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

本文將主要依據(jù)以上3個問題，就單相電機繞組，主電路結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)，對國內(nèi)外單相電機變頻調(diào)速技術(shù)的最新發(fā)展進行了較為詳細的分析和綜述，并在此基礎(chǔ)上對其發(fā)展方向加以探討。

單相電機的變頻調(diào)速技術(shù)卻還面臨著以下一些問題：

1)單相電機的繞組不同于三相電機，其主副繞組多為不對稱繞組，副繞組通常串聯(lián)了運轉(zhuǎn)電容，給合成圓形旋轉(zhuǎn)磁場帶來新的問題;

2)單相電機用的變頻調(diào)速逆變主電路結(jié)構(gòu)同樣有其獨特的一面，存在如何獲得合理，高效的逆變電路的問題;

3)針對單相電機變頻調(diào)速，存在采用什么樣的控制技術(shù)，才能使得單相電機獲得與三相電機，甚至與直流電機一樣優(yōu)良的調(diào)速效果的問題。

1 單相電機繞組分析

根據(jù)單相電機合成磁場的分析[1]，單相電機的定子上嵌放有兩相繞組，設(shè)兩相繞組軸線在空間相距β電角度，兩相繞組中通入相位差為θ的電流，兩相合成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢的條件是

(1)

式中：FM為主繞組磁勢幅值;

FA為副繞組磁勢幅值。

在單相電機中，定子兩相繞組軸線通常相距90°，為了獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁勢，總希望兩相電流相位差等于90°。

參考文獻[2]給出了不對稱繞組單相電機的等效電路，依據(jù)此等效電路，當(dāng)空間電角度β和相位差θ均為90°時，電機在以下條件下滿足圓形旋轉(zhuǎn)磁場的要求，獲得最佳性能：

=1 (2)

式中：Imain為主繞組電流;

Iaux為副繞組電流;

a為副繞組與主繞組之間的匝數(shù)比。

繼而得出Imain=αIaux。

實際上，在電機的運行過程中，時刻保持主副繞組電流比值恒定相當(dāng)困難，通常以Vaux=aVmain來近似實現(xiàn)電流比值的恒定。

單相電機多為電容運轉(zhuǎn)式電動機，副繞組中串聯(lián)的電容值，在工頻條件下能使電機獲得較好的運行性能。當(dāng)電機運行在低頻時，隨著電容容抗的增大，副繞組中流過的電流相位與主繞組不再成正交關(guān)系，于是電機出現(xiàn)過熱，轉(zhuǎn)矩降低，脈動轉(zhuǎn)矩增大等問題[3]。所以，目前采用的變頻電路均采用去掉電容，兩相繞組分別控制的方案。但是，去除電容也就意味著要增大加在副繞組上的電壓值。

2 逆變器主電路結(jié)構(gòu)拓撲

2.1 半橋逆變電路

由于只需要輸出兩相電壓，使得單相電機半橋逆變電路結(jié)構(gòu)簡單，僅僅需要4只功率變換器件組成兩個橋臂即可，如圖1所示。半橋逆變電路具有結(jié)構(gòu)簡單，功率開關(guān)器件數(shù)目最少，成本低廉，穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

圖1 半橋逆變電路

但是，對于單相電機，采用半橋逆變電路面臨這樣一個問題：由于電機的兩相電流I1及I2在相位上相差90°，因而流向中性點N的兩相電流之和I是兩相電流的矢量和。

(3)

對于用兩只電容串聯(lián)構(gòu)造中點的電源，回饋電流I