变频器调速技术电路的解析及存在问题

其是在小功率应用场合。

3 控制技术

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，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控制技术的研究已经相当成熟，有关的文献资料也比较多，在此不再做过多的分析。

3.2 半桥SVPWM控制[6]

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)

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。

图5 两相三桥臂SPWM波形

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。3.4 两相三桥臂全桥逆变SVPWM控制[5]

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 V 非零矢量 零矢量 无用

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

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。

3)半桥电路采用SPWM和SVPWM控制时，输出电压最大值相同;在全桥电路中，SVPWM的直流电压利用率比SPWM要高出41%。SVPWM控制易于数字化的实现，合理安排矢量作用顺序，能有效减小开关损耗。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。

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。