單相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)綜述

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

=＋(－U_d)dt=U_d（7）

在SPWM調(diào)制中，D=(1＋msinωt)，代入式(7)可得：(t)=mU_dsinωt。當(dāng)開(kāi)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u_o(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U_d/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(duì)于兩相三橋臂逆變電路，根據(jù)同一橋臂上下開(kāi)關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)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(jī)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(dǎo)通，A₂關(guān)斷；A=0時(shí)，表示A₁關(guān)斷，A₂導(dǎo)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

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)|=U_d（8）

|V(1,0,1)|=|V(0,1,0)|=U_d（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(wú)。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(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(jié)語(yǔ)

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(jiǎn)單，成本低廉，要求前級(jí)電源能穩(wěn)定提供正負(fù)對(duì)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(duì)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(shì)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(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(jī)變頻調(diào)速要克服的問(wèn)題之一。單相電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(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(huì)起到簡(jiǎn)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(lái)確定磁場(chǎng)的位置，為電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的檢測(cè)提供了一個(gè)有效、簡(jiǎn)便的途徑。