單相電機的變頻調(diào)速技術綜述

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，同時有效地減少了開關器件的數(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，尤其是在小功率應用場合。

3 控制技術

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

3.1 半橋SPWM控制

單相電機采用SPWM控制技術時，由于要保證兩相繞組中的電流相位差為90°，所以，兩路調(diào)制信號的相位相應地也要設定為相差90°。SPWM控制的優(yōu)點是諧波含量低，濾波器設計簡單，容易實現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻功能。但是，SPWM的缺點也很明顯，即直流電壓利用率低，適合模擬電路，不便于數(shù)字化方案的實現(xiàn)。半橋SPWM控制技術的研究已經(jīng)相當成熟，有關的文獻資料也比較多，在此不再做過多的分析。

3.2 半橋SVPWM控制[6]

依據(jù)電機學的知識可知，電壓空間矢量

同氣隙磁場

之間存在如下關系：

(4)

通過控制電壓空間矢量來控制電機氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)，所以SVPWM控制又稱為磁鏈軌跡控制。

開關器件S1和S2，S3和S4的開關邏輯互補，則4只開關器件只能產(chǎn)生4個電壓矢量。依據(jù)參考文獻[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。為了合成一個幅值為Uα，相角為α的電壓矢量，在矢量分解時，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。

在一個開關周期T內(nèi)，E1作用的時間為t1，則E2作用的時間為T-t1。E3作用的時間為t2，而E4作用的時間為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)

t1=

T(5)

t2=

T(6)

又因t1(t2)(=)T

，所以Ud/2。即半橋逆變電路在采用SVPWM控制時，輸出相電壓的最大值為Ud/2。

3.3 兩相三橋臂全橋逆變SPWM控制[7]

采用SPWM控制時，由N1及N2構(gòu)成的公共橋臂要同時接入電機的兩相繞組中，所以在調(diào)制時，公共橋臂的調(diào)制波就不同于A及B橋臂的調(diào)制波。

整個逆變電路具體調(diào)制方法為：在載波相同的情況下，A及B相調(diào)制波為正弦波，相位上A相超前B相90°(電機正轉(zhuǎn)，反之，B相超前A相90°，則電機反轉(zhuǎn));公共橋臂則采用恒定占空比的方法調(diào)制，上下橋臂占空比均為50%，如圖5所示。

圖5 兩相三橋臂SPWM波形