單相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)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(diǎn)，同時(shí)有效地減少了開(kāi)關(guān)器件的數(shù)目。在直流電壓U_d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(guò)來(lái)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(lèi)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(lái)。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(chēng)，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(chēng)，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(jiǎn)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(guò)多的分析。

3.2 半橋SVPWM控制[6]

依據(jù)電機(jī)學(xué)的知識(shí)可知，電壓空間矢量同氣隙磁場(chǎng)之間存在如下關(guān)系：

（4）

通過(guò)控制電壓空間矢量來(lái)控制電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，所以SVPWM控制又稱(chēng)為磁鏈軌跡控制。

開(kāi)關(guān)器件S₁和S₂，S₃和S₄的開(kāi)關(guān)邏輯互補(bǔ)，則4只開(kāi)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(lái)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U_α，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(kāi)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U_d/2）

t₁=T（5）

t₂=T（6）

又因t₁(t₂)(=)T，所以U_d/2。即半橋逆變電路在采用SVPWM控制時(shí)，輸出相電壓的最大值為U_d/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