單相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)介紹

根據(jù)圖示的電路工作波形，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓的平均值：

=

+

(-Ud)dt=

Ud(7)

在SPWM調(diào)制中，D=

(1+msinωt)，代入式(7)可得：

(t)=

mUdsinωt。當(dāng)開關(guān)頻率遠(yuǎn)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(diào)制度m成正比。當(dāng)m=1時(shí)，輸出電壓峰值達(dá)到最大，為Ud/2。依據(jù)電機(jī)的V/f曲線和輸出電壓與m的關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)兩相電機(jī)的變壓變頻調(diào)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(jī)中生成一支空間電壓矢量。對于兩相三橋臂逆變電路，根據(jù)同一橋臂上下開關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)通的原則，三個(gè)橋臂共產(chǎn)生8種開關(guān)組合模式，可以在電機(jī)繞組上得到8支空間電壓矢量，它們以V(A，N，B)來表示。其中A=1時(shí)，表示A1導(dǎo)通，A2關(guān)斷;A=0時(shí)，表示A1關(guān)斷，A2導(dǎo)通，其余類推。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(biāo)原點(diǎn)，其余6支根據(jù)繞組軸線以圖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。為了計(jì)算的方便，只使用4只位于坐標(biāo)軸上矢量和兩只零矢量來合成電壓空間矢量。

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(jié)語

1)單相電機(jī)逆變主電路的結(jié)構(gòu)主要分為全橋和半橋兩種。半橋電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，要求前級電源能穩(wěn)定提供正負(fù)對稱輸出。

2)全橋逆變電路，由于兩相三橋臂需要的開關(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(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，合理安排矢量作用順序，能有效減小開關(guān)損耗。

4)從以上控制方案來看，普遍存在的問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(jī)變頻調(diào)速要克服的問題之一。單相電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場中存在有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(jī)兩套繞組垂直分布，彼此之間的互感接近于零，在采用更復(fù)雜的控制策略，如轉(zhuǎn)矩直接控制時(shí)，會起到簡化復(fù)雜程度的作用;同時(shí)，還可以利用兩套繞組電流之和來確定磁場的位置，為電機(jī)氣隙磁場的檢測提供了一個(gè)有效、簡便的途徑。