的變換方程（Park變換）

　　?Park逆變換

　　Clarke逆變換

　　α和β兩相靜止坐標系變換成同步旋轉磁場定向坐標系d、q如圖4

圖4坐標變換圖

　　同步電機采用改進的空間矢量磁場定向控制策略，控制系統采用速度環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)結構，電流環(huán)采用PI調節(jié)器，實現簡單，并能獲得較好的電流跟蹤性能。速度環(huán)采用PI調節(jié)器，能有效地限制動態(tài)響應的超調量，加快響應速度。系統采用轉速、電流雙閉環(huán)調速系統；系統全數字式的關鍵是電流環(huán)數字化，就是把數模混合式變頻系統中的模擬電流環(huán)，采用數字方式加以實現，其核心提高電流環(huán)的處理速度，達到或接近模擬電流環(huán)的響應速度。根據目前的微處理器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。良好的系統硬件和軟件設計是使研制的系統達到實用化的保證，在滿足性能要求的基礎上，必須充分利用硬件資源，提高集成度降低硬件成本，達到產品化的目標。

　　矢量控制系統的解耦,速度給定ω與速度反饋相減得出速度誤差，速度誤差經PI調節(jié)后輸出轉矩電流給定iq，id勵磁電流給定是根據系統的動態(tài)需要進行調整其值根據不同的電機和負載得出的經驗值，電機三相電流反饋ia、ic、ib經傳感器采樣，然后再根據轉子位置電氣角度θ進行Clarke變換，變換后輸出ialpha、ibeta,ialpha、ibeta經Park變換輸出id、iq，id、iq值與給定值iqref、idref求誤差,進行PI調節(jié)后輸出Vq、Vd,電壓矢量和轉子位置電氣角度θ經過Park逆變換Clarke逆變換輸出電機定子三相電壓Va、Vb、Vc值，三相電壓Va、Vb、Vc值作為PWM（脈寬調制）的比較值比較輸出PWM波形到逆變器然后驅動電機旋轉。

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