一种单相感应电机的波形调制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单相感应电机的波形调制方法及装置，该方法包括以下步骤：锁定所述三相桥绕组电路中的某一相的开关状态以获取副绕组电压相位角处于各个区间内的调制波；计算所述调制波的波形发生局部畸变时的临界相位角；依据所述临界相位角重新计算所述调制波的W相调制占空比DW。实施本发明专利技术的有益效果是，通过锁定某一相开关状态的方法，提高直流母线电压利用率；并通过在波形出现畸变时，即在波形凹陷区间重新计算DW，适当压低波峰附近波形、填补另一相的凹陷，并保证电压波形没有跳跃点，从而降低谐波畸变率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电器传动
，尤其涉及一种单相感应电机的波形调制方法及装置。
技术介绍
单相感应电动机因结构简单、不需要配套三相动力电源、使用方便等特点，在家用电器等产品与系统中得到广泛应用。为了实现节能减排的目标，迫切需要对这些也实施变频节能控制。另外，在新能源领域，近年来光伏扬水系统的应用市场不断扩大，变频调速控制更是实现最大功率点跟踪控制的必要手段，而标称功率2.2kW以下的水泵采用单相感应电动机的占有相当大的比例。但是，常规的变频调速主要针对三相交流电机，而针对单相感应电动机的变频控制尚缺乏深入研究和成熟产品。感应电动机的运行要求定子绕组能够提供旋转磁场，三相感应电动机通过三相对称的定子绕组和输入电源，产生理想的旋转磁场。而单相感应电动机的定子通常由直交的主绕组和副绕组构成，若仅简单地施加单相交流电，只能产生交变驻波磁场，电机无法正常启动与运行。目前，最常用的方法是通过在副绕组中串联辅助电容，使得主/副绕组电流的相位差为π/2(图1a)，从而形成旋转磁场。因此，对于单相感应电动机的变频调速控制，有几种可选方案。方案1：不改变单相感应电动机的结构与接线形式，由单H桥变频器提供满足V/f特性要求的单相PWM变频电压，实现变频调速控制(图1b)，具有电路结构与控制方法简单的优点。但是，由于副绕组中辅助电容的存在，使得主/副绕组电路阻抗的频率特性差异大，无法在全频率范围内使两者的电流保持合理的相位差，从而影响调频运行特性。对一台单相深井潜水泵的实验结果表明，即使配置了最佳辅助电容，最低启动频率为35Hz，启动后的最低运行频率为25Hz，将会严重影响系统的运行范围和效率。另外，PWM电压会导致辅助电容中脉动电流的增加，影响其使用寿命。方案2：去除辅助电容，采用双H桥的两相逆变电路(图1c)分别对主绕组和副绕组施加大小相等、相位差为π/2的交流电压。具有控制简单、直流母线电压利用率高的优点。但是，需要使用8个开关器件并对其实施控制，成本高、通用性差。而且大部分单相感应电动机已在内部将主/副绕组的一端联在一起，作为公共输入端，应用现场难以将主/副绕组彻底分开。方案3：利用现有的变频器或逆变器产品，将三相逆变电路的输出端(U、V、W)分别与单相电泵的副绕组A、主绕组M和公共端C相接，对两个绕组施加不同的电压(图1d)。其最大的优点就是无需新的硬件开发，通用性好。但是，对电压波形的要求发生了变化，且由于公共端的存在，无法实现对主/副绕组完全独立的控制，需要改变输出波形调制方法。常规的三相正弦调制法最简单明了。以副绕组的电压相位为基准，主绕组电压相位滞后π/2，调制波为DU=0.5×[1+msin(θ+π/4)]DV=0.5×[1+msin(θ+5π/4)]DW=0.5×[1+msin(θ+3π/4)]---(1)]]>能够输出两相正弦波电压。UA=22mUdcsinθUM=22mUdcsin(θ-π/2)---(2)]]>式(1)(2)中，DU、DV、DW：各相调制占空比，范围为0～1；UM：主绕组电压，单位为V；UA：副绕组电压，单位为V；Udc：直流母线电压，单位为V；m：调制率，范围为0～1；θ：副绕组电压相位角，单位为rad。调制波与输出电压波形如图2a及图2b所示。由此可见，电压波形良好，但直流母线电压最大利用率(m＝1时)仅为无法满足高频运行时的电压要求。正弦超调法将式(1)的调制波改为：DU=0.5×[1+2msin(θ+π/4)]DV=0.5×[1+2msin(θ+5π/4)]DW=0.5×[1+2msin(θ+3π/4)]---(3)]]>当时，输出电压为正弦波。UA=mUdcsinθUM=mUdcsin(θ-π/2)---(4)]]>当时，由于占空比的可调范围为0～1，DU、DV和DW将被限值。因此，输出电压的峰值能够满足要求，但波形出现畸变，有效值减小，如图3a及图3b所示。