淺析異步感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中單相電機(jī)變頻的調(diào)速技術(shù)

普通全橋逆變電路每相由4只功率開關(guān)器件組成，兩相繞組共需8只功率開關(guān)器件，如圖2所示。同半橋逆變電路相比，功率開關(guān)器件數(shù)量比為2：1，結(jié)構(gòu)上變得復(fù)雜，在穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)適用方面都不如半橋電路。但是，全橋逆變電路不再需要對稱正負(fù)輸出電源，而只需要單路穩(wěn)壓電源即可。兩相繞組的電流也不再對電源形成大的干擾。同時(shí)全橋電路的直流電壓利用率也比半橋電路要高。

鑒于開關(guān)器件的數(shù)目較多，在實(shí)際應(yīng)用中將圖2中中間兩只橋臂合二為一，成為兩套繞組的公共橋臂，就得到了圖3所示的兩相三橋臂全橋逆變電路[5]。其中的公共橋臂分別同左、右橋臂組合，構(gòu)成兩相全橋逆變。

圖2雙全橋逆變電路

圖3上三橋臂逆變電路

兩相三橋臂全橋逆變電路繼承了全橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有效地減少了開關(guān)器件的數(shù)目。在直流電壓Ud相同的情況下，其輸出電壓值可達(dá)到全橋電路的70%以上。在逆變橋結(jié)構(gòu)上，兩相三橋臂電路同三相半橋逆變電路完全一致，因此，容易從已有的六單元功率模塊移植過來使用，其輸出也可在三相同兩相之間靈活轉(zhuǎn)換。而目前三相逆變電路用的六單元功率模塊的發(fā)展已經(jīng)頗為成熟，尤其是在小功率應(yīng)用場合。3 控制技術(shù)

單相電機(jī)采用半橋逆變電路時(shí)，由于主電路結(jié)構(gòu)類似，諸如SPWM和SVPWM等調(diào)速技術(shù)可以方便地移植到單相電機(jī)調(diào)速中來。以下討論控制技術(shù)時(shí)，為了分析方便，均假設(shè)電機(jī)的兩相繞組對稱，即兩相繞組相同，空間上相互垂直。同時(shí)假定正負(fù)電源對稱，幅值恒定，中性點(diǎn)N不因電流I的注入而浮動。

3.1 半橋SPWM控制

單相電機(jī)采用SPWM控制技術(shù)時(shí)，由于要保證兩相繞組中的電流相位差為90°，所以，兩路調(diào)制信號的相位相應(yīng)地也要設(shè)定為相差90°。SPWM控制的優(yōu)點(diǎn)是諧波含量低，濾波器設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻功能。但是，SPWM的缺點(diǎn)也很明顯，即直流電壓利用率低，適合模擬電路，不便于數(shù)字化方案的實(shí)現(xiàn)。

3.2 半橋SVPWM控制[6]

依據(jù)電機(jī)學(xué)的知識可知，電壓空間矢量

同氣隙磁場

之間存在如下關(guān)系：

(4)

通過控制電壓空間矢量來控制電機(jī)氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)，所以SVPWM控制又稱為磁鏈軌跡控制。
開關(guān)器件S1和S2，S3和S4的開關(guān)邏輯互補(bǔ)，則4只開關(guān)器件只能產(chǎn)生4個(gè)電壓矢量。依據(jù)參考文獻(xiàn)[6]的作圖方法可得到圖4所示的電壓矢量圖。

圖4 電壓矢量定義

從矢量圖來看，在兩相半橋逆變電路中，不會產(chǎn)生零電壓矢量。為了合成一個(gè)幅值為Uα，相角為α的電壓矢量，在矢量分解時(shí)，其X軸的分量要有E1和E2共同完成，而Y軸分量要由E3和E4共同完成。在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)，E1作用的時(shí)間為t1，則E2作用的時(shí)間為T-t1。E3作用的時(shí)間為t2，而E4作用的時(shí)間為T-t2。根據(jù)矢量分解可以得到式(5)和式(6)(矢量E1，E2，E3，E4的大小均為Ud/2)