一.课题背景简介

由于全球能源越来越紧张，如何提高单相电机的调速性能，以节约能源和减少对电网的谐波污染，已经成为当今研究的热点之一。单相异步电机由于其牢固耐用、结构简单、成本低廉、维修方便等优点，从而广泛应用在家用电器、小功率机床、汽车电器等方面，是世界上应用最广泛的电机之一。传统的带有分相电容的单相电机，由于运行电容的影响，在非额定情况下调速性能受到很大的影响，所以去除电容，将单相异步电机变为两相异步电机，并使它与电力电子技术相结合，进行变频调速技术的研究是当今的主流。

二.变频调速技术的发展以及国内外研究现状

传统交流调速技术方法存在调速精度差、效率低、调速范围小等等缺点，目前，用交流调速系统取代直流调速系统在许多领域成为一种趋势，从数控机床和机器人用的小功率伺服电机到上万千瓦的重型机械主传动，都采用了交流调速技术。

交流电机调速方法可分为两大类：变同步速调速和变滑差调速。变频调速是其中最有效的调速方式， 变频调速是一种改变电机定子供电频率来实现改变电机同步转速的交流调速方法。变频调速系统目前广泛应用的是转速开环恒压频比控制的调速系统，也称为恒V/F控制。其控制系统结构简单、成本低，适用于风机、水泵等对调速系统动态性能要求不高的场合。

异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，对其最有效的控制首推20世纪70年代提出的矢量控制技术。1971年，德国西门子公司的F.Blaschke等提出的”感应电动机磁场定向的控制原理”和美国的P.C.Custman和 A.A.Clark申请的专利”感应电动机定子电压的坐标变换控制”，经过不断的实践和改进，形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速系统。其原理是利用坐标变换技术，实现定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，在理论上使得交流电机与直流电机一样分别对励磁分量和转矩分量进行独立的控制，从而得到象直流电机一样的动态性能。德国鲁尔大学Depenbrock教授1985年首先提出异步电动机直接转矩控制方法（DTC）。直接转矩控制不需要解耦电动机模型，强调对电动机的转矩进行直接控制。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，让电机的磁链矢量沿六边形运动。日本学者Yoshihiyo Moral又提出了让电动机的磁链矢量基本上沿圆形轨迹运动的磁通轨迹控制原理。应用这种理论，可以方便地直接控制电动机的转矩和转矩的增长率，从而获得快速的动态响应。直接转矩控制方法是现在异步电机控制研究的热点之一。

两相电机变频调速的研究在国内的开展还比较少，仅有少数高校如浙江大学、福州大学等单位，做了一些理论上的研究工作，研究内容的深度和广度均与国外有相当大的差距。总的来看，两相电机变频调速技术在国内外虽然已经在不断的研究中，但是有些问题还没有得到完全解决，特别是高性能两相电机调速控制取得的进展非常有限。对两相电机变频调速技术的研究到现在还基本处于理论研究和实验开发阶段，尚未形成实用化的成熟产品。

三. 研究方向：两相电机拓扑结构和控制策略