当m＝1时，输出电压波形接近三角波，谐波畸变率为13.4％，有效值为相同峰值正弦电压的0.826倍，即通过正弦超调，可将直流母线电压利用率由0.707提高至0.826。但高速运行时，仍将面临电压偏低、谐波电流增加等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单相感应电机的波形调制方法及装置，解决现有技术中各种单相感应电机变频调速控制方案的不足。本专利技术的技术方案实现如下：本专利技术的一个目的在于提供一种单相感应电机的波形调制方法，提供三相桥绕组电路，包括以下步骤：锁定所述三相桥绕组电路中的某一相的开关状态以获取副绕组电压相位角处于各个区间内的调制波；计算所述调制波的波形发生局部畸变时的临界相位角；依据所述临界相位角重新计算所述调制波的W相调制占空比。在本专利技术所述的波形调制方法中，所述锁定所述三相桥绕组电路中的某一相的开关状态以获取各个区间内副绕组电压相位角的调制波的步骤包括以下子步骤：锁定所述三相桥绕组电路中的V相的开关状态以获取区间内的调制波：DU=m(sinθ+cosθ)DV=0DW=mcosθ-π4≤θ<π4;]]>锁定所述三相桥绕组电路中的U相的开关状态以获取区间内的调制波：DU=1DV=1-m(sinθ+cosθ)DW=1-msinθπ4≤θ<3π4;]]>锁定所述三相桥绕组电路中的V相的开关状态以获取区间内的调制波：DU=1+m(sinθ+cosθ)DV=1DW=1+mcosθ3π4≤θ<5π4;]]>锁定所述三相桥绕组电路中的U相的开关状态以获取区间内的调制波：DU=0DV=-m(sinθ+cosθ)DW=-msinθ5π4≤θ<7π4;]]>其中，θ为副绕组电压相位角，DU为U相调制占空比，DV为V相调制占空比，DW为W相调制占空比，m为调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相感应电机的波形调制方法，提供三相桥绕组电路，其特征在于，包括以下步骤：锁定所述三相桥绕组电路中的某一相的开关状态以获取副绕组电压相位角处于各个区间内的调制波；计算所述调制波的波形发生局部畸变时的临界相位角；依据所述临界相位角重新计算所述调制波的W相调制占空比。

【技术特征摘要】
1.一种单相感应电机的波形调制方法，提供三相桥绕组电路，其特征在
于，包括以下步骤：
锁定所述三相桥绕组电路中的某一相的开关状态以获取副绕组电压相位
角处于各个区间内的调制波；
计算所述调制波的波形发生局部畸变时的临界相位角；
依据所述临界相位角重新计算所述调制波的W相调制占空比。
2.根据权利要求1所述的波形调制方法，其特征在于，所述锁定所述三
相桥绕组电路中的某一相的开关状态以获取各个区间内副绕组电压相位角的
调制波的步骤包括以下子步骤：
锁定所述三相桥绕组电路中的V相的开关状态以获取区间内的
调制波：
DU=m(sinθ+cosθ)DV=0DW=mcosθ-π4≤θ<π4;]]>锁定所述三相桥绕组电路中的U相的开关状态以获取区间内的
调制波：
DU=1DV=1-m(sinθ+cosθ)DW=1-msinθπ4≤θ<3π4;]]>锁定所述三相桥绕组电路中的V相的开关状态以获取区间内
的调制波：
DU=1+m(sinθ+cosθ)DV=1DW=1+mcosθ3π4≤θ<5π4;]]>锁定所述三相桥绕组电路中的U相的开关状态以获取区间内
的调制波：
DU=0DV=-m(sinθ+cosθ)DW=-msinθ5π4≤θ<7π4;]]>其中，θ为副绕组电压相位角，DU为U相调制占空比，DV为V相调制占
空比，DW为W相调制占空比，m为调制率。
3.根据权利要求2所述的波形调制方法，其特征在于，所述计算所述调
制波的波形发生局部畸变时的临界相位角的步骤包括以下子步骤：
当所述调制波的波形发生局部畸变时，获取所述调制率：依据m(sinθ0+cosθ0)＝1计算所述临界相位角：
θ0=arcsin12m-π4;]]>其中，θ0为临界相位角。
4.根据权利要求3所述的波形调制方法，其特征在于，所述依据所述临
界相位角重新计算所述调制波的W相调制占空比的步骤包括：
当θ0＜θ＜2-θ0时计算W相调制占空比：
DW=mcosθ0-mcosθ0-0.5π/4-θ0(θ-θ0);]]>当π+θ0＜θ＜3π/2-θ0时计算W相调制占空比：
DW=1-mcosθ0+mcosθ0-0.5π/4-θ0(θ-π-θ0).]]>5.一种单相感应电机的波形调制装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐坚，徐政，施洪峰，
申请(专利权)人：深圳天源新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44