逆變電路

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點，同時有效地減少了開關器件的數目。在直流電壓Ud相同的情況下，其輸出電壓值可達到全橋電路的70%以上。在逆變橋結構上，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換。而目前三相逆變電路用的六單元功率模塊的發展已經頗為成熟，尤其是在小功率應用場合。

3 控制技術

單相電機采用半橋逆變電路時，由于主電路結構類似，諸如SPWM和SVPWM等調速技術可以方便地移植到單相電機調速中來。以下討論控制技術時，為了分析方便，均假設電機的兩相繞組對稱，即兩相繞組相同，空間上相互垂直。同時假定正負電源對稱，幅值恒定，中性點N不因電流I的注入而浮動。3.1 半橋SPWM控制

單相電機采用SPWM控制技術時，由于要保證兩相繞組中的電流相位差為90°，所以，兩路調制信號的相位相應地也要設定為相差90°。SPWM控制的優點是諧波含量低，濾波器設計簡單，容易實現調壓、調頻功能。但是，SPWM的缺點也很明顯，即直流電壓利用率低，適合模擬電路，不便于數字化方案的實現。半橋SPWM控制技術的研究已經相當成熟，有關的文獻資料也比較多，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，不會產生零電壓矢量。為了合成一個幅值為Uα，相角為α的電壓矢量，在矢量分解時，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。在一個開關周期T內，E1作用的時間為t1，則E2作用的時間為T-t1。E3作用的時間為t2，而E4作用的時間為T-t2。根據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，由N1及N2構成的公共橋臂要同時接入電機的兩相繞組中，所以在調制時，公共橋臂的調制波就不同于A及B橋臂的調制波。

整個逆變電路具體調制方法為：在載波相同的情況下，A及B相調制波為正弦波，相位上A相超前B相90°(電機正轉，反之，B相超前A相90°，則電機反轉);公共橋臂則采用恒定占空比的方法調制，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。電壓幅值與調制度m成正比。當m=1時，輸出電壓峰值達到最大，為Ud/2。依據電機的V/f曲線和輸出電壓與m的關系，即可實現兩相電機的變壓變頻調速控制。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，都能在電機中生成一支空間電壓矢量。對于兩相三橋臂逆變電路，根據同一橋臂上下開關互補導通的原則，三個橋臂共產生8種開關組合模式，可以在電機繞組上得到8支空間電壓矢量，它們以V(A，N，B)來表示。其中A=1時，表示A1導通，A2關斷;A=0時，表示A1關斷，A2導通，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

B 0 1 1 0 0 1 1 0

4 結語

1)單相電機逆變主電路的結構主要分為全橋和半橋兩種。半橋電路結構簡單，成本低廉，要求前級電源能穩定提供正負對稱輸出。

2)全橋逆變電路，由于兩相三橋臂需要的開關器件相對較少，易于采用三相電路中六單元功率模塊，比起8只開關器件組成的全橋逆變電路優勢明顯。

3)半橋電路采用SPWM和SVPWM控制時，輸出電壓最大值相同;在全橋電路中，SVPWM的直流電壓利用率比SPWM要高出41%。SVPWM控制易于數字化的實現，合理安排矢量作用順序，能有效減小開關損耗。單相電機的旋轉磁場中存在有3次及5次等低頻諧波，所以，在選用控制方案時要注意低頻諧波的削弱。單相電機兩套繞組垂直分布，彼此之間的互感接近于零，在采用更復雜的控制策略，如轉矩直接控制時，會起到簡化復雜程度的作用;同時，還可以利用兩套繞組電流之和來確定磁場的位置，為電機氣隙磁場的檢測提供了一個有效、簡便的途徑。

4)從以上控制方案來看，普遍存在的問題為直流電壓利用率較低。如何提升電壓利用率是單相電機變頻調速要克服的問題之一。