CN104868821A - 单相感应电机的调速装置和调速方法 - Google Patents

单相感应电机的调速装置和调速方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电容启动式单相感应电机的调速装置，该调速装置包括：三相逆变器，三相逆变器包括三个输出端，其中，单相感应电机的主绕组连接三个输出端中的任意两个输出端之间；可控开关，可控开关与单相感应电机的副绕组串联，可控开关的一端与三个输出端中除去连接主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，可控开关的另一端与副绕组的一端相连，副绕组的另一端与连接主绕组的两个输出端中的任一输出端相连；控制器，控制器根据单相感应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节单相感应电机的转速。本发明的调速装置，结构简单，可以实现对单相感应电机的平滑调速。本发明还公开了一种电容启动式单相感应电机的调速方法。

Description

单相感应电机的调速装置和调速方法
技术领域
本发明属于电器技术领域，尤其涉及一种单相感应电机的调速装置和调速方法。
背景技术
单相感应电机的定子包括主绕组和副绕组即启动绕组，转子为笼型。单相感应电机运行主要包括电容启动式和电容运行式，电路连接图相似，如图1所示为电容启动式单相感应电机的电路连接示意图。其中，对于电容启动式单相感应电机来说：单相感应电机M’除了启动需要靠外力之外，在正常运行之后可以通过单相脉振磁场产生同向的电磁转矩，从而驱动单相感应电机M’转动，在启动完成之后，离心开关K断开，启动绕组ST’从电路中切除，仅有主绕组W’形成脉振磁场，产生电磁转矩，而对于电容运行式的单相感应电机M不包括离心开关K，启动绕组RT’在运行中也不会从电路中切断，两个绕组形成旋转磁场，产生电磁转矩，从而驱动单相感应电机M’运行。其中，单相脉振磁场可以由两个大小相等、方向相反的旋转磁场合成，正反向脉振磁场产生的电磁转矩如图2所示，其中，T1和T2分别为一次正反转时正反反向形成的电磁转矩的曲线，T为T1和T2的合成转矩曲线，可以看出只有在正反转转换时电磁转矩为零。
可以看出，电容启动式的单相感应电机内部包括启动电容C和离心开关K，结构复杂，故障率高。另外，电容启动式的单相感应电机的调速方法主要包括：1、调压调速：调压调速原理简单，使用方便，但是调压调速的机械特性较软，而且由于单相感应电机的最大电磁转矩和定子外加电压的平方成正比，低压时，单相感应电机过载能力明显降低，所以调压调速一般仅适用于轻载调速场合。2、变极调速：变极调速效率较高，转矩特性较好，但是只能实现有极调速，无法对转子转速进行连续调节。3、变频调速：变频调速是一种通过改变定子绕组的供电频率来调节转子转速的调速方式。由于单相感应电机转速与定子频率成正比，改变定子绕组的供电频率即可实现对转子转速的调节。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，针对单相感应电机的变频调速方面，本发明的一个目的在于提出一种单相感应电机的调速装置，该调速装置结构简单，可以实现对单相感应电机的调速。
本发明的另一个目的在于提出一种单相感应电机的调速方法。
为达到上述目的，本发明的一方面实施例提出一种单相感应电机的调速装置，该调速装置包括：三相逆变器，所述三相逆变器包括三个输出端，其中，所述单相感应电机的主绕组连接所述三个输出端中的任意两个输出端之间；可控开关，所述可控开关与所述单相感应电机的副绕组串联，所述可控开关的一端与所述三个输出端中除去连接所述主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，所述可控开关的另一端与所述副绕组的一端相连，所述副绕组的另一端与连接所述主绕组的两个输出端中的任一输出端相连；控制器，所述控制器根据所述单相感应电机的转速分别对所述三相逆变器和所述可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速。
根据本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置，通过控制器根据单相感应电机的转速对可控开关和三相逆变器进行控制，从而实现对单相感应电机的调速控制，不需要启动电容，结构简化。
