專利名稱：用于測量由正弦交流電壓供電的通用電機(jī)電功率的方法和設(shè)備的制作方法
用于測量由正弦交流電壓供電的通用電機(jī)電功率的方法和
設(shè)備本發(fā)明涉及一種用于測量由正弦交流電壓供電的通用電機(jī)電功率的方法和電子 設(shè)備。為了減少生產(chǎn)成本，一些諸如洗衣機(jī)的電子家用電器，被配備有被稱為“通用，，電 機(jī)的制品，其具有如下重要優(yōu)點(diǎn)通過使用雙向晶閘管(Triac)的特別簡單、低成本電源電 路提供交流電流供電，但同時(shí)提供像直流電機(jī)的相似性能，即，高啟動(dòng)扭矩、體積小、高轉(zhuǎn)速寸。應(yīng)當(dāng)指出，在此使用的術(shù)語“通用”指示可以根據(jù)直流和交流電流操作的繞線定子 電機(jī)。電機(jī)的交變電流操作通過如下的事實(shí)而成為可能，由于電源電路，在電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子 中的電流被同時(shí)轉(zhuǎn)換以及相對磁場以相同方式工作，生成相同類型的引力或斥力。眾所周知，電器的某些操作參數(shù)必須被測量以允許對電器工作進(jìn)行直接電子控 制。更具體地，最新的洗衣機(jī)通常包括控制電機(jī)的控制設(shè)備，該控制設(shè)備通過逐時(shí)刻調(diào)節(jié)電 機(jī)速度去抵消，例如，在快速旋轉(zhuǎn)周期期間在洗衣桶中衣物造成的任何不平衡，并因此降低 電器的移動(dòng)和/或噪音水平?？刂圃O(shè)備的處理基本上基于確定力學(xué)量，諸如電機(jī)的速度和扭矩。更具體地，電機(jī) 的速度被安裝到驅(qū)動(dòng)軸的速度傳感器“直接”確定，而機(jī)械扭矩則通過處理電參數(shù)，諸如電 機(jī)的平均電功率而被“間接”確定。為了計(jì)算電功率，許多控制設(shè)備計(jì)算單元使用的方法基本上包括在每個(gè)時(shí)期提供 給電機(jī)的電流和電壓的時(shí)間圖的完全重建，以及雖然能相當(dāng)準(zhǔn)確地確定平均電功率，但是 具有特別需要復(fù)雜且昂貴并因此極大地增加了電器總生產(chǎn)成本的帶有高頻率采樣速率能 力的高計(jì)算能力單元的缺點(diǎn)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種借助少數(shù)量操作來測量通用電機(jī)的平均電功率的 方法，其因此可由簡單、低成本的計(jì)算單元執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種如在權(quán)利要求1和優(yōu)選但非必需地在直接或間接引用權(quán) 利要求1的任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的確定通用電機(jī)的平均電功率的方法。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種如在權(quán)利要求7和優(yōu)選但非必需地在直接或間接引用 權(quán)利要求7的任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的用于確定電子家用電器的通用電機(jī)電功率的電 子設(shè)備，。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種如在權(quán)利要求8中所述的電子家用電器。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種如在權(quán)利要求9中所述的軟件產(chǎn)品。本發(fā)明非限制性實(shí)施例將通過參考附圖的例子進(jìn)行描述，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，包括通用電機(jī)和用于確定電機(jī)電功率的電子設(shè)備的 電子家用電器的部分透視截面圖，為了清楚移除了 一些部分。圖2示意性示出圖1電子家用電器的控制電路；圖3示出通過控制電路供給通用電機(jī)交流電壓和電流的時(shí)間圖例子；圖4示出通過電子設(shè)備執(zhí)行以計(jì)算圖1中通用電機(jī)電功率操作的流程圖。
