單相電容電機(jī)諧波抑制pwm調(diào)速
馬瑞卿 韓英桃 吳 斌
（西北工業(yè)大學(xué) 西安710072）
l 引 言
冰柜、冰箱等家用制冷設(shè)備多數(shù)采用單相電容兩相異步電動機(jī)，并且經(jīng)常工作在短時重復(fù)狀態(tài)，這種模式帶來的蔽端是起動頻繁、能量損失嚴(yán)重、電機(jī)壽命短、制冷溫度穩(wěn)定性差。目前，從國內(nèi)外發(fā)展趨勢看，采用pwm變頻調(diào)速使電機(jī)工作在長時狀態(tài)，即高速制冷，低速維持，已成為新一代制冷設(shè)備的發(fā)展方向。當(dāng)然，若采用交一直一交單進(jìn)三出pwm變頻調(diào)速，壓縮機(jī)電機(jī)采用三相異步電動機(jī)，無疑可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。但從市場上看，國產(chǎn)廠家不希望改動業(yè)已批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線，另外壓縮機(jī)的改動又必然增加成本，所以現(xiàn)階段的出路是對較小功率的壓縮機(jī)，研制單相電容式變頻調(diào)速系統(tǒng)，減少頻繁起動和電流沖擊，實(shí)現(xiàn)快速制冷，提高效率，降低成本。本文采用諧波抑制方法推出pwm信號，保證基波分量，減小低次諧波，以降低電壓損失，用gai。器件實(shí)現(xiàn)電壓、頻率同步平滑調(diào)節(jié)，采用四個功率管構(gòu)成逆變器來降低成本，最后導(dǎo)出諧波計(jì)算公式，并分析800w冰柜壓縮機(jī)空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2 pwm諧波抑制法
單相電容電機(jī)pwm變頻調(diào)速系統(tǒng)是將交一直一交單進(jìn)單出變頻電源送給電容裂相的單相異步電動機(jī)。其中pwm信號是以減少低次諧波為目的。一般pwm波形有單極性和雙極性之分，為了便于電路實(shí)現(xiàn)，加上逆變電器功率管采用電壓驅(qū)動的igbt器件，本文擬采用單極性pwm波形，而一般模擬正弦波的pwm波形通常在0-π半周內(nèi)為π／2處的軸對稱波形（見圖lb），π～2π半周又是0～7的反向，所以只要畫出0～π半周的波形，即可導(dǎo)出一個周期內(nèi)的pwm波形。在圖lb中，若開關(guān)角αi(i=l，2，…)取值不當(dāng)，則其pwm波形諧波分量較大，那么經(jīng)主電路逆變器(圖3a)輸出的模擬正弦波基波分量減小，電壓損失較大（利用率不高）。由于圖la波形的n次諧波幅值良與脈沖幅值vdc有如下關(guān)系：
由式(2)可知，通過改變開關(guān)角αk即可消除”次諧波。如果要消除3、5、7、9、11次5
個諧波，則需要求解下列5元余弦方程組算出αk。
n=3,5,7,9,11
求解式(3)得：
根據(jù)式(4)結(jié)果，要實(shí)現(xiàn)這種能消除3、5、7、9、11次諧波分量的pwm波形，其載波脈沖周期應(yīng)是相鄰兩開關(guān)角差的最小值，所以載波脈沖數(shù)ne應(yīng)為：
式(4)、(5)結(jié)合，不難算出ne一94- 73，為了便于2進(jìn)制邏輯處理，以及控制電路易于分頻，這里ne取96(6×16分頻)。確定ne以后，再對αi(i=1～5)進(jìn)行量化，即可得出pwm規(guī)格化控制波形。由于載波脈沖最小脈沖距為：
所以瑤對應(yīng)的載波脈沖數(shù)批可�。�
式(6)、(7)結(jié)合，不難求出ni—ns脈沖數(shù)為5、7、10、14、15。因此抑制3、5、7、9、11次諧波后的pwm規(guī)格化控制波形如圖2a所示。由于ne偏離理論值，所以3、5、7、9、11次諧波不能完全消除，只能使其分量減小到工程實(shí)現(xiàn)時的最小值，其1/4周期載波脈沖如圖2b所示。
由此可列出0～π／3內(nèi)的開關(guān)函數(shù)表（見表1），其量化范囤為1～16號載波周期，而17～32則全為高電平，33～48號載波周期可視為0～π/3的反排列。至此0～π正半周的pwm波形就可形成，而丌～2rr負(fù)半周可借助反向函數(shù)求出。
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