[发明专利]单相电容运转异步电动机变频驱动方法

说明书

技术领域

本发明属于单相电容运转异步电动机变频领域，具体涉及一种单相电容运转异步电动机变频驱动方法。

背景技术

单相电容运转异步电动机在工业和家用电器领域有极其广泛的应用。这种电机有两个绕组，一个主绕组和一个副绕组，通常工作电源是单相交流220V，副绕组驱动信号的相位超前主绕组90o。将主绕组接电源，而将副绕组串接一个电容器再接电源，利用电容的移相作用获得90o相位差。单相电容运转异步电动机结构简单，成本低廉，可单相运转，但调速比较麻烦。近年来，三相变频技术获得了很大的发展，随着微处理器控制技术和功率模块的日臻成熟和普及，变频器价格也大幅下降，使得采用变频技术实现单相电容运转异步电动机的无级调速成为可能。

大多数单相电容运转异步电动机的主、副绕组的其中一端是连在一起的，称为“公共端”（例如单相定频空调压缩机、冰箱压缩机、风机、水泵等）。这种电机只有三根引出线，分别是：主绕组（R）、副绕组（S）和公共端（C）。市面上流行的三相变频器并不能驱动单相电容运转异步电动机，而市场上现有的两相变频器产品很少（只查到一种ZL201220062874.6专利），该专利需要电动机的主、副绕组分别引出，不能有“公共端”，这种两相变频器仅能驱动少数“4线”电机，它有4个输出（2个接主绕组，2个接副绕组，不能将主、副绕组的其中一端相连，否则会造成变频器短路），不能利用成熟的变频功率模块。研发三个驱动输出的两相变频器有现实意义，它不仅可以驱动“4线”电机，还可以驱动带“公共端”的“3线”电机，更可贵的是可以利用技术成熟的的三相变频功率模块（它具有三个输出端U、V、W），使得产品模块化，体积小、成本低、可靠性高。

发明内容

本发明针对单相电容运转异步电动机变频驱动面临的难题，提出了一种单相电容运转异步电动机变频驱动方法，利用成熟的三相变频模块硬件技术，通过独创的“二相变频矢量PWM”算法，研发出三个输出的两相变频器来实现单相电容运转异步电动机的无级调速。

本发明所采用的技术方案如下：

单相电容运转异步电动机变频驱动方法，基于成熟的三相变频模块硬件技术，针对三相变频模块的三个输出端U、V、W，采用“二相变频矢量PWM”算法，精心选择“公共端”W的输出函数，使得两个差函数U-W、V-W是相差90o的两相正弦波，得到频率可调、相位差90o的两相驱动电源，经此得到三个输出的两相变频器。将两相变频器用于单相电容异步电机，将两相变频器功率模块的U、V、W端分别连接单相电容异步电机的R、S、C端子，驱动单相电容电机运行，运行时可以改变电机工作频率，实现单相电容异步电动机无级调速。

所述的“二相变频矢量PWM”算法包括以下步骤：

（1）、选择适合的三个三角函数曲线Fa(x)、Fb(x)、Fab(x)，令Fa(x)=K*Sin(x)；Fb(x)=K*Sin(60o-x)；Fab(x)=K[Sin(x)+Sin(60o-x)]，式中的“K”是幅度因子，其大小决定输出幅度，K的最大值Kmax与具体选用CPU的PWM定时器架构有关；

（2）、把一个周期正弦波360o分成12个区间（每个区30o），利用上面选择的函数值定义每个区间上U、V、W值；

（3）、将上一步骤得到的U、V、W值，装载到CPU的变频PWM定时器里，就可以得到相应的PWM信号输出；

（4）、根据所需输出幅度计算幅度因子，根据所需频率计算新的角度自变量x+Δx，将新的自变量带入计算，得到下一组U、V、W值，并持续进行下去，即可得到连续的输出。

所述的两相变频器在驱动单相电容运转异步电动机运转时，工作频率和输出电压成正比关系；高效算法减少了开关次数，降低了模块损耗，提高了母线电压利用率，最大输出电压接近输入电源电压幅度；采用中心对称PWM模式，可消除偶次谐波，改善了电磁兼容性能。

所述的三个输出的两相变频器既可以驱动主、副绕组分别引出的“4线”电机，更可以驱动常见的带“公共端”的“3线”电机。

相比现有技术，本发明的优点是：

1、硬件成熟稳定，产品模块化、体积小、成本低、可靠性高。

2、基于成熟的三相变频模块研发的三个输出的两相变频器，可以适用于常见的单相电容运转异步电动机（例如单相定频空调压缩机、冰箱压缩机、风机、水泵等）。

附图说明

图1为三相变频逆变器主回路等效电路图。

图2为两相变频逆变器主回路等效电路图。

图3为选择的三角函数。