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在圖1中的數(shù)字1指示為整個(gè)電子家用電器，特別是家用洗衣機(jī)，其基本上包括優(yōu) 選但非必需地平行六面體形狀的外殼2 ；和洗衣桶3，其安裝在外殼2中以關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸A自 由旋轉(zhuǎn)，并直接朝向形成在外殼2殼壁中的衣物裝入/取出開口。電器1還包括輸出軸連接到洗衣桶3并借助傳送系統(tǒng)使其關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸A旋轉(zhuǎn)的通 用電機(jī)4 ；和用于通過調(diào)節(jié)它的供給電流來控制通用電機(jī)4速度的控制電路5。更具體地，參考圖2的例子，通用電機(jī)4具有連接到電力電源6以接收正弦交流電 壓V(t)的第一和第二電子端子4a、4b;以及控制電路5包括雙向可控硅(SCR) 二極管，諸 如雙向晶閘管7，用于調(diào)節(jié)供給電機(jī)4的電流I (t)。在圖2的例子中，雙向晶閘管7基本上包括三個(gè)端子，其中兩個(gè)7a和7b被定義為 其陽極并被各自連接到電機(jī)的第二端子4b和電源6的一條線路，并且三個(gè)端子中的第三個(gè) 端子7c被定義為其柵極(gate)，并被提供用于開啟偏置雙向晶閘管7的控制信號(hào)Scom。雙 向晶閘管7的操作是已知的，并因而沒有詳細(xì)描述?？刂齐娐?還包括電流探測設(shè)備8，例如圖2中的分流器，其被連接在雙向晶閘管 7和電源6的一條線路之間以提供指示供給電機(jī)4瞬時(shí)電流值的輸出信號(hào)I⑴；和速度測 量設(shè)備9，例如速度計(jì)發(fā)電機(jī)，其位于電機(jī)4的輸出軸并提供指示通用電機(jī)4的角速度的輸
出信號(hào)?？刂齐娐?還包括具有優(yōu)選但非必需地通過電流信號(hào)放大器11連接到電流探測 設(shè)備8輸出的第一輸入端子的過零模塊10 ；和輸出端子，其提供指示供給電機(jī)4的交流電 流I(t)是0:I(t) =0(圖3)的時(shí)刻的過零信號(hào)Stzc。關(guān)于圖2，控制電路5還包括用于計(jì)算電機(jī)4功率的計(jì)算單元12，其包括優(yōu)選但非 必需地通過電壓放大器13連接到電源6兩條線路的輸入端子12a，來接收供給電機(jī)4的電 壓V(t)；連接到過零模塊10的輸出以接收過零信號(hào)Stzc的輸入端12b ；連接到電流放大器 11的輸出以接收信號(hào)I(t)的輸入端12c ；以及提供供給給電機(jī)4的電功率平均值Pe的輸 出端12d?？刂齐娐?還包括控制單元15，其用于控制電機(jī)4和生成控制信號(hào)Scom，該控制 信號(hào)根據(jù)電機(jī)4需要的速度在電機(jī)4的控制期間開啟雙向晶閘管7。圖4示出被計(jì)算單元12使用以確定提供給電機(jī)4電功率平均值的方法。更具體地，從雙向晶閘管7被開啟的時(shí)刻ton(圖3)到雙向晶閘管7被關(guān)閉從而 切斷供給電機(jī)4電流的時(shí)刻toff，在正弦電壓V(t)的每半周期T/2期間進(jìn)行測量。首先，該方法提供采樣電壓V(t)(塊100)以確定供給電機(jī)4電壓的峰值Vmax。接著該方法確定電流從零值經(jīng)過到不同于零的值的起始時(shí)刻ton(塊110)。更具 體地，起始時(shí)刻ton可以相應(yīng)于控制電機(jī)4的控制單元15開啟晶閘管7的時(shí)刻，即供給電 機(jī)4的端子4a和4b的電流I⑴從零值經(jīng)過到不同于零的值的時(shí)刻。在這時(shí)，借助于電流探測設(shè)備8，該方法在起始時(shí)刻ton和最終時(shí)刻toff之間的中 間時(shí)刻tin采樣電流I⑴的值Ic。更具體地，在圖3的例子中，中間時(shí)刻tin相應(yīng)于電壓V(t)假定為零值以及電流 I (t)常規(guī)上假定為大約在它的最大峰值Imax的值Ic的過零時(shí)刻(塊120)。在這時(shí)，該方法確定在半周期T/2內(nèi)電流從不同于零的值經(jīng)過到零值的最終時(shí)刻 toff (塊130)。通過檢查例如由過零模塊10提供的過零信號(hào)Stzc，當(dāng)雙向晶閘管7被完全
4關(guān)閉時(shí)，最終時(shí)刻toff可以被確定。在這時(shí)(塊140)，該方法估計(jì)與在起始時(shí)刻ton和最終時(shí)刻toff之間的時(shí)間間隔 內(nèi)由雙向晶閘管7供給電機(jī)4的電流I (t)的實(shí)時(shí)圖相近似的擬合電流時(shí)間圖f(t)。該估 計(jì)的擬合電流時(shí)間圖在起始時(shí)刻ton和最終時(shí)刻toff具有零電流值，并且在中間時(shí)刻tin 具有與采樣電流值Ic相等的電流值。在這個(gè)階段，該方法由此估計(jì)由擬合電流時(shí)間圖f (t)定義的波形，其指示供給電 機(jī)4的電流圖I (t)，其在時(shí)刻ton和toff具有零值并在中間時(shí)刻tin具有采樣值Ic。