双相感应电机供电三桥臂逆变器控制原理及算法软件的研究设计 控制曲线 电机的机械特性
图2-8给出了不同电压、频率协调控制时电机的机械特性，I为恒电压／频率比(U1/f1=C)；Ⅱ为恒气隙电势／频率比(E1/f1=C)控制；Ⅲ为恒转子电势，频率比(E2/f1=C)控制。
1.恒电压／频率比(U1/f1=C)控制，在恒压频比控制下，电机的气隙磁通φm近似的保持恒定，同步速n0随运行频率w1变化；不同频率下机械特性为一组硬度相同的平行直线。在S很小的机械特性直线段上，同一转矩Ts下，不同运行频率下的转速降落△n基本不变；最大转矩Tm随着频率的降低而有所减小，主要原因是因为在低频时，定子电阻压降的影响变大，若能在低频是适当提高定子电压，则可增大最大转矩，增强带负载能力。
2.恒气隙电势／频率比(E1/f1=C)控制：在电压频率比控制中，如果恰当的随时提高电压以克服定子压降，维持恒定的气隙电势频率比E1/f1=C，则电机每极磁通φm能真正的保持恒定，电机的工作特性将由很大的改善。低频下启动的起动转矩比额定频率下的起动转矩要大，而起动电流并不大，有效的改善了异步电机的起动性能；在恒E1/f1=C控制下，在任何运行频率下，电机的最大转矩恒定不变，电机机械特性变成一组理想的硬度相同的平行直线。非常适合恒转矩负载。
3.恒转子电势／频率比(E2/f1=C)控制：在恒气隙电势频比的基础上，如果能再随时补偿转子漏抗上的压降，保持转子电势随频率作线形变化，即可实现E2/f1=C控制。此时电机的机械特性T=f(s)为一准确的直线，稳态工作特性最好，可以获得类似于并励直流电机一样的直线型机械特性。而这是矢量变换控制变频调速所要实现的目标之一。
以上三种原理，均适用于两相电机的变频调速。
2．6 两相电机逆变器拓扑结构的研究
国内外文献中关于两相电机逆变器结构的研究很多，主要是由于两相电机的供电和控制要求与三相电机有很大不同，所以选择适合两相电机使用的逆变器拓扑十分有意义。下面我们对适用两相电机的逆变器进行分析。 2.6.1 电容中点H 型逆变器
电容中点H型逆变器结构是1984年英国人C.Mhango申请的一项专利。如图2-9所示，
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这种逆变器的优点是电路结构简单，功率开关器件也比较少，成本低廉，稳定性高。
图 2-9 电容中点H 型逆变器电路拓扑
功率器件分为S1、S4和S2、S3两组，同时通断，且同一桥臂两个开关管件在一定时候交换通断状态，因此控制信号的产生和驱动电路相对简单。但是对于两相电机，采用这种拓扑存在一个问题：由于电机的两相电流 Ia和Ib在相位上相差90 度，因此流向中性点N 的两相电流矢量之和：I = Ia + Ib。电流I 使逆变器输出电压波动加大，这种加大主要于负载电流的大小有关，只有通过加大电容，减小电机绕组的电流才能使中点的电压基本保持平衡。从现有的试验表明，只有电机功率在几十瓦以下，电容值上千甚至上万微法时，中点电位才可能基本稳定，这显然限制了这种逆变器结果的应用。 2.6.2 电源中点H 型逆变器
鉴于电容中点H型结构的不足，运用双极性电源来直接获得电源中点，形成了电源中点H型逆变器主电路，如图2-10所示。
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Vdc2S1S3A2?IM-Vdc2S2 S4NB图 2-10 电源中点H 型逆变器电路拓扑
半桥逆变电路具有结构简单，功率开关器件数目最少，成本低廉，稳定性高等优点。功率器件S1、S4为一组，S2、S3为另一组，两组同时通断，且同桥臂两元件在一定延时候交换通断状态，因而控制信号的产生和驱动电路相对简单。但是，对于两相电机，采用半桥逆变电路面临这样一个问题:由于电机的两相电流I1和I2在相位上相差90度，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：→I =→I1 +→I2 。