其中，所述三相逆变器包括：U相桥臂，所述U相桥臂包括第一IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和第二IGBT，其中，所述第一IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第一IGBT的第二端与预设电源的第一端连接，所述第二IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第二IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述第二IGBT的第三端与所述第一IGBT的第三端连接，所述第二IGBT与所述第一IGBT的第三端之间具有第一输出端；V相桥臂，所述V相桥臂包括第三IGBT和第四IGBT，其中，所述第三IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第三IGBT的第二端与所述预设电源的第一端连接，所述第四IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第四IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述第四IGBT的第三端与所述第三IGBT的第三端连接，所述第四IGBT的第三端与所述第三IGBT的第三端之间具有第二输出端，所述可控开关的一端与所述第一输出端连接，所述可控开关的另一端与所述单相感应电机的副绕组的一端连接，所述副绕组的另一端与所述第二输出端连接；W相桥臂，所述W相桥臂包括第五IGBT和第六IGBT，其中，所述第五IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第五IGBT的第二端与所述预设电源的第一端连接，所述第六IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第六IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述第六IGBT的第三端与所述第五IGBT的第三端连接，所述第六IGBT的第三端与所述第五IGBT的第三端之间具有第三输出端，所述单相感应电机的主绕组的一端与所述第二输出端连接，所述主绕组的另一端与所述第三输出端连接。
其中，所述可控开关为继电器，所述继电器包括触点和控制线圈，所述触点的一端与所述第一输出端连接，所述触点的另一端与所述副绕组的一端连接，所述控制线圈与所述控制器连接。
具体地，所述控制器还用于在所述单相感应电机的转速小于预设转速时，控制所述可控开关接通，并输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
进一步地，所述控制器还用于输出两相正余弦PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断。
控制器输出两相正余弦PWM信号进行调制，使得电容启动式单相感应电机可以以额定转矩启动并进行平滑调速，可以提高单相感应电机的效率和灵活性，单相感应电机的转速可以达到市电供电相同甚至更高。
另外，所述控制器还用于在所述单相感应电机的转速大于或等于所述预设转速时，停止输出PWM信号至调节所述副绕组的磁场的IGBT，并控制所述可控开关断开。
并且，所述控制器还用于输出单相SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation,正弦脉宽调制)信号以控制所述三相逆变器的IGBT的通断以保证所述主绕组工作。
在转速大于预设转速时，控制器输出单相SPWM信号，保证主绕组电压波形可以满调制度输出。
为达到上述目的，本发明的另一方面实施例提出一种电容启动式单相感应电机的调速方法，该调速方法包括：检测所述单相感应电机的转速；根据所述单相感应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速；其中，所述三相逆变器包括三个输出端，所述单相感应电机的主绕组连接所述三个输出端中的任意两个输出端之间，所述可控开关与所述单相感应电机的副绕组串联，所述可控开关的一端与所述三个输出端中除去连接所述主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，所述可控开关的另一端与所述副绕组的一端相连，所述副绕组的另一端与连接所述主绕组的两个输出端中的任一输出端相连。
根据本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法，根据单相感应电机的转速对可控开关和三相逆变器进行控制，从而实现对单相感应电机的调速控制，不需要启动电容，方法简单。
进一步地，在本发明的一些实施例中，三相逆变器包括IGBT，所述根据所述单相感应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速，具体包括：在所述单相感应电机的转速小于预设转速时，控制所述可控开关接通；以及输出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
具体地，所述输出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场，具体包括：输出两相正余弦PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
在单相感应电机的转速小于预设转速时输出两相正余弦PWM信号进行调制，使得电容启动式单相感应电机可以以额定转矩启动并进行平滑调速，可以提高单相感应电机的效率和灵活性，单相感应电机的转速可以达到市电供电相同甚至更高。
