單相電機變頻調速技術(shù)介紹

根據圖示的電路工作波形，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內輸出電壓的平均值：

=

+

(-Ud)dt=

Ud(7)

在SPWM調制中，D=

(1+msinωt)，代入式(7)可得：

(t)=

mUdsinωt。當開(kāi)關(guān)頻率遠大于輸出電壓頻率時(shí)，輸出電壓的瞬時(shí)值uo(t)≈

(t)。

如此在A(yíng)及B繞組上得到幅值相等，相位相差90°的正弦電壓。電壓幅值與調制度m成正比。當m=1時(shí)，輸出電壓峰值達到最大，為Ud/2。依據電機的V/f曲線(xiàn)和輸出電壓與m的關(guān)系，即可實(shí)現兩相電機的變壓變頻調速控制。

3.4 兩相三橋臂全橋逆變SVPWM控制[5]

逆變電路中，功率器件的每一種通電模式，都能在電機中生成一支空間電壓矢量。對于兩相三橋臂逆變電路，根據同一橋臂上下開(kāi)關(guān)互補導通的原則，三個(gè)橋臂共產(chǎn)生8種開(kāi)關(guān)組合模式，可以在電機繞組上得到8支空間電壓矢量，它們以V(A，N，B)來(lái)表示。其中A=1時(shí)，表示A1導通，A2關(guān)斷;A=0時(shí)，表示A1關(guān)斷，A2導通，其余類(lèi)推。8支矢量如表1所列。

表1 8支空間電壓矢量關(guān)系組合 V 非零矢量 零矢量 無(wú)用

A 1 0 0 1 0 1 1 0

N 0 0 1 1 0 1 0 1

B 0 1 1 0 0 1 1 0

忽略繞組電阻壓降時(shí)，非零電壓矢量的幅值為

|V(1,0,0)|=|V(0,0,1)|=|V(0,1,1)|=|V(1,1,0)|=Ud(8)

|V(1,0,1)|=|V(0,1,0)|=

Ud(9)

8支矢量中，兩個(gè)零矢量位于坐標原點(diǎn)，其余6支根據繞組軸線(xiàn)以圖6所示方式分布。電壓空間矢量

都可以由與之相鄰的兩個(gè)基本矢量和零矢量組合而成。矢量V(1,0,1)和V(0,1,0)在矢量合成時(shí)可有可無(wú)。為了計算的方便，只使用4只位于坐標軸上矢量和兩只零矢量來(lái)合成電壓空間矢量。

圖6 兩相三橋臂電壓空間矢量定義

(10)

t1=

t2=

(11)

t0=T-t1-t2由t1+t2(=)T，得

(=)Ud/

，即輸出相電壓最大值為Ud/

。

4 結語(yǔ)

1)單相電機逆變主電路的結構主要分為全橋和半橋兩種。半橋電路結構簡(jiǎn)單，成本低廉，要求前級電源能穩定提供正負對稱(chēng)輸出。

2)全橋逆變電路，由于兩相三橋臂需要的開(kāi)關(guān)器件相對較少，易于采用三相電路中六單元功率模塊，比起8只開(kāi)關(guān)器件組成的全橋逆變電路優(yōu)勢明顯。

3)半橋電路采用SPWM和SVPWM控制時(shí)，輸出電壓最大值相同;在全橋電路中，SVPWM的直流電壓利用率比SPWM要高出41%。SVPWM控制易于數字化的實(shí)現，合理安排矢量作用順序，能有效減小開(kāi)關(guān)損耗。

4)從以上控制方案來(lái)看，普遍存在的問(wèn)題為直流電壓利用率較低。如何提升電壓利用率是單相電機變頻調速要克服的問(wèn)題之一。單相電機的旋轉磁場(chǎng)中存在有3次及5次等低頻諧波，所以，在選用控制方案時(shí)要注意低頻諧波的削弱。單相電機兩套繞組垂直分布，彼此之間的互感接近于零，在采用更復雜的控制策略，如轉矩直接控制時(shí)，會(huì )起到簡(jiǎn)化復雜程度的作用;同時(shí)，還可以利用兩套繞組電流之和來(lái)確定磁場(chǎng)的位置，為電機氣隙磁場(chǎng)的檢測提供了一個(gè)有效、簡(jiǎn)便的途徑。