變頻器調(diào)速技術(shù)電路的解析及存在問題

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(chǎng)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(duì)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(duì)稱，幅值恒定，中性點(diǎn)N不因電流I的注入而浮動(dòng)。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(hào)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)。半橋SPWM控制技術(shù)的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，有關(guān)的文獻(xiàn)資料也比較多，在此不再做過多的分析。

3.2 半橋SVPWM控制[6]

從矢量圖來看，在兩相半橋逆變電路中，不會(huì)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)

3.3 兩相三橋臂全橋逆變SPWM控制[7]

采用SPWM控制時(shí)，由N1及N2構(gòu)成的公共橋臂要同時(shí)接入電機(jī)的兩相繞組中，所以在調(diào)制時(shí)，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(gè)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(jī)正轉(zhuǎn)，反之，B相超前A相90°，則電機(jī)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

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