單相輸出變頻器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種單相輸出變頻器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 單相異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用維護(hù)方便，在電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等 家用電器領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)有的單相異步電機(jī)一般采用變頻器通過恒壓頻比控制來 進(jìn)行調(diào)速。但是，單相異步電機(jī)要求變頻器頻率上在20赫茲W上才能建立磁場(chǎng)方向運(yùn)轉(zhuǎn)， 因此工作在低頻（20赫茲W下）時(shí)，尤其是7赫茲W下時(shí)，若采用恒壓頻比控制方式，就會(huì) 使得單相異步電機(jī)無功電流較大，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩減小，W致出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生 機(jī)械震動(dòng)的問題。
[0003] 而眾所周知的是，目前變頻器采用空間矢量控制技術(shù)對(duì)=相異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的 技術(shù)已經(jīng)很成熟，具體參見下述內(nèi)容：
[0004] 空間矢量控制是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)通過對(duì)基本電壓矢量加W組合，使其平均值與 給定電壓矢量相等。在交流電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū) 域中，可由組成運(yùn)個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來得到。兩 個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使 電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過變頻器中的逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁 通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM波形。 陽0化]在=相電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，=相電壓型逆變器可由6個(gè)開關(guān)元件來等效表示， 電機(jī)的相電壓和線電壓依賴于它所述對(duì)應(yīng)的6個(gè)功率開關(guān)的狀態(tài)，逆變器對(duì)應(yīng)的相電壓= 相分別化、化、Uc，逆變器對(duì)應(yīng)的線電壓分別為U油、化C、化a。6個(gè)功率開關(guān)狀態(tài)組合開關(guān)向 量（油C)共有8種情況，a= 1表示A相上橋臂導(dǎo)通，a= 0表示A相下橋臂導(dǎo)通，b、C表示 另兩相橋臂的通斷，其中包括6個(gè)非零矢量Ul(OOl)、U2 (OlO)、U3 (Oll)、U4 (100)、呪（101)、 U6 (110)、和兩個(gè)零矢量UO(000)、U7 (111)。而空間矢量控制技術(shù)正是基于運(yùn)些矢量實(shí)現(xiàn)。
[0006] 從圖4可W看出，逆變器輸出的S相電源共有1、2、3、4、5、6共六個(gè)扇區(qū)，Ul~U6 為6個(gè)非零矢量，U0、U7是兩個(gè)位于原點(diǎn)的零矢量。電壓矢量空間脈寬調(diào)制的目的就是通 過6個(gè)功率開關(guān)的8種工作狀態(tài)來逼近電機(jī)工作所需要的任意時(shí)刻電壓矢量Us,而達(dá)到較 高的控制性能。
[0007] 而根據(jù)S角函數(shù)可確定電壓矢量Us在a軸和0軸上的分量；根據(jù)克拉克 (Clarke)反變換求出=相電流在abc=維坐標(biāo)系中的相電壓分量Ua、化、Uc,可W確定Us 所在的扇區(qū)，再依據(jù)平行四邊形法則可W確定扇區(qū)內(nèi)兩相鄰矢量T1、T2及零矢量TO的分 配，從而完成空間矢量控制。其中Tl,T2分別為兩相鄰電壓矢量的持續(xù)時(shí)間，TO為零矢量 持續(xù)時(shí)間。由于，運(yùn)種空間矢量控制使得電機(jī)任意時(shí)間的工作電壓都趨近于理想的電壓矢 量Us,即采用運(yùn)種空間矢量控制方式能夠使得電機(jī)在任意時(shí)刻都工作在理想狀態(tài)。
[0008] 由此，如果采用空間矢量控制方式來控制單相異步電機(jī)，則可解決上述采用恒壓 頻比控制方式在低頻下轉(zhuǎn)動(dòng)力矩減小、運(yùn)行不穩(wěn)定W及使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)的問題。但是， 運(yùn)種空間矢量控制技術(shù)控制電機(jī)至少需要兩相電流，而單相異步電機(jī)只有一相電流，因此， 目前還無法將空間矢量控制技術(shù)應(yīng)用到單相異步電機(jī)上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的主要目的是提供一種單相輸出變頻器，旨在實(shí)現(xiàn)通過空間矢量控制技術(shù) 控制單相異步電機(jī)的目的。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種單相輸出變頻器，該單相輸出變頻器包括用于 將交流電轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的直流電的整流模塊和用于將所述直流電轉(zhuǎn)換成可變頻交流電并提 供給單相異步電機(jī)的逆變模塊，該單相輸出變頻器還包括采樣模塊、移相模塊及控制處理 模塊，其中，
