HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制高压变频调速系统介绍（连载）

　　 2006年7月，在经历了长时间厂内试运行后，利德华福第一台HARSVERT-VA系列产品——DSP无速度传感器矢量控制高压变频器在河南某电厂顺利投入生产运行，这标志着利德华福的产品技术迈上了一个新的台阶，将国内同类产品的调速性能提高到与国外先进技术同步的水平。
　　 HARSVERT-VA系列高压变频调速产品，采用高速数字信号处理器（DSP）芯片作为主控制芯片，结合先进的异步电机无速度传感器矢量控制技术，以启动转矩大，动态响应快为主要特征，将大大拓宽高压变频器的应用领域，为用户提供更高性能的交流传动。
　　 HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制高压变频调速系统产品具有以下主要功能：
　　（1）V/f比恒定控制；
　　（2）无速度传感器矢量控制；
　　（3）速度闭环矢量控制；
　　（4）高压掉电恢复自动重启；
　　（5）任意转速下旋转启动；
　　（6）单模块故障旁路功能；
　　（7）异步电机参数自动检测；
　　（8）各种故障分类处理，尽可能保证设备连续运行；
　　然而，何谓DSP，何谓矢量控制，应用矢量控制会有哪些优点，矢量控制的基本原理是什么，如何使用HARSVERT-VA系列产品？从本期开始，将逐步分篇介绍DSP、矢量控制相关知识，以及HARSVERT-VA系列高压变频调速产品的应用知识。
　　
　　第一篇 DSP与矢量控制技术的发展背景
　　
　　 HARSVERT-VA系列高性能高压变频调速产品，在以DSP为核心搭建的高性能控制器硬件平台上，结合先进的实用化的矢量控制技术，将异步电机的控制性能提高到一个新的高度。
　　其中，DSP是英文Digital Signal Processor的词头字母缩写，其含义为数字信号处理器，是一种对数字信号进行分析处理的专用芯片。矢量控制，在国外多称为磁场定向控制（Field Orientation Control），其核心思想是以电机磁场为坐标轴基准方向，通过坐标变换的方法，实现对电机转矩和磁通的解耦控制。
　　矢量控制与以DSP为代表的高性能处理器的结合是必然趋势。
　　在上个世纪绝大部分时间里，直流电机由于其转速的调节性能和转矩的控制性能比较理想，在高性能变速电气传动领域中占统治地位。但是，直流电机结构中存在着换向器、电刷等结构，因而不能在大容量、高转速、高可靠性、易于维护及节能等方面满足更高的要求。
　　而异步电机因其结构简单、坚固耐用、运行可靠、制造成本低、易于维护、可工作于恶劣环境等优点，在工业领域得到了广泛的应用。但是，由于异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量复杂系统，早期的研究不能很好解决它的控制和调速问题。
　　早期的交流电机控制多是建立在电机稳态模型的基础上，其系统控制规律是从电机的稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出的平均值控制，完全不考虑过渡过程，因而在系统设计时，不得不做出较强的假设，忽略较多因素，这就使得设计结果与实际相差较大，系统在稳定性、启动及动态响应等方面的性能不能令人满意。
　　其中比较有代表性的是V/f比恒定的变频调压技术。由于缺乏对转矩的有效控制，系统带载能力差，动态响应慢。尤其在低速时由于定子电阻压降和逆变器互锁效应影响加剧，使得控制性能更差，并可能产生振荡和不稳定现象。但由于该方法实现简单，因而被广泛地应用于风机、水泵等调速性能要求不高的场合。目前，国内高压变频器生产厂商仍普遍采用这一方案。
　　交流电机控制真正划时代的进步是在20世纪70年代初。1971年，美国P. C. Custman和A. A. Clark申请了专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”，同年，德国西门子公司的F. Blaschke等提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，奠定了矢量控制的理论基础。这种原理的基本出发点是：考虑到异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标轴系到旋转坐标轴系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量分解成两个垂直的直流变量，并分别进行控制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机，从而可象直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制。