另外，上述调速方法还包括：在所述单相感应电机的转速大于或等于所述预设转速时，停止输出PWM信号至调节所述副绕组的磁场的IGBT；以及控制所述可控开关断开。
进一步地，在本发明的一些实施例中，上述方法还包括：输出单相SPWM信号以控制所述三相逆变器的IGBT的通断以保证所述主绕组工作。
在转速大于预设转速时，输出单相SPWM信号，保证主绕组电压波形可以满调制度输出。
附图说明
图1是现有技术的单相感应电机的电路示意图；
图2是现有技术的单相感应电机的运行转矩曲线的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置的框图；
图4是根据本发明的另一个实施例的三相逆变器的示意图；
图5是根据本发明的一个具体实施例的控制器的两相正余弦PWM信号占空比与扇区的对应表；
图6是根据本发明的一个实施例的调制扇区的示意图；
图7是根据本发明的另一个实施例的主绕组和副绕组的反电动势波形的示意图；
图8是根据本发明的再一个实施例的副绕组关闭之后续流电流流向示意图；
图9是根据本发明的又一个实施例的周期内续流电流波形示意图；
图10是根据本发明的又一个具体实施例的单相SPWM信号占空比与扇区的对应表；
图11是根据本发明的又一个具体实施例的电流受反电动势影响的对比图；
图12是根据本发明的一个实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法的流程图；以及
图13是根据本发明的再一个具体实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法的流程图。
附图标记：
调速装置1000，三相逆变器100、可控开关200和控制器300，第一IGBT101和第二IGBT102，第三IGBT103和第四IGBT104，第五IGBT105和第六IGBT106，触点201。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置和调速方法。
首先对本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置进行说明。图3为根据本发明的一个实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置的示意图。
如图3所示，本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置1000包括三相逆变器100、可控开关200和控制器300。
其中，三相逆变器100包括三个输出端a、b和c，其中，单相感应电机M的主绕组WT连接三个输出端中的任意两个输出端之间,例如图3中主绕组WT连接输出端b和c。具体地，例如三相逆变器100为三相逆变桥时，三个输出端可以为三相逆变桥的三个桥臂的节点输出。
其中，可控开关200与单相感应电机M的副绕组ST串联，可控开关200的一端与三个输出端中除去连接主绕组WT的两个输出端后剩余的输出端例如图3中输出端a相连，可控开关200的另一端与副绕组ST的一端相连，副绕组ST的另一端与连接主绕组WT的两个输出端中的任一输出端例如输出端b相连，可以看出，可控开关200的闭合和断开会影响副绕组ST。
其中，控制器300根据单相感应电机M的转速分别对三相逆变器100和可控开关200进行控制，以调节单相感应电机M的转速。具体地，对于电容启动式单相感应电机M，其在启动时、或者正转反转为反转时扭矩变化，例如单相感应电机M的转速小于某个预设值时，控制器30可以控制可控开关200闭合，同时通过调制信号控制三相逆变器100的输出电压，从而启动单相感应电机M的副绕组RT，调节副绕组RT和主绕组WT的磁场，进而调节产生的转矩实现对单相感应电机M启动以及反转时转速的调节，使得单相感应电机M稳定运行，也就是说，也可以使得单相感应电机M在额定转矩启动。另外，相较于相关技术中电容启动式单相感应电机的电路，本发明实施例的调速装置1000，不需要启动电容，结构简化，故障率降低。
进一步地，如图4所示，三相逆变器100包括U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂，其中，U相桥臂包括第一IGBT101和第二IGBT102，第一IGBT101可以作为U相桥臂的上桥臂，第二IGBT102可以作为U相桥臂的下桥臂，第一IGBT101的第一端1与控制器300连接，第一IGBT101的第二端2与预设电源的第一端例如正极P连接，第二IGBT102的第一端1与控制器300连接，第二IGBT102的第二端2与预设电源的第二端例如负极N连接，第二IGBT102的第三端3与第一IGBT101的第三端3连接，第二IGBT102与第一IGBT101的第三端3之间具有第一输出端例如输出端a。
V相桥臂包括第三IGBT103和第四IGBT104，其中，第三IGBT103可以作为V相桥臂的上桥臂，第四IGBT104可以作为V相桥臂的下桥臂。第三IGBT103的第一端1与控制器300连接，第三IGBT103的第二端2与预设电源的第一端连接，第四IGBT104的第一端1与控制器300连接，第四IGBT104的第二端2与预设电源的第二端连接，第四IGBT104的第三端3与第三IGBT103的第三端3连接，第四IGBT104的第三端3与第三IGBT103的第三端3之间具有第二输出端例如输出端b，可控开关200的一端与第一输出端a连接，可控开关200的另一端与单相感应电机M的副绕组RT的一端连接，副绕组RT的另一端与第二输出端b连接。