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，由电工学的知识可知，这种波动主要与负载电流的大小有关，只减小电机绕组电流才能使中点电压基本保持恒定，从已有的实验表明，只有电机功率在几十瓦以下，电容值在几千甚至上万微法时，中点电位才可能基本稳定。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。 2.6.3 全桥逆变器
普通全桥逆变电路每相由四只功率开关器件组成，两相绕组共需八只功率开关器件，逆变器主电路拓扑如图2-11所示。
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图 2-11全桥逆变器电路拓扑
这种电路结构是由两个单H型并联形成的交直交逆变器电路，两个绕组分别独立控制，形成两相电机的运行方式。从运行特性看，由于克服了电机不对称运行的因素，因此除了相数不同之外，基本可以沿用三相电机变频调速的结论和效果。
在相同的输出电压要求下，由于采用了全桥逆变电路，所用的功率开管器件的耐压要求要低于半桥电路。两相三桥臂逆变电路鉴于双H型逆变电路中开关器件的数目较多，在实际应用中将双H图中中间两只桥臂合二为一，成为两套绕组的公共桥臂，就得到了下图2-12所示的两相三桥臂全桥逆变电路。 2.6.4 两相三桥臂逆变器
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图 2-12 两相三桥臂逆变器电路拓扑
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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的优点，同时有效的减少了开关器件的数目。在直流电压Ud相同的情况下，其输出电压值可达到全桥电路的70%以上。在逆变桥结构上，两相三桥臂电路同三相半桥逆变电路完全一致，因此容易从己有的六单元功率模块移植过来使用，其输出也可在三相同两相之间灵活转换。而目前三相逆变电路用的六单元功率模块的发展己经颇为成熟，尤其是在小功率应用场合。
综上所述，单相电机在逆变主电路的结构主要分为全桥和半桥两种。半桥电路结构简单，成本低廉，要求前级电源能稳定提供正负对称输出。全桥逆变电路，由于两相三桥臂需要的开关器件相对较少，易于采用三相电路中六单元功率模块。比起八只开关器件组成的全桥逆变电路优势明显。目前，越来越多的研究是基于两相三桥臂结构逆变电路。
从目前国内外研究的形势来看，越来越多的研究是基于两相三桥臂结构逆变电路。原因有三：第一是因为半桥逆变在两相电机变频领域的应用有比较重大的缺陷，其对前级电源的要求太高，算上附加费用，其成本比起全桥还要高。第二，随着控制技术的不断改进，基于两相三桥臂控制技术可以使电机获取更好的工作性能：第三随着小功率半导体开管器件成本的降低，两相三桥臂逆变结构在这方面成本的增加所带来的影响也越来越小，将不再成为其应用推广的障碍。所以两相三桥臂结构逆变器必将成为研究应用的主流。
2.6.5 几种电路结构的比较
从国内外的研究形势来看，两相三桥臂的逆变器电路成为主流。原因有如下几点： (1) 两相半桥逆变器电路虽然使用的功率开关管个数比较少，但其前级需要正负对称的双极性电源，这就提高了电路的应用成本，其成本甚至比全桥逆变器还要高。
(2) 随着逆变器控制理论的进步，基于两相三桥臂的逆变器技术可以获得更高的直流电压利用率，使输出电压的谐波含量更小，从而使得电机获得更好的调速性能。
(3) 随着小功率开关管的成本降低，大大减少了开关管个数增加带来的成本上升。并且两相三桥臂逆变器在结构上与三相六功率管的半桥逆变器一样，这样可以增加逆变器的通用性。
综上所述，两相三桥臂逆变器可以在保证电机调速性能基本满足需要的前提下，尽
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