单相H桥逆变器的波形发生方法.pdf

本发明提供了一种单相H桥逆变器的波形发生方法，单相H桥逆变器包括四个绝缘栅双极型晶体管，波形发生方法包括：系统上电；脉冲宽度调制波形发生中断后，将单相H桥逆变器的四个绝缘栅双极型晶体管根据配置规则进行设置，配置规则为：H桥中的其中一个绝缘栅双极型晶体管为常开，与之相对角的另外一个绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制，其他的两个绝缘栅双极型晶体管为常关；所述四个绝缘栅双极型晶体管轮流进行脉冲宽度调制。本发明有效地解决了现有技术中电机损耗高、单相H桥逆变器发热量大的问题。

1.  一种单相H桥逆变器的波形发生方法，所述单相H桥逆变器包括四个绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，所述波形发生方法包括：
系统上电；
脉冲宽度调制波形发生中断后，将所述单相H桥逆变器的四个绝缘栅双极型晶体管根据配置规则进行设置，所述配置规则为：
H桥中的其中一个绝缘栅双极型晶体管为常开，与之相对角的另外一个绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制，其他的两个绝缘栅双极型晶体管为常关；所述四个绝缘栅双极型晶体管轮流进行脉冲宽度调制。

2.  根据权利要求1所述的波形发生方法，其特征在于，在所述脉冲宽度调制波形发生中断后，还包括以下步骤：
计算旋转电压矢量相位角；
判断所述旋转电压矢量相位角是否大于360°，如果是，则用所述旋转电压矢量相位角的度数减去360°后，再赋值给所述旋转电压矢量相位角，直至所述旋转电压矢量相位角的度数小于或者等于360°；
检测脉冲宽度调制波形发生中断时的正弦波周期为奇次或者偶次。

3.  根据权利要求2所述的波形发生方法，其特征在于，所述四个绝缘栅双极型晶体管包括：第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第四绝缘栅双极型晶体管为相互对角设置，所述第二绝缘栅双极型晶体管与所述第三绝缘栅双极型晶体管为相互对角设置。

4.  根据权利要求3所述的波形发生方法，其特征在于，所述配置规则为：
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为奇次，且所述旋转电压矢量相位角位于0°至180°之间时，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第四绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为奇次，且所述旋转电 压矢量相位角位于180°至360°之间时，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第三绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为偶次，且所述旋转电压矢量相位角位于0°至180°之间时，设置所述第四绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为偶次，且所述旋转电压矢量相位角位于180°至360°之间时，设置所述第三绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管为常关。

