单相输出变频器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电机技术领域，特别设及一种单相输出变频器及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 单相异步电机由于结构简单、成本低廉、使用维护方便，在电冰箱、洗衣机、空调等 家用电器领域应用越来越广泛。现有的单相异步电机一般采用变频器通过恒压频比控制来 进行调速。但是，单相异步电机要求变频器频率上在20赫兹W上才能建立磁场方向运转， 因此工作在低频（20赫兹W下）时，尤其是7赫兹W下时，若采用恒压频比控制方式，就会 使得单相异步电机无功电流较大，电机转动力矩减小，W致出现电机运行不稳定，甚至产生 机械震动的问题。
[0003] 而众所周知的是，目前变频器采用空间矢量控制技术对=相异步电机进行调速的 技术已经很成熟，具体参见下述内容：
[0004] 空间矢量控制是在一个开关周期内通过对基本电压矢量加W组合，使其平均值与 给定电压矢量相等。在交流电机变压变频调速系统中，在某个时刻，电压矢量旋转到某个区 域中，可由组成运个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两 个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使 电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过变频器中的逆变器的不同开关状态所产生的实际磁 通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM波形。 阳0化]在=相电机变频调速系统中，=相电压型逆变器可由6个开关元件来等效表示， 电机的相电压和线电压依赖于它所述对应的6个功率开关的状态，逆变器对应的相电压= 相分别化、化、Uc，逆变器对应的线电压分别为U油、化C、化a。6个功率开关状态组合开关向 量（油C)共有8种情况，a= 1表示A相上桥臂导通，a= 0表示A相下桥臂导通，b、C表示 另两相桥臂的通断，其中包括6个非零矢量Ul(OOl)、U2 (OlO)、U3 (Oll)、U4 (100)、呪（101)、 U6 (110)、和两个零矢量UO(000)、U7 (111)。而空间矢量控制技术正是基于运些矢量实现。
[0006] 从图4可W看出，逆变器输出的S相电源共有1、2、3、4、5、6共六个扇区，Ul~U6 为6个非零矢量，U0、U7是两个位于原点的零矢量。电压矢量空间脉宽调制的目的就是通 过6个功率开关的8种工作状态来逼近电机工作所需要的任意时刻电压矢量Us,而达到较 高的控制性能。
[0007] 而根据S角函数可确定电压矢量Us在a轴和0轴上的分量；根据克拉克 (Clarke)反变换求出=相电流在abc=维坐标系中的相电压分量Ua、化、Uc,可W确定Us 所在的扇区，再依据平行四边形法则可W确定扇区内两相邻矢量T1、T2及零矢量TO的分 配，从而完成空间矢量控制。其中Tl,T2分别为两相邻电压矢量的持续时间，TO为零矢量 持续时间。由于，运种空间矢量控制使得电机任意时间的工作电压都趋近于理想的电压矢 量Us,即采用运种空间矢量控制方式能够使得电机在任意时刻都工作在理想状态。
[0008] 由此，如果采用空间矢量控制方式来控制单相异步电机，则可解决上述采用恒压 频比控制方式在低频下转动力矩减小、运行不稳定W及使电机产生机械震动的问题。但是， 运种空间矢量控制技术控制电机至少需要两相电流，而单相异步电机只有一相电流，因此， 目前还无法将空间矢量控制技术应用到单相异步电机上。
【发明内容】
[0009] 本发明的主要目的是提供一种单相输出变频器，旨在实现通过空间矢量控制技术 控制单相异步电机的目的。
[0010] 为实现上述目的，本发明提出一种单相输出变频器，该单相输出变频器包括用于 将交流电转换成对应的直流电的整流模块和用于将所述直流电转换成可变频交流电并提 供给单相异步电机的逆变模块，该单相输出变频器还包括采样模块、移相模块及控制处理 模块，其中，
