图2  能量回馈单元原理图

3、 全数字矢量控制方式

  矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是对定子电流的控制。由于在定子侧的各物理量（电压、电流、电动势、磁动势）都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算均不方便。因此，需借助于坐标变换，使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，站在同步旋转的坐标系上观察，电动机的各空间矢量都变成了静止矢量，在同步坐标系上的各空间矢量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各分量之间的关系，实时地计算出转矩控制所需的被控矢量的各分量值——直流给定量。按这些给定量实时控制,就能达到直流电动机的控制性能。由于这些直流给定量在物理上是不存在的，是虚构的，因此，还必须再经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到静止坐标系，把上述的直流给定量变换成实际的交流给定量，在三相定子坐标系上对交流量进行控制，使其实际值等于给定值。在矢量变换的控制方法中，需用到静止和旋转的坐标系，以及矢量在各坐标系之间的变换，交流同步电机的矢量控制，需要把电机的ABC三相定子静止坐标系的电流Ia、Ib、Ic、变换成α和β两相静止坐标系(Clarke变换)，也叫三相－二相变换，再从两相静止坐标系变换成同步旋转磁场定向坐标系（Park变换），等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iq、Id(Id相当于直流电动机的励磁电流)；Iq相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标逆变换（Park逆变换）（Clarke逆变换），实现对同步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交解耦控制。

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。

图3 矢量控制原理图

本方案的同步电机的励磁电流是If是按照固定励磁电流给定方式工作，对于同步电机的转子励磁电流If的给定，通过对同步电机的空载特性试验和短路同性实验，测出电机的各项参数并计算出所需运行的额定励磁电流，此时根据额定的励磁电流If调节定子侧的去磁电流Idref就可以调节系统的功率因数，控制Idref就可以使得系统是运行在功率因数超前还是滞后。

系统主控制器主控芯片采用DSP数字信号处理器，该处理器采用哈弗数据总线结构，采用四级预处理指令功能，指令执行时间段，处理速度快，可以实现同步电机高压变频器中矢量控制的复杂算法和信号处理，这是通用的单片机所不能实现的，另外采用了外扩的FPGA处理实时要求更高的算法处理，并对输出的SPWM波形进行实时的处理，保证了输出SPWM波形的精度和信号完整性。功率单元采用的是国外知名厂商的IGBT和电容，保证了产品的寿命和可靠性，对产品的整体质量有较好的保证。功率单元与主控制器之间的通信采用的是光纤传输，光纤通讯采用的光信号传输，可以有效的解决各个设备之间的电磁干扰问题，并且其传输速度快，不影响信号的实时传递。