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| 单相电机变频调速技术综述 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
收集整理：佚名 来源：本站整理 时间：2009-01-10 23:56:36 点击数：[]  |
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桥逆变电路的优点，同时有效地减少了开关器件的数目。在直流电压Ud相同的情况下，其输出电压值可达到全桥电路的70％以上。在逆变桥结构上，两相三桥臂电路同三相半桥逆变电路完全一致，因此，容易从已有的六单元功率模块移植过来使用，其输出也可在三相同两相之间灵活转换。而目前三相逆变电路用的六单元功率模块的发展已经颇为成熟，尤其是在小功率应用场合。 单相电机采用半桥逆变电路时，由于主电路结构类似，诸如SPWM和SVPWM等调速技术可以方便地移植到单相电机调速中来。以下讨论控制技术时，为了分析方便，均假设电机的两相绕组对称，即两相绕组相同，空间上相互垂直。同时假定正负电源对称，幅值恒定，中性点N不因电流I的注入而浮动。 3.1 半桥SPWM控制 单相电机采用SPWM控制技术时， 3.2 半桥SVPWM控制[6] 依据电机学的知识可知，电压空间矢量同气隙磁场之间存在如下关系： U=dφ/dt （4） 通过控制电压空间矢量来控制电机气隙磁场的旋转，所以SVPWM控制又称为磁链轨迹控制。 开关器件S1和S2，S3和S4的开关逻辑互补，则4只开关器件只能产生4个电压矢量。依据参考文献[6]的作图方法可得到图4所示的电压矢量图。 从矢量图来看，在两相半桥逆变电路中，不会产生零电压矢量。为了合成一个幅值为Uα，相角为α的电压矢量，在矢量分解时，其X轴的分量要有E1和E2共同完成，而Y轴分量要由E3和E4共同完成。 在一个开关周期T内，E1作用的时间为t1，则E2作用的时间为T－t1。E3作用的时间为t2，而E4作用的时间为T－t2。根据矢量分解可以得到式（5）和式（6）（矢量E1，E2，E3，E4的大小均为Ud/2）
又因t1(t2)T，所以Ud/2。即半桥逆变电路在采用SVPWM控制时，输出相电压的最大值为Ud/2。 3.3 两相三桥臂全桥逆变SPWM控制[7] 采用SPWM控制时，由N1及N2构成的公共桥臂要同时接入电机的两相绕组中，所以在调制时，公共桥臂的调制波就不同于A及B桥臂的调制波。 整个逆变电路具体调制方法为：在载波相同的情况下，A及B相调制波为正弦波，相位上A相超前B相90°（电机正转，反之，B相超前A相90°，则电机反转）；公共桥臂则采用恒定占空比的方法调制，上下桥臂占空比均为50％，如图5所示。 根据图示的电路工作波形，在一个开关周期内输出电压的平均值：
在SPWM调制中，D=(1＋msinωt)，代入式(7)可得：(t)=mUdsinωt。当开关频率远大于输出电压频率时，输出电压的瞬时值uo(t)≈(t)。 如此在A及B绕组上得到幅值相等，相位相差90°的正弦电压。电压幅值与调制度m成正比。当m=1时，输出电压峰值达到最大，为Ud/2。依据电机的V/f曲线和输出电压与m的关系，即可实现两相电机的变压变频调速控制。 逆变电路中，功率器件的每一种通电模式，都能在电机中生成一支空间电压矢量。对于两相三桥臂逆变电路，根据同一桥臂上下开关互补导通的原则，三个桥臂共产生8种开关组合模式，可以在电机绕组上得到8支空间电压矢量，它们以V(A，N，B)来表示。其中A=1时，表示A1导通，A2关断；A=0时，表示A1关断，A2导通，其余类推。8支矢量如表1所列。 表1 8支空间电压矢量关系组合
忽略绕组电阻压降时，非零电压矢量的幅值为 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，两个零矢量位于坐标原点，其余6支根据绕组轴线以图6所示方式分布。电压空间矢量都可以由与之相邻的两个基本矢量和零矢量组合而成。矢量V(1,0,1)和V(0,1,0)在矢量合成时可有可无。为了计算的方便，只使用4只位于坐标轴上矢量和两只零矢量来合成电压空间矢量。（10）
t0=T－t1－t2由t1＋t2T，得Ud/，即输出相电压最大值为Ud/。 4 结语 1）单相电机逆变主电路的结构主要分为全桥和半桥两种。半桥电路结构简单，成本低廉，要求前级电源能稳定提供正负对称输出。 2）全桥逆变电路，由于两相三桥臂需要的开关器件相对较少，易于采用三相电路中六单元功率模块，比起8只开关器件组成的全桥逆变电路优势明显。 4）从以上控制方案来看，普遍存在的问题为直流电压利用率较低。如何提升电压利用率是单相电机变频调速要克服的问题之一。单相电机的旋转磁场中存在有3次及5次等低频谐波，所以，在选用控制方案时要注意低频谐波的削弱。单相电机两套绕组垂直分布，彼此之间的互感接近于零，在采用更复杂的控制策略，如转矩直接控制时，会起到简化复杂程度的作用；同时，还可以利用两套绕组电流之和来确定磁场的位置，为电机气隙磁场的检测提供了一个有效、简便的途径。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 提供人：佚名 | |
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由于要保证两相绕组中的电流相位差为90°，所以，两路调制信号的相位相应地也要设定为相差90°。SPWM控制的优点是谐波含量低，滤波器设计简单，容易实现调压、调频功能。但是，SPWM的缺点也很明显，即直流电压利用率低，适合模拟电路，不便于数字化方案的实现。半桥SPWM控制技术的