[0011] 所述采样模块，用于根据预设采样样本对所述逆变模块输出至单相异步电机的可 变频交流电的电流进行采样并输出第一相电流；
[0012] 所述移相模块，用于对采样到的所述第一相电流进行移相并生成第二相电流；
[0013] 所述控制处理模块，用于根据预设的电流计算公式、所述第一相电流、所述第二相 电流计算得到第=相电流，并根据所述第一相电流、所述第二相电流和所述第=相电流对 所述逆变模块进行空间矢量控制。
[0014] 优选地，所述预设的电流计算公式为I1+I化13 = 0,其中，Il为第一相电流的矢量 值，12为第二相电流的矢量值，13为第=相电流的矢量值。
[0015] 优选地，所述移相模块将所述采样模块采样到的所述第一相电流进行超前120° 或者滞后120°移相。
[0016] 优选地，所述移相模块包括第一供电电源、第二供电电源、运算放大器、第一电阻、 第二电阻、第=电阻、第四电阻、第一电容及电位器；所述第一供电电源和所述第二供电电 源分别与所述运算放大器的第一电源端和第二电源端连接；所述第一电阻的第一端为所述 移相模块的输入端，所述第一电阻的第二端经所述第二电阻与所述运算放大器的反相输入 端连接；所述第=电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第=电阻的第二端与 所述运算放大器的正相输入端连接；所述电位器包括第一端、第二端及在所述第一端和第 二端之间滑动，用W调节所述电位器阻值大小的第=端，所述电位器的第一端与所述第= 电阻的第一端连接，所述电位器的第二端接地，所述电位器的第=端与所述第=电阻的第 一端连接；所述第一电容的第一端与所述第=电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端 接地；所述第四电阻的第一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第四电阻的第二 端与所述运算放大器的输出端连接。
[0017] 优选地，所述移相模块还包括第五电阻、第二电容及第=电容；所述第五电阻的第 一端与所述运算放大器的输出端连接，所述第五电阻的第二端接地；所述第二电容的第一 端与所述第一供电电源连接，所述第二电容的第二端接地；所述第=电容的第一端与所述 第二供电电源连接，所述第=电容的第二端接地。
[0018] 优选地，所述移相模块通过滑动控制所述电位器的第=端来控制所述第二相电流 与所述第一相电流的相位角。
[0019] 优选地，所述采样模块采用霍尔传感器对所述逆变模块输出至单相异步电机的电 流进行米集D
[0020] 此外，为实现上述目的，本发明还提出一种单相输出变频器的控制方法，该单相输 出变频器包括用于将交流电转换成对应的直流电的整流模块、用于将所述直流电转换成可 变频交流电并提供给单相异步电机的逆变模块、采样模块、移相模块及控制处理模块，所述 采样模块用于根据预设采样样本对所述逆变模块输出至单相异步电机的可变频交流电的 电流进行采样并输出第一相电流；所述移相模块用于对所述第一相电流进行移相并生成第 二相电流；所述控制处理模块用于根据预设的电流计算公式、所述第一相电流、所述第二相 电流计算得到第=相电流并根据所述第一相电流、所述第二相电流及所述第=相电流对所 述逆变模块进行空间矢量控制；其中，所述控制方法包括：
[0021] 所述控制处理模块控制所述采样模块对所述逆变模块输出的第一相电流进行采 样；
[0022] 所述控制处理模块控制所述移相模块对采样到的所述第一相电流进行120°移相 得到第二相电流；
[0023] 所述控制处理模块用于根据预设的电流计算公式、所述第一相电流、所述第二相 电流计算得到第=相电流，并根据所述第一相电流、所述第二相电流和所述第=相电流对 所述逆变模块进行空间矢量控制。
[0024] 优选地，所述预设的电流计算公式为11+1化13 = 0,其中，11为第一相电流的矢量 值，12为第二相电流的矢量值，13为第=相电流的矢量值。
[0025] 优选地，所述移相模块对所述第一相电流的相位角进行超前120°或者滞后 120°移相W得到所述第二相电流。
[00%] 本发明技术方案通过设置用于将交流电转