5.  根据权利要求1所述的波形发生方法，其特征在于，在系统上电后，将正弦波脉冲宽度调制的周期奇偶变量和正弦波旋转电压矢量相位角进行初始化。

6.  根据权利要求5所述的波形发生方法，其特征在于，
将正弦波脉冲宽度调制的周期奇偶变量初始化为0；
将正弦波旋转电压矢量相位角初始化为0°。

单相H桥逆变器的波形发生方法
技术领域
本发明涉及电力控制领域，具体而言，涉及一种单相H桥逆变器的波形发生方法。
背景技术
目前单相异步电动机很少采用变频器驱动，即便有采用普通三相变频器去掉其中一相来驱动单相异步电动机，或者采用与三相输出变频器同样的波形发生方法来驱动单相异步电动机，这两种现有技术的波形发生方法均存在明显的缺陷，首先，为避免H桥的上下桥臂直通发生短路，上下桥臂的驱动波形中插入了死区时间，这样使得输出的电压波形发生畸变，与理想的正弦波脉冲宽度调制(PWM)波形有差异，并最终导致单相异步电动机的电流波形正弦度变差，含有较多的谐波分量，使得电机损耗增加，发热加重，影响电机的寿命。
而且，组成H桥的四只绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在一个脉冲宽度调制开关周期中均有一次开关动作，这样导致绝缘栅双极型晶体管发热严重，需要的散热器和冷却风扇均需加大，增加了产品的成本。
发明内容
本发明提供了一种单相H桥逆变器的波形发生方法，以解决现有技术中电机损耗高、单相H桥逆变器发热量大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种单相H桥逆变器的波形发生方法，所述单相H桥逆变器包括四个绝缘栅双极型晶体管，波形发生方法包括：系统上电；脉冲宽度调制波形发生中断后，将所述单相H桥逆变器的四个绝缘栅双极型晶体管根据配置规则进行设置，所述配置规则为：H桥中的其中一个绝缘栅双极型晶体管为常开，与之相对角的另外一个绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制，其他的两个 绝缘栅双极型晶体管为常关；所述四个绝缘栅双极型晶体管轮流进行脉冲宽度调制。
进一步地，在所述脉冲宽度调制波形发生中断后，还包括以下步骤：计算旋转电压矢量相位角；判断所述旋转电压矢量相位角是否大于360°，如果是，则用所述旋转电压矢量相位角的度数减去360°后，再赋值给所述旋转电压矢量相位角，直至所述旋转电压矢量相位角的度数小于或者等于360°；检测脉冲宽度调制波形发生中断时的正弦波周期为奇次或者偶次。
进一步地，所述四个绝缘栅双极型晶体管包括：第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第四绝缘栅双极型晶体管为相互对角设置，所述第二绝缘栅双极型晶体管与所述第三绝缘栅双极型晶体管为相互对角设置。
进一步地，所述配置规则为：
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为奇次，且所述旋转电压矢量相位角位于0°至180°之间时，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第四绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为奇次，且所述旋转电压矢量相位角位于180°至360°之间时，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第三绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为偶次，且所述旋转电压矢量相位角位于0°至180°之间时，设置所述第四绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管和所述第三绝缘栅双极型晶体管为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为偶次，且所述旋转电压矢量相位角位于180°至360°之间时，设置所述第三绝缘栅双极型 晶体管为脉冲宽度调制状态，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管为常开，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管和所述第四绝缘栅双极型晶体管为常关。
进一步地，在系统上电后，将正弦波脉冲宽度调制的周期奇偶变量和正弦波旋转电压矢量相位角进行初始化。
进一步地，将正弦波脉冲宽度调制的周期奇偶变量初始化为0；将正弦波旋转电压矢量相位角初始化为0°。
应用本发明的技术方案，在脉冲宽度调制波形发生中断的情况下，对组成H桥逆变器的4个IGBT轮流进行脉冲宽度调制(即，PWM调制)，而且任一时刻只有一个IGBT进行PWM调制，IGBT进行PWM调制时均会产生开关损耗，而且开关损耗远大于导通损耗，本发明的波形发生方法与现有技术相比开关次数减少了四分之三，因此功率损耗也大约减少了四分之三，而且，4个IGBT平均承担功率损耗，不会产生热应力集中的现象。而且，这样调制可以不插入死区时间，让逆变器输出的电压波形尽可能的接近理想的正弦PWM波形。
因此，本波形发生方法可以改善单相H桥逆变器输出电压波形的品质、减少输出电压谐波含量，从而降低电机的温度升高，还可以大大降低IGBT的开关损耗，并且4个IGBT平均承担功率损耗，大大降低功率管IGBT的温度升高，提高单相H桥逆变器的可靠性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的单相H桥逆变器的波形发生方法的流程示意图；
图2是本发明另一个实施例的单相H桥逆变器的波形发生方法的流程示意图；
图3是本发明实施例的H桥逆变器的组成电路示意图；
图4是脉冲宽度调制波形发生时序及逆变器输出电压波形示意图；
图5是现有技术波形发生方法驱动单相异步电动机40Hz运行时的电流波形示意图；
图6是本发明的波形发生方法驱动单相异步电动机40Hz运行时的 电流波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
参见图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种单相H桥逆变器的波形发生方法，所述单相H桥逆变器包括四个绝缘栅双极型晶体管(绝缘栅双极型晶体管，即IGBT)，本实施例的波形发生方法包括如下步骤：
S10：系统上电，系统为控制电机运转系统；
S20：脉冲宽度调制波形发生中断后，将所述单相H桥逆变器的四个绝缘栅双极型晶体管根据配置规则进行设置，所述配置规则为：
H桥中的其中一个绝缘栅双极型晶体管为常开，与之相对角的另一个绝缘栅双极型晶体管为脉冲宽度调制，其他的两个绝缘栅双极型晶体管为常关；所述四个绝缘栅双极型晶体管轮流进行脉冲宽度调制。