W相桥臂包括第五IGBT105和第六IGBT106，其中，第五IGBT105可以作为W相桥臂的上桥臂，第六IGBT可以作为W相桥臂的下桥臂。第五IGBT105的第一端1与控制器300连接，第五IGBT105的第二端2与预设电源的第一端连接，第六IGBT106的第一端1与控制器300连接，第六IGBT106的第二端2与预设电源的第二端连接，第六IGBT106的第三端3与第五IGBT105的第三端3连接，第六IGBT106的第三端3与第五IGBT105的第三端3之间具有第三输出端例如输出端c，单相感应电机M的主绕组WT的一端与第二输出端b连接，主绕组WT的另一端与第三输出端c连接。
概括地说，本发明实施例的调速装置1000，单相感应电机M的主绕组WT连接在三相逆变器100的V相桥臂和W相桥臂之间，副绕组RT连接在三相逆变器100的U相桥臂和V相桥臂之间，同时通过可控开关200实现对副绕组RT的可控。
其中，如图4所示，可控开关200可以为继电器，继电器包括触点201和控制线圈，触点201的一端与第一输出端a连接，触点201的另一端与副绕组RT的一端连接，控制线圈与控制器300连接,控制器300通过控制继电器的控制线圈的通电与否，实现对触点201的控制，进而控制副绕组RT启停。
下面将对本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置1000的工作过程进行详细说明。
具体地，在单相感应电机M的转速小于预设转速时，例如单相感应电机M启动或翻转时，转矩减小例如小于预设转速时，控制器300控制可控开关200接通，并输出PWM信号控制三相逆变器100的IGBT的通断以使副绕组RT与主绕组WT产生旋转磁场。例如，控制器300使能副绕组RT以PWM信号，控制继电器接通，单相感应电机M的主绕组WT和副绕组RT在空间上互差90度(电角度)，当控制器300以PWM信号调制三相逆变器100的三个桥臂中的IGBT的通断以及通断时间即占空比，进而主绕组WT和副绕组RT接入例如正弦电压时，基于磁场与电压的积分关系，主绕组WT和副绕组RT可以产生旋转磁场，从而驱动单相感应电机M运行，同时通过控制输入电压对单相感应电机M的运行方向也可以控制。
但是，如果控制器300采用6个基本矢量的空间矢量调制信号对三相逆变器100进行控制，三相逆变器100输出至主副绕组的电压波形会产生畸变。为了减小畸变，控制器300可以输出两相正余弦PWM信号控制三相逆变器100的IGBT的通断。
具体地，控制器300输出的两相正余弦PWM信号的占空比与两绕组两相电压扇区的对照表如图5所示，其中，主副绕组的两相电压对应的扇区如图6所示，Ua为副绕组RT电压，Ub为主绕组WT电压，为空间角度，两相分为4个扇区。
其中，两相正余弦PWM信号的占空比可以根据正副绕组的两相正余弦电压信号的期望值进行设定。具体地，先明确正方向，一般以流进电动机绕组的方向为正方向。如图4所示，因此副绕组ST绕组从U相流向V相为正方向，主绕组WT从W相流向V相为正方向。以第一扇区为例，如图6所示，副绕组ST期望电压为正，电压幅值为|sinθ|，主绕组WT的期望电压为负，期望电压幅值为|cosθ|。对于主绕组WT，此时W相的下桥W2一致处于全开状态，只要V相上桥V1的占空比为|cosθ|，就可以满足主绕组WT上压降为|cosθ|的要求，并且电压矢量方向为V→W，为负值。对副绕组ST，如果U1和V1都处于打开状态，则在副绕组ST上的压降为0。而此时V1的占空比已经是|cosθ|，因此U1的占空比需为|sinθ|+|cosθ|，才能满足副绕组ST上的电压幅值为|sinθ|的期望。并且电压矢量方向为U→V，为正值。
所以为了满足主绕组WT和副绕组RT的电压期望值，在第一扇区时，控制器300控制三相逆变器100的U相桥臂的上桥臂即第一IGBT101的占空比为|sinθ|+|cosθ|，下桥臂即第二IGBT102的占空比为1-|sinθ|-|cosθ|，V相桥臂的上臂桥的IGBT即第三IGBT103的占空比为|cosθ|，下桥臂即第四IGBT104的占空比为1-|cosθ|，而控制W相桥臂的上桥臂即第五IGBT105处于常闭状态，而下桥臂即第六IGBT106处于常开状态，通过正余弦PWM调制使得主绕组WT和副绕组RT的电压波形更加平滑。