更具體地，與擬合電流時(shí)間圖相關(guān)的函數(shù)f(t)常規(guī)上可以相應(yīng)于例如具有通過 在時(shí)刻ton、tin和toff的電流值I (t)相關(guān)的三個(gè)點(diǎn)的拋物線時(shí)間圖的二次函數(shù)。更具體地，并例如，一旦與實(shí)電流時(shí)間圖相關(guān)的三個(gè)點(diǎn)被確定，即Pl (ton，I(t)= 0)，P2(tin，I(t) = Ic)和P3(toff，I(t) = 0)，那么通過這三個(gè)點(diǎn)的單個(gè)拋物線曲線能夠 被確定。在這個(gè)階段，借助于在中間時(shí)刻tin實(shí)際上供給電機(jī)4的電流I (t)的單個(gè)采樣操 作，該方法因而能確定例如與實(shí)際上供給電機(jī)4的電流I (t)的時(shí)間圖相近似的函數(shù)f(t) 定義的拋物曲線(如圖3中虛線所示)。在這時(shí)，該方法根據(jù)預(yù)先確定的等式Pe (Vmax，Ic)，基于電壓Vmax、采樣電流Ic、 ton、toff、tin來計(jì)算平均電功率Pe。應(yīng)該指出，該預(yù)先確定的等式Pe (Vmax，Ic)可以通過根據(jù)如下等式求瞬時(shí)電功率 p(t)的積分而得到
2 ">ff 2 wffPe(V max,Ic) = ~ | P(t)dt = - JV⑴.I(t). dta)
T t。nT t。n其中P(t)是瞬時(shí)電功率，并且它通過電流I (t)與電壓V(t)相乘而得到。應(yīng)該指出，平均電功率Pe可以通過使V(t)近似于與在ton與toff之間部分 的圖對應(yīng)的基本上線性的函數(shù)g(t)而有利地得到。瞬時(shí)功率P(t)因而可以根據(jù)等式 P(t)sg(t)'f(t)而確定，并得到下面的關(guān)系
2'offPe(V max, Ic)=— \g{t).f{t)-dtb)
ton求解上述等式Pe (Vmax，Ic)，并基于起始時(shí)刻ton、最終時(shí)刻toff、中間時(shí)刻tin、 采樣值Ic和Vmax，該方法能確定平均電功率。在確定了由擬合電流時(shí)間圖f(t)定義的波形 后，因而可以求解上述等式b)Pe(VmaX，Ic)，從而得到單獨(dú)作為電壓值Vmax、采樣電流Ic、 torutoff和tin的函數(shù)用于計(jì)算電功率平均值Pe的簡單公式。在估計(jì)由擬合電流時(shí)間圖 f(t)定義的波形后，因而可以確定求解Pe(Vmax，Ic)的公式，其由計(jì)算單元12執(zhí)行并單獨(dú) 作為峰值電壓Vmax、采樣電流Ic、ton、toff和tin的函數(shù)提供確定平均電功率Pe。為了更準(zhǔn)確地測量平均電功率，在間隔ton和toff之間執(zhí)行的采樣操作數(shù)量也明 顯地比1大但比10小，以便于維持計(jì)算單元12執(zhí)行的有限操作數(shù)量。一旦電功率平均值Pe被確定，借助于已知的沒有詳細(xì)描述的算法，該方法可以有 利地確定電機(jī)的其他機(jī)械參數(shù)，諸如機(jī)械動(dòng)力、扭矩或慣量，以及處理它們?nèi)タ刂评缦匆?機(jī)的不平衡。
已描述的設(shè)備和方法具有極其簡單因而便宜地去執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)。更具體地，該方法 提供借助于基本上包括在半周期內(nèi)對供給電機(jī)電流的僅僅一個(gè)采樣操作的電流近似值而 確定電功率平均值，以及同時(shí)在半周期內(nèi)確定兩個(gè)零電流時(shí)刻。假設(shè)包括低采樣速度，因而 僅有適度計(jì)算能力的極其簡單因而成本低的計(jì)算單元可以被使用。當(dāng)直接計(jì)算瞬時(shí)功率 時(shí)，通過在所考慮的ton-toff間隔內(nèi)交流電壓時(shí)間圖的線性近似，這也變得可行。明顯地，可以對在此描述的設(shè)備、方法和電子家用電器1進(jìn)行改變，而不脫離在附 隨的權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種測量通過切換裝置(7)連接到電子電力電源(6)的通用電機(jī)(4)的電功率的方法；所述電子電力電源(6)將基本上正弦的交流電壓(V(t))提供給所述電機(jī)(4)；在所述電壓(V(t))的每半周期，所述切換裝置(7)在第一時(shí)刻(ton)被開啟并在第二時(shí)刻(toff)被關(guān)閉，其被建立為提供給所述電機(jī)(4)的電流(I(t))的函數(shù)；以及所述方法特征在于包括步驟在所述第一和所述第二時(shí)刻之間的至少第三時(shí)刻(tin)，采樣提供給所述電機(jī)(4)的電流(I(t))以確定相應(yīng)的采樣電流值(Ic)；估計(jì)在所述第一(ton)和所述第二(toff)時(shí)刻具有零電流值的擬合電流時(shí)間圖(f(t))，以及電流值(I(tin))等于在所述至少第三時(shí)刻(tin)的所述采樣電流值(Ic)；基于該估計(jì)的所述擬合電流時(shí)間圖(f(t))來計(jì)算所述電功率平均值(Pe)；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少第三時(shí)刻(tin)相應(yīng)于所述電壓(V(t))具 有零值的時(shí)刻。