[0011] 所述采樣模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)采樣樣本對(duì)所述逆變模塊輸出至單相異步電機(jī)的可 變頻交流電的電流進(jìn)行采樣并輸出第一相電流；
[0012] 所述移相模塊，用于對(duì)采樣到的所述第一相電流進(jìn)行移相并生成第二相電流；
[0013] 所述控制處理模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的電流計(jì)算公式、所述第一相電流、所述第二相 電流計(jì)算得到第=相電流，并根據(jù)所述第一相電流、所述第二相電流和所述第=相電流對(duì) 所述逆變模塊進(jìn)行空間矢量控制。
[0014] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的電流計(jì)算公式為I1+I化13 = 0,其中，Il為第一相電流的矢量 值，12為第二相電流的矢量值，13為第=相電流的矢量值。
[0015] 優(yōu)選地，所述移相模塊將所述采樣模塊采樣到的所述第一相電流進(jìn)行超前120° 或者滯后120°移相。
[0016] 優(yōu)選地，所述移相模塊包括第一供電電源、第二供電電源、運(yùn)算放大器、第一電阻、 第二電阻、第=電阻、第四電阻、第一電容及電位器；所述第一供電電源和所述第二供電電 源分別與所述運(yùn)算放大器的第一電源端和第二電源端連接；所述第一電阻的第一端為所述 移相模塊的輸入端，所述第一電阻的第二端經(jīng)所述第二電阻與所述運(yùn)算放大器的反相輸入 端連接；所述第=電阻的第一端與所述第一電阻的第二端連接，所述第=電阻的第二端與 所述運(yùn)算放大器的正相輸入端連接；所述電位器包括第一端、第二端及在所述第一端和第 二端之間滑動(dòng)，用W調(diào)節(jié)所述電位器阻值大小的第=端，所述電位器的第一端與所述第= 電阻的第一端連接，所述電位器的第二端接地，所述電位器的第=端與所述第=電阻的第 一端連接；所述第一電容的第一端與所述第=電阻的第二端連接，所述第一電容的第二端 接地；所述第四電阻的第一端與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，所述第四電阻的第二 端與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接。
[0017] 優(yōu)選地，所述移相模塊還包括第五電阻、第二電容及第=電容；所述第五電阻的第 一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第五電阻的第二端接地；所述第二電容的第一 端與所述第一供電電源連接，所述第二電容的第二端接地；所述第=電容的第一端與所述 第二供電電源連接，所述第=電容的第二端接地。
[0018] 優(yōu)選地，所述移相模塊通過滑動(dòng)控制所述電位器的第=端來控制所述第二相電流 與所述第一相電流的相位角。
[0019] 優(yōu)選地，所述采樣模塊采用霍爾傳感器對(duì)所述逆變模塊輸出至單相異步電機(jī)的電 流進(jìn)行米集D
[0020] 此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種單相輸出變頻器的控制方法，該單相輸 出變頻器包括用于將交流電轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的直流電的整流模塊、用于將所述直流電轉(zhuǎn)換成可 變頻交流電并提供給單相異步電機(jī)的逆變模塊、采樣模塊、移相模塊及控制處理模塊，所述 采樣模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)采樣樣本對(duì)所述逆變模塊輸出至單相異步電機(jī)的可變頻交流電的 電流進(jìn)行采樣并輸出第一相電流；所述移相模塊用于對(duì)所述第一相電流進(jìn)行移相并生成第 二相電流；所述控制處理模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)的電流計(jì)算公式、所述第一相電流、所述第二相 電流計(jì)算得到第=相電流并根據(jù)所述第一相電流、所述第二相電流及所述第=相電流對(duì)所 述逆變模塊進(jìn)行空間矢量控制；其中，所述控制方法包括：
[0021] 所述控制處理模塊控制所述采樣模塊對(duì)所述逆變模塊輸出的第一相電流進(jìn)行采 樣；
[0022] 所述控制處理模塊控制所述移相模塊對(duì)采樣到的所述第一相電流進(jìn)行120°移相 得到第二相電流；
[0023] 所述控制處理模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)的電流計(jì)算公式、所述第一相電流、所述第二相 電流計(jì)算得到第=相電流，并根據(jù)所述第一相電流、所述第二相電流和所述第=相電流對(duì) 所述逆變模塊進(jìn)行空間矢量控制。
[0024] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的電流計(jì)算公式為11+1化13 = 0,其中，11為第一相電流的矢量 值，12為第二相電流的矢量值，13為第=相電流的矢量值。
[0025] 優(yōu)選地，所述移相模塊對(duì)所述第一相電流的相位角進(jìn)行超前120°或者滯后 120°移相W得到所述第二相電流。
[00%] 本發(fā)明技術(shù)方案通過設(shè)置用于將交流電轉(zhuǎn)