进而，在单相感应电机M的转速大于或等于预设转速时，控制器300停止输出PWM信号至调节副绕组的磁场的IGBT，并控制可控开关200断开。具体地，在单相感应电机M的转速大于或等于预设转速时，通过主绕组WT产生的脉振磁场即可驱动单相感应电机M的运行，则控制器300停止输出PWM信号以关闭副绕组RT。关闭副绕组RT的PWM信号之后，副绕组RT的电流会减小很多，在切断可控开关200例如继电器时，可以避免火花。但是，由于IGBT中反向二极管以及副绕组RT产生的反电动势，在控制器300关闭副绕组RT的PWM信号之后，也会有电流产生，造成单相感应电机M的旋转磁场的畸变。例如，单相感应电机M的主绕组上的电压公式为其中，Rs为主绕组电阻，I为主绕组电流，LS为主绕组电感Eb为主绕组的反电动势，副绕组RT和主绕组WT上的反电动势Ea和Eb的波形如图7所示，因此，在Ea小于零时，如果三相逆变器100的V相桥臂的上桥臂即第三IGBT103打开，则副绕组RT上的电压高于母线电压，则将产生向上的续流，电流流向如图8所示，同样地，在Ea大于零时，如果三相逆变器100的V相桥臂的下桥臂即第四IGBT104打开，则将产生向下的续流。整个周期的续流电流波形如图9所示。所以即使控制器300关掉副绕组RT的PWM信号，仍然存在续流，影响旋转磁场，所以在关闭副绕组RT的调制PWM信号之后，控制器300控制可控开关关断，以避免副绕组RT产生的续流造成磁场的畸变。
控制器300以两相正余弦PWM信号进行调制时，如图5所示，在第一扇区和第三扇区的调制度都出现|sinθ|+|cosθ|，因此，在高于0.707调制度时，三相逆变器100无法输出期望的电压值，因此控制器300还用于输出单相SPWM信号以控制三相逆变器100的IGBT的通断以保证主绕组WT工作，换句话说，必须将两相正余弦PWM信号切换为单相SPWM信号进行调制，控制器300输出SPWM信号进行调制各个IGBT对应的占空比如图10所示，可以看出，需要控制U相桥臂的IGBT处于关闭状态，对V相桥臂和W相桥臂的IGBT进行单相控制，例如在第一扇区时，控制器300输出SPWM信号控制U相桥臂的IGBT关闭，V相桥臂的上桥臂即第三IGBT103占空比为|cosθ|，下桥臂即第四IGBT的占空比为1-|cosθ|，并且W相桥臂的上桥臂即第五IGBT处于常闭，下桥臂即第六IGBT106处于常开状态，从而保证主绕组WT上的电压波形可以满调制度输出。
综上所述，本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置，通过控制器根据单相感应电机的转速对可控开关和三相逆变器进行控制，从而实现对单相感应电机的调速控制，不需要启动电容，结构简化。另外控制器在单相感应电机的转速小于预设转速时输出两相正余弦PWM信号进行调制，使得电容启动式单相感应电机可以以额定转矩启动并进行平滑调速，在转速大于预设转速时，控制器输出单相SPWM信号，保证主绕组电压波形可以满调制度输出，单相感应电机的转速可以达到市电供电相同甚至更高。另外，如图11所示，图11(1)为受反电动势影响的电流波形，图11(2)为正常波形，其中，E为反电动势波形，I为电流波形。可以看出，以本发明实施例的调速装置进行调制时，电流波形良好，几乎不受反电动势影响。
基于上述调速装置的结构，下面参照附图描述根据本发明的另一方面实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法进行说明。其中，三相逆变器包括三个输出端，单相感应电机的主绕组连接三个输出端中的任意两个输出端之间，可控开关与单相感应电机的副绕组串联，可控开关的一端与三个输出端中除去连接主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，可控开关的另一端与副绕组的一端相连，副绕组的另一端与连接主绕组的两个输出端中的任一输出端相连。
图12为根据本发明的一个实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法的流程图。如图12所示的电容启动式单相感应电机的调速方法包括以下步骤：
S1,检测单相感应电机的转速。
S2，根据单相感应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节单相感应电机的转速。
例如，对于电容启动式单相感应电机，其在启动时、或者正转反转为反转时扭矩变化，例如单相感应电机的转速小于某个预设值时，可以控制可控开关闭合，同时通过调制信号控制三相逆变器的输出电压，从而启动单相感应电机的副绕组，调节副绕组和主绕组的磁场，进而调节产生的转矩实现对单相感应电机启动以及反转时转速的调节，使得单相感应电机稳定运行，也就是说，也可以使得单相感应电机在额定转矩启动。另外，相较于相关技术中电容启动式单相感应电机的电路，本发明实施例的调速方法，不需要启动电容，方法简单，故障率降低。
具体地，三相逆变器可以为电压式的三相逆变桥，三相逆变器包括IGBT，在单相感应电机的转速小于预设转速时，控制可控开关接通，以及输出PWM信号控制三相逆变器的IGBT的通断以使副绕组与主绕组产生旋转磁场。例如，使能副绕组以PWM信号，控制可控开关例如继电器接通，单相感应电机的主绕组和副绕组在空间上互差90度(电角度)，当以PWM信号调制三相逆变器的IGBT的通断以及通断时间即占空比，进而主绕组和副绕组接入例如正弦电压时，基于磁场与电压的积分关系，主绕组和副绕组可以产生旋转磁场，从而驱动单相感应电机运行，同时通过控制输入电压对单相感应电机的运行方向也可以控制。