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，并且包括測量所述電壓(V(t))的峰值(Vmax)的步馬聚ο
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述電功率平均值(Pe)基于所述擬合電流時(shí)間圖 (f(t))和所述電壓(V(t))的峰值(VMax)被計(jì)算。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述擬合電流時(shí)間圖(f(t))相應(yīng)于多項(xiàng) 式函數(shù)。
6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述切換裝置(7)至少包括一個(gè)雙向晶閘管。
7.一種用于測量通過切換裝置(7)連接到電子電力電源(6)的通用電機(jī)⑷的電功率 的電子設(shè)備(12)；所述電子電力電源(6)將基本上正弦的交流電壓(V(t))提供給所述電 機(jī)(4)；在所述電壓(V(t))的每半周期，所述切換裝置(7)在第一時(shí)刻(ton)被開啟并在 第二時(shí)刻(toff)被關(guān)閉，其被建立為提供給所述電機(jī)(4)的電流(I(t))的函數(shù)；以及所述 電子設(shè)備特征在于包括執(zhí)行如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述方法的計(jì)算裝置。
8.一種包括外殼(2)、被安裝在外殼(2)內(nèi)關(guān)于縱向旋轉(zhuǎn)軸(A)自由旋轉(zhuǎn)的洗衣桶 (3)、以及用于使所述洗衣桶(3)關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸㈧旋轉(zhuǎn)的通用電機(jī)⑷的電子家用電 器；所述通用電機(jī)通過切換裝置(7)連接到電子電力電源(6)；所述電子電力電源(6)將基 本上正弦的交流電壓(V(t))提供給所述通用電機(jī)⑷；在所述電壓(V(t))的每半周期，所 述切換裝置(7)在第一時(shí)刻(ton)被開啟并在第二時(shí)刻(toff)被關(guān)閉，其被建立為提供給 所述電機(jī)(4)的電流(I(t))的函數(shù)；以及所述電子家用電器特征在于包括如權(quán)利要求7所 述的用于測量所述通用電機(jī)(4)的電功率的電子設(shè)備(12)。
9.一種可裝載入電子計(jì)算裝置(12)的存儲(chǔ)器并當(dāng)被執(zhí)行時(shí)被設(shè)計(jì)為實(shí)施如權(quán)利要求 1-6中任一項(xiàng)所述方法的軟件產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量由正弦交流電壓供電的通用電機(jī)電功率的方法和設(shè)備。一種測量通過雙向晶閘管(7)連接到電子電力電源(6)以及被提供正弦交流電壓(V(t))的通用電機(jī)(4)的電功率的方法，該方法確定提供給電機(jī)(4)的電流(I(t))從零值經(jīng)過到非零值的第一(ton)時(shí)刻和第二(toff)時(shí)刻；測量在第一(ton)時(shí)刻和第二(toff)時(shí)刻之間的第三時(shí)刻供給電機(jī)(4)的電流；確定近似電流(I(t))的實(shí)時(shí)圖的擬合電流時(shí)間圖(f(t))，并且其在第一(ton)時(shí)刻和第二(toff)時(shí)刻具有零值，電流值等于在第三時(shí)刻(tin)的采樣電流；以及基于擬合電流時(shí)間圖(f(t))來計(jì)算平均電功率。
文檔編號(hào)G06F7/544GK101939654SQ200880126390
公開日2011年1月5日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月6日
發(fā)明者F·阿爾特尼爾, M·佐爾丹, T·吉羅圖 申請人:伊萊克斯家用產(chǎn)品股份有限公司