单相变频调速技术综述

单相变频调速技术综述 变频调速技术在感应调速系统中，以其优异的调速和启动性能、高功率因数和山南变压器效果，而被公认为******发展前途的调速手段。
只有两套绕组的单相交流山南变压器，结构简单，生产成本低廉，使用维护方便，在小功率应用方面，如电冰箱、洗衣机、电风扇、空调等家用电器，汽车附件等领域占据主导地位。但是其工作效率低，仅为60％～70％，运行性能差，启动转矩小，一般不能应用在需要调速的场合，其转速的调节主要采用调节端电压和改变极对数的方法，调速效果已经越来越不能满足生产和生活的需要。为了弥补单相调速方面的缺陷，追求更高的性能，人们把更多的目光投向了无刷直流、永磁同步和开关磁阻等。尽管这些在工作效率、稳定性和出力等方面表现出众，然而他们共同的致命缺点就是成本太高，难以普及。随着变频调速技术的日渐成熟，其在单相中应用的研究也逐渐开展起来。
尽管的变频调速技术已经日渐成熟，但是，单相的变频调速技术却还面临着以下一些问题：
1）单相的绕组不同于，其主副绕组多为不对称绕组，副绕组通常串联了运转电容，给合成圆形旋转磁场带来新的问题；
2）单相用的变频调速逆变主电路结构同样有其独特的一面，存在如何获得合理，高效的逆变电路的问题；
3）针对单相变频调速，存在采用什么样的控制技术，才能使得单相获得与，甚至与直流一样优良的调速效果的问题。
本文将主要依据以上3个问题，就单相绕组，主电路结构及其控制技术，对国内外单相变频调速技术的******发展进行了较为变压器厂家详细的分析和综述，并在此基础上对其发展方向加以探讨。
1单相绕组分析
根据单相合成磁场的分析[1]，单相的定子上嵌放有两相绕组，设两相绕组轴线在空间相距β电角度，两相绕组中通入相位差为θ的电流，两相合成圆形旋转磁势的条件是
式中：FM为主绕组磁势幅值；
FA为副绕组磁势幅值。
在单相中，定子两相绕组轴线通常相距90°，为了获得圆形旋转磁势，总希望两相电流相位差等于90°。
参考文献[2]给出了不对称绕组单相的等效电路，依据此等效电路，当空间电角度β和相位差θ均为90°时，在以下条件下满足圆形旋转磁场的要求，获得******性能：
式中：Imain为主绕组电流；
Iaux为副绕组电流；
a为副绕组与主绕组之间的匝数比。
继而得出Imain=αIaux。
实际上，在的运行过程中，时刻保持主副绕组电流比值恒定相当困难，通常以Vaux=aVmain来近似实现电流比值的恒定。
单相多为电容运转式山南变压器，副绕组中串联的电容值，在工频条件下能使获得较好的运行性能。当运行在低频时，随着电容容抗的增大，副绕组中流过的电流相位与主绕组不再成正交关系，于是出现过热，转矩降低，脉动转矩增大等问题[3]。所以，目前采用的变频电路均采用去掉电容，两相绕组分别控制的方案。但是，去除电容也就意味着要增大加在副绕组上的电压值。
2逆变器主电路结构拓扑
2.1半桥逆变电路
由于只需要输出两相电压，使得单相半桥逆变电路结构简单，仅仅需要4只功率变换器件组成两个桥臂即可，如图1所示。半桥逆变变压器厂家电路具有结构简单，功率开关器件数目***少，成本低廉，稳定性高等优点。
但是，对于单相，采用半桥逆变电路面临这样一个问题：由于的两相电流I1及I2在相位上相差90°，因而流向中性点N的两相电流之和I是两相电流的矢量和。
对于用两只电容串联构造中点的电源，回馈电流I会使得前级变频电源输出电压波动加大，迫使电源加大输出电容；同时，由于负载不对称带来的直流偏量还会使得中点电位向正（或负）方向持续漂移，给供电带来极大影响。所以，如何获得高质量的双极性直流电源是采用半桥逆变电路的关键所在。在参考文献[4]中，提出了一种采用Cuk和Sepic电路并联方式，来获取双极性直流电源的方式。但受到功率开关容量的限制，功率和输出电压的大小都有待提高，整个电路的实用性还有待验证。
2.2全桥逆变电路
普通全桥逆变电路每相由4只功率开关器件组成，两相绕组共需8只功率开关器件，如图2所示。同半桥逆变电路相比，功率开关器件数量比为2：1，结构上变得复杂，在稳定性和经济适用方面都不如半桥电路。但是，全桥逆变电路不再需要对称正负输出电源，而只需要单路稳压电源即可。两相绕组的电流也不再对电源形成大的干扰。同时全桥电路的直流电压利用率也比半桥电路要高。
鉴于开关器件的数目较多，在实际应用中将图2中中间两只桥臂合二为一，成为两套绕组的公共桥臂，就得到了图3所示的两相三桥臂全桥逆变电路[5]。其中的公共桥臂分别同左、右桥臂组合，构成两相全桥逆变。
两相三桥臂全桥逆变电路继承了全桥逆变电路的优点，同时有效地减少了开关器件的数目。在直流电压Ud相同的情况下，其输出电压值