[发明专利]一种高频变频器

说明书

本发明公开了一种高频变频器，本发明面向高速磨床、燃料电池压缩机、PCB钻孔、汽车主驱动等高速度、高精度或高可靠性等永磁电机高性能应用场合；控制目标是高速度、高精度、低损耗、低震动；可驱动的电机类型为三相直流无刷、永磁同步、交流异步电机，采用磁场定向控制算法，有PG，可实现位置、速度或转矩控制；无位置传感器，无PG，可实现速度控制，本发明具有独创性；优势明显，应用广泛。

技术领域

本发明涉及一种高频变频器。

背景技术

高频变频器及主轴是中高端数控磨床、压缩机、风机、PCB钻孔、分子泵等 装备的核心功能部件，高转速、高效率、高可靠性、低震动的电机/主轴驱动系 统是保证装备加工的精度、效率及使用寿命等性能指标的关键技术之一，目前市 场上的变频器输出频率普遍低于600Hz(本发明的高频变频器是指输出频率高于 600Hz的变频器)，对应一对级电机/主轴转速在3.6万转/分钟以下，如需更高 转速只能通过在传统机械传动环节中增加一个增速箱来实现，存在着购机成本 高、运行费用高、维护成本高、体积大等缺陷。

为了实现对电机/主轴高转速、高效率、高可靠性、低震动等高性能控制， 现有方案中配套驱动系统必须采用高性能矢量变频器，即用机械式位置传感器采 集转子位置、转速数据，高性能MCU实现磁场定向控制(FOC)算法来实现，但 是安装位置传感器使系统复杂度增加、可靠性降低、高速故障率高、使用成本高 等缺点，本发明在现有有感控制的基础上，针对电机高速运行场合(600Hz以上) 增加无感控制算法，其基本原理是：将永磁电机看成一个“传感器”，电机的三 相输入电压视为该传感器的激励，电机的三相反馈电流视为传感器“响应”，通 过算法在线精确计算出转子位置，以实现磁场定向控制，不使用机械式位置传感 器的情况下，实现对永磁电机的速度高精度控制，大幅降低了电机生产、装配及 使用成本，同时降低了永磁电机的推广普及技术门槛。

在电机驱动系统中，变频器PWM载波频率必须高于其输出频率的30倍以上， 否则电机震动、效率、发热等指标会输出频率的升高而急剧上升，FOC控制中MCU 运算速度必须与PWM载波频率保持同步，即MCU必须在一个PWM周期内完成一次 SVC算法，例如变频器输出2500Hz，PWM载波频率为80kHz，对应的时间间隔为 1.25us，按照现有市场上的通用MCU的运算能力运算一次SVC算法需要30us以 上，无法满足高频驱动器对控制器运算能力的要求，这也是目前市场上通用变频 驱动器的输出频率被限制在500-600Hz以下重要原因之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高频变频器，该高频变频器易于实 施，能显著提高电机转速。

发明的技术解决方案如下：

一种高频变频器，包括控制器、信号采集电路和高频逆变桥；信号采集电路 与控制器相连；控制器通过隔离电路与高频逆变桥相连；

控制器中具有核心模块；核心模块包括MCU最小系统及外围电路；可以是通过 IP核实现，也可以用GPU实现；控制器中还具有软核控制模块；软核控制模块 包括有限状态机FSM、ADC同步采集单元(ADC interface)、Clarke变换单元、 Park变换单元、反电动势观察器(ABobsrv)、速度滤波器(GetVel)，速度环控 制器(vPi)，电流环控制器(dPi/qPi)，Park逆变换单元(invPark)、clarke 逆变换(invClarke)及中心对称矢量PWM调制器(SVM)；控制器通过中心对称 矢量PWM调制器发出驱动脉冲以驱动逆变器工作。