單相電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)綜述
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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(duì)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(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(duì)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(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(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。
評(píng)論