但是，如果采用6个基本矢量的空间矢量调制信号对三相逆变器进行控制，三相逆变器输出至主副绕组的电压波形会产生畸变。为了减小畸变，输出两相正余弦PWM信号控制三相逆变器的IGBT的通断以使副绕组与主绕组产生旋转磁场。具体地，两相正余弦PWM信号的占空比可以根据正副绕组的两相正余弦电压信号的期望值进行设定，输出的两相正余弦PWM信号对IGBT的占空比与两绕组两相电压扇区的对照表如图5所示，其中，主副绕组的两相电压对应的扇区如图6所示，通过正余弦PWM调制使得主绕组和副绕组的电压波形更加平滑。
进而，在单相感应电机的转速大于或等于预设转速时，停止输出PWM信号至调节副绕组的磁场的IGBT，以及控制可控开关断开。具体地，在单相感应电机的转速大于或等于预设转速时，通过主绕组产生的脉振磁场即可驱动单相感应电机的运行，则停止输出PWM信号以关闭副绕组。关闭副绕组的PWM信号之后，副绕组的电流会减小很多，在切断可控开关例如继电器时，可以避免火花。但是，由于IGBT中反向二极管以及副绕组产生的反电动势，在关闭副绕组的PWM信号之后，也会有电流产生，造成单相感应电机的旋转磁场的畸变。例如，整个周期的续流电流波形如图9所示。所以即使关闭副绕组的PWM信号，仍然存在续流，影响旋转磁场，所以在关闭副绕组的调制PWM信号之后，控制可控开关关断，以避免副绕组产生的续流造成磁场的畸变。
以两相正余弦PWM信号进行调制时，如图5所示，在第一扇区和第三扇区的调制度都出现|sinθ|+|cosθ|，因此，在高于0.707调制度时，三相逆变器无法输出期望的电压值，因此需要输出单相SPWM信号以控制三相逆变器的IGBT的通断以保证主绕组工作，换句话说，必须将两相正余弦PWM信号切换为单相SPWM信号进行调制，输出SPWM信号调制各个IGBT对应的占空比如图10所示，可以看出，需要控制U相桥臂的IGBT处于关闭状态，对V相桥臂和W相桥臂的IGBT进行单相控制，从而保证主绕组WT上的电压波形可以满调制度输出。
概括地说，在本发明的一个具体实施例中，如图13所示，本发明实施例的调制方法包括：
S100,判断单相感应电机的转速是否小于预设转速。
如果单相感应电机的转速小于预设转速，执行步骤S200，否则执行步骤S400。
S200，控制继电器接通，输出PWM使能。
并执行步骤S300。
S300，采用两相正余弦PWM信号调制。
S400，关闭副绕组PWM信号。
S500，控制继电器关断以切除副绕组。
S600，采用单相SPWM信号调制。
根据本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法，根据单相感应电机的转速对可控开关和三相逆变器进行控制，从而实现对单相感应电机的调速控制，不需要启动电容，方法简单。另外，在单相感应电机的转速小于预设转速时输出两相正余弦PWM信号进行调制，使得电容启动式单相感应电机可以以额定转矩启动并进行平滑调速，在转速大于预设转速时，输出单相SPWM信号，保证主绕组电压波形可以满调制度输出，单相感应电机的转速可以达到市电供电相同甚至更高。另外，如图11所示，图11(1)为受反电动势影响的电流波形，图11(2)为正常波形，其中，E为反电动势波形，I为电流波形。可以看出，以本发明实施例的调速方发放进行调制时，电流波形良好，几乎不受反电动势影响。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，包括：
三相逆变器，所述三相逆变器包括三个输出端，其中，所述单相感应电机的主绕组连接所述三个输出端中的任意两个输出端之间；
可控开关，所述可控开关与所述单相感应电机的副绕组串联，所述可控开关的一端与所述三个输出端中除去连接所述主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，所述可控开关的另一端与所述副绕组的一端相连，所述副绕组的另一端与连接所述主绕组的两个输出端中的任一输出端相连；
控制器，所述控制器根据所述单相感应电机的转速分别对所述三相逆变器和所述可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速。
2.如权利要求1所述的电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，所述三相逆变器包括：
U相桥臂，所述U相桥臂包括第一IGBT和第二IGBT，其中，所述第一IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第一IGBT的第二端与预设电源的第一端连接，所述第二IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第二IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述第二IGBT的第三端与所述第一IGBT的第三端连接，所述第二IGBT与所述第一IGBT的第三端之间具有第一输出端；