需要特别说明的是，由于本发明提供的波形发生方法是输出使电机运转的电压波形，所以在配置规则中，一定是使在驱动电路中对角设置的两个IGBT导通，而这一设置也是本领域的常识，而四个IGBT配置中，不能输出使单相电机运转的电压波形的配置方案，不属于本方案。
本发明实施例的波形发生方法，在脉冲宽度调制波形发生中断的情况下，对组成H桥逆变器的4个IGBT轮流进行脉冲宽度调制(即，PWM调制)，而且任一时刻只有一个IGBT进行PWM调制，IGBT进行PWM调制时均会产生开关损耗，而且开关损耗远大于导通损耗，本发明的波形发生方法与现有技术相比开关次数减少了四分之三，因此功率损耗也大约减少了四分之三，而且，4个IGBT平均承担功率损耗，不会产生热应力集中的现象。而且，这样调制可以不插入死区时间，让逆变器输出的电压波形尽可能的接近理想的正弦PWM波形。
因此，本波形发生方法可以改善单相H桥逆变器输出电压波形的 品质、减少输出电压谐波含量，从而降低电机的温度升高，还可以大大降低IGBT的开关损耗，并且4个IGBT平均承担功率损耗，大大降低功率管IGBT的温度升高，提高单相H桥逆变器的可靠性。
本发明还提供了一种优选地的实施例，参见图2，本实施例单相H桥逆变器的波形发生方法中，所述单相H桥逆变器包括四个绝缘栅双极型晶体管(绝缘栅双极型晶体管，即IGBT)，所述四个绝缘栅双极型晶体管包括：第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第三绝缘栅双极型晶体管Q3和第四绝缘栅双极型晶体管Q4，所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1与所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4为相互对角设置，所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2与所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3为相互对角设置，需要说明的是：所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1与所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4为相互对角设置为电路图中的相互对角位置，参见图3所示，而且这种电路中对角设置在H桥电路中属于公知常识，此处不再赘述。
本实施例的单相H桥逆变器的波形发生方法包括以下步骤：
S11：系统上电，将正弦波脉冲宽度调制的周期奇偶变量uiPWMCount和正弦波旋转电压矢量相位角uiTheta进行初始化；
在所述脉冲宽度调制波形发生中断后，还包括以下步骤：
S21：计算旋转电压矢量相位角uiTheta；
S22：判断所述旋转电压矢量相位角uiTheta是否大于360°，如果是，则运行步骤S221：用所述旋转电压矢量相位角uiTheta的度数减去360°后，再赋值给所述旋转电压矢量相位角uiTheta，并再次执行步骤S22，直至所述旋转电压矢量相位角uiTheta的度数小于或者等于360°后，执行以下步骤；
S23：检测脉冲宽度调制波形发生中断时的正弦波周期为奇次或者偶次。
S24将所述单相H桥逆变器的四个绝缘栅双极型晶体管根据配置规则进行设置；
所述配置规则为：
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为奇次，且所述旋转电压矢量相位角uiTheta位于0°至180°之间时，设置所述第一绝缘栅 双极型晶体管Q1为脉冲宽度调制状态，设置所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4为常开，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2和所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为奇次，且所述旋转电压矢量相位角uiTheta位于180°至360°之间时，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2为脉冲宽度调制状态，设置所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3为常开，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1和所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为偶次，且所述旋转电压矢量相位角uiTheta位于0°至180°之间时，设置所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4为脉冲宽度调制状态，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1为常开，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2和所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3为常关；
所述脉冲宽度调制波形发生中断时的周期为偶次，且所述旋转电压矢量相位角uiTheta位于180°至360°之间时，设置所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3为脉冲宽度调制状态，设置所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2为常开，设置所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1和所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4为常关。
进一步优选地，在步骤S11中，将正弦波脉冲宽度调制的周期奇偶变量uiPWMCount初始化为0，将正弦波旋转电压矢量相位角uiTheta初始化为0°。
本实施例为进一步优选的实施例，技术效果与上述实施例的效果相同，此处不再赘述。
参见图3，为上述实施例的H桥逆变器的组成电路，组成电路中包括DSP数字处理器10、IGBT驱动电路20、以及H桥变频器，该组成电路为现有技术常用的组成电路。参见图4，为PWM波形发生时序及逆变器输出电压波形示意图。图5显示的为现有技术波形发生方法驱动单相异步电动机40Hz运行时的电流波形，图6示出的本发明上述实施例的波形发生方法驱动单相异步电动机40Hz运行时的电流波形，比较图5和图6可以明显看出，本发明的上述实施例的电流波形更接近理想的正弦波PWM波形，这种电流波形含有非常少的谐波分量， 所以减少了电机的损耗。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。