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淺析異步感應電機調速系統中單相電機變頻的調速技術

作者: 時間:2013-12-07 來源:網絡 收藏
使得前級電源輸出電壓波動加大,迫使電源加大輸出電容;同時,由于負載不對稱帶來的直流偏量還會使得中點電位向正(或負)方向持續漂移,給供電帶來極大影響。所以,如何獲得高質量的雙極性直流電源是采用半橋逆變電路的關鍵所在。在參考文獻[4]中,提出了一種采用Cuk和Sepic電路并聯方式,來獲取雙極性直流電源的方式。但受到功率開關容量的限制,功率和輸出電壓的大小都有待提高,整個電路的實用性還有待驗證。2.2 全橋逆變電路

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/227632.htm

普通全橋逆變電路每相由4只功率開關器件組成,兩相繞組共需8只功率開關器件,如圖2所示。同半橋逆變電路相比,功率開關器件數量比為2:1,結構上變得復雜,在穩定性和經濟適用方面都不如半橋電路。但是,全橋逆變電路不再需要對稱正負輸出電源,而只需要單路穩壓電源即可。兩相繞組的電流也不再對電源形成大的干擾。同時全橋電路的直流電壓利用率也比半橋電路要高。

鑒于開關器件的數目較多,在實際應用中將圖2中中間兩只橋臂合二為一,成為兩套繞組的公共橋臂,就得到了圖3所示的兩相三橋臂全橋逆變電路[5]。其中的公共橋臂分別同左、右橋臂組合,構成兩相全橋逆變。

圖2雙全橋逆變電路

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等可以方便地移植到單相中來。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。

3.2 半橋SVPWM控制[6]

依據電機學的知識可知,電壓空間矢量

同氣隙磁場

之間存在如下關系:

(4)

通過控制電壓空間矢量來控制電機氣隙磁場的旋轉,所以SVPWM控制又稱為磁鏈軌跡控制。
開關器件S1和S2,S3和S4的開關邏輯互補,則4只開關器件只能產生4個電壓矢量。依據參考文獻[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)

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關鍵詞: 電機調速 變頻 調速技術

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