V相桥臂，所述V相桥臂包括第三IGBT和第四IGBT，其中，所述第三IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第三IGBT的第二端与所述预设电源的第一端连接，所述第四IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第四IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述第四IGBT的第三端与所述第三IGBT的第三端连接，所述第四IGBT的第三端与所述第三IGBT的第三端之间具有第二输出端，所述可控开关的一端与所述第一输出端连接，所述可控开关的另一端与所述单相感应电机的副绕组的一端连接，所述副绕组的另一端与所述第二输出端连接；
W相桥臂，所述W相桥臂包括第五IGBT和第六IGBT，其中，所述第五IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第五IGBT的第二端与所述预设电源的第一端连接，所述第六IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第六IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述第六IGBT的第三端与所述第五IGBT的第三端连接，所述第六IGBT的第三端与所述第五IGBT的第三端之间具有第三输出端，所述单相感应电机的主绕组的一端与所述第二输出端连接，所述主绕组的另一端与所述第三输出端连接。
3.如权利要求2所述的电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，所述可控开关为继电器，所述继电器包括触点和控制线圈，所述触点的一端与所述第一输出端连接，所述触点的另一端与所述副绕组的一端连接，所述控制线圈与所述控制器连接。
4.如权利要求2所述的电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述单相感应电机的转速小于预设转速时，控制所述可控开关接通，并输出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
5.如权利要求4所述的电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，所述控制器还用于输出两相正余弦PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断。
6.如权利要求5所述的电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述单相感应电机的转速大于或等于所述预设转速时，停止输出PWM信号至调节所述副绕组的磁场的IGBT，并控制所述可控开关断开。
7.如权利要求6所述的电容启动式单相感应电机的调速装置，其特征在于，所述控制器还用于输出单相SPWM信号以控制所述三相逆变器的IGBT的通断以保证所述主绕组工作。
8.一种电容启动式单相感应电机的调速方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测所述单相感应电机的转速；
根据所述单相感应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速；
其中，所述三相逆变器包括三个输出端，所述单相感应电机的主绕组连接所述三个输出端中的任意两个输出端之间，所述可控开关与所述单相感应电机的副绕组串联，所述可控开关的一端与所述三个输出端中除去连接所述主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，所述可控开关的另一端与所述副绕组的一端相连，所述副绕组的另一端与连接所述主绕组的两个输出端中的任一输出端相连。
9.如权利要求8所述的电容启动式单相感应电机的调速方法，其特征在于，所述三相逆变器包括IGBT，所述根据所述单相感应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速，具体包括：
在所述单相感应电机的转速小于预设转速时，控制所述可控开关接通；以及
输出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
10.如权利要求9所述的电容启动式单相感应电机的调速方法，其特征在于，所述输出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场，具体包括：
输出两相正余弦PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
11.如权利要求9所述的电容启动式单相感应电机的调速方法，其特征在于，还包括：
在所述单相感应电机的转速大于或等于所述预设转速时，停止输出PWM信号至调节所述副绕组的磁场的IGBT；以及
控制所述可控开关断开。
12.如权利要求11所述的电容启动式单相感应电机的调速方法，其特征在于，还包括：
输出单相SPWM信号以控制所述三相逆变器的IGBT的通断以保证所述主绕组工作。
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