專利名稱：用于控制導通角的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制單相交流電動機的導通角的方法。
當今，電動機已經(jīng)能夠通過電子控制而運行，在很大程度上已不再依賴于電網(wǎng)頻率，然而，在使用高度集成的電子開關(guān)電路的情況下，變頻電子技術(shù)本身卻造成了很高的費用，常常同電動機的費用相當。因此人們一直試圖獲取一種可廉價制造并使電動機高效運行的控制系統(tǒng)，其特別用于中小功率的電動機中，比如200瓦以下的電動機。由此，由于其高效率而特別適用永磁電動機，在該電動機上設(shè)置有由三端雙向可控硅開關(guān)元件構(gòu)成的作為功率開關(guān)的控制電路。這種三端雙向可控硅開關(guān)元件設(shè)置為單個電動機繞組的開關(guān)，其優(yōu)點是可以廉價地制造，但它也有不足，在一般的控制中，它是一個自保持開關(guān)，即它在接通電流之后，只有在流過它的電流為零時，也就是在轉(zhuǎn)向時，才能重新截止。
專利DE 35 07 883提出了一種借助三端雙向可控硅開關(guān)元件控制無刷電動機的方法，在該方法中借助相位控制將電網(wǎng)電壓加到電動機定子繞組的子繞組上，但轉(zhuǎn)數(shù)只能控制在同步轉(zhuǎn)數(shù)以下，而且是固定的轉(zhuǎn)數(shù)，不能自由選擇。
專利DE 35 17 570 A1也提出了一種控制無刷電動機的方法，其同樣借助三端雙向可控硅開關(guān)元件暫時將電網(wǎng)電壓施加到電動機繞組的反向的子繞組上，這樣便可以控制該電動機的轉(zhuǎn)數(shù)，通過產(chǎn)生反向的磁極，轉(zhuǎn)數(shù)可以超過同步轉(zhuǎn)數(shù)。從而轉(zhuǎn)數(shù)可以達到同步轉(zhuǎn)數(shù)的幾倍，但只能是同步轉(zhuǎn)數(shù)的整數(shù)倍。
同樣還公知有借助三端雙向可控硅開關(guān)元件這樣控制交流電動機的方法，該電動機不僅可以同步運行，而且還可以大于或小于同步轉(zhuǎn)數(shù)運行。由此開辟了迄今為止能夠通過高費用的變頻電路控制轉(zhuǎn)數(shù)的單向交流電動機的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。
但是相位控制還不能達到使電動機啟動可靠、運行安靜、以及使用高效，并且不能避免由于定子的高磁場對轉(zhuǎn)子磁體所造成的不允許的損傷。專利文獻DE 195 34 423 A1對該問題進行了說明。其給出了解決該問題的建議，即設(shè)置傳感器來測量轉(zhuǎn)子的磁場，并借助相位控制，根據(jù)磁場傳感器信號將交流電壓施加到電動機的定子繞組上進而接通電流，以產(chǎn)生在轉(zhuǎn)動方向上的力矩，這樣就可以限制電流，從而在定子中不產(chǎn)生不希望有的高磁場。
該方法的缺點是，至少需要一個磁場傳感器來獲取轉(zhuǎn)子的位置，由此通過下述方式實現(xiàn)電流限制，即對電流和電壓進行測量并積分，還使電流和電壓同相應(yīng)的轉(zhuǎn)子或者磁體的位置相匹配。
在上述背景下，本發(fā)明的目的在于提供一種借助至少一個自保持電子開關(guān)控制單向交流電動機的導通角的方法，該自保持電子開關(guān)設(shè)置于電網(wǎng)電壓和至少一個電動機繞組之間，該控制技術(shù)可以通過簡單的手段來實現(xiàn)，并能達到可靠、快速地啟動，且以可自由選擇的恒定轉(zhuǎn)數(shù)安靜高效地運行。由此，在電動機上不裝機械傳感器時，該方法仍可實現(xiàn)。
該目的是根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1中的特征來實現(xiàn)的，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式將在從屬權(quán)利要求及隨后的說明和圖示中給出。
本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，在權(quán)利要求1中根據(jù)a)至f)所給出的導通規(guī)則，該規(guī)則可以選擇性地或優(yōu)選組合使用，從而能夠可靠和最佳化地啟動電動機，并使用簡單的方法控制電動機以幾乎任意的轉(zhuǎn)數(shù)安靜并高效地運行。所述導通規(guī)則可以通過角度觀察、或供電電壓的過零點以及與轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度相應(yīng)的數(shù)值大小之間的時間測量來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，首先特別安裝了自保持電子開關(guān)，例如三端雙向可控硅開關(guān)元件，其價格比較適宜，同時也特別考慮到了存在的相關(guān)電路技術(shù)問題(自保持)。
實施本方法所需要的傳感器可以是純電子的，并由此構(gòu)成控制/調(diào)節(jié)的一部分。
為了確保接通電流的繞組不被電壓所損傷，其中該電壓通常是由與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的作用力矩產(chǎn)生的，是在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓，即EMK(電磁力；英語，EMF＝Electromagnetic Force)，該電壓應(yīng)當被求得，并由此考慮做到，只有在供電電壓具有與EMK相同的數(shù)值符號的時候，才可使該繞組通電(規(guī)則a)。
當在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓(EMK)不僅同供電電壓具有相同的數(shù)值符號而且其數(shù)值小于該供電電壓時，才可優(yōu)先接通該繞組(規(guī)則b)。
另一個基本的導通規(guī)則是，在預(yù)定的角度范圍內(nèi)，并且只有在感應(yīng)電壓和供電電壓具有相同的數(shù)值符號時，才可將供電電壓施加到該繞組上，其中該角度間隔是通過對在接通電流的繞組內(nèi)的感應(yīng)電壓(EMK)的過零點進行計算而得到的(規(guī)則c)。
最后一個基本的導通規(guī)則是，基于EMK信號的歷史過程，當供電電壓的過零點趕在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓(EMK)的預(yù)期到來的過零點之前，并在相同的數(shù)值符號變換下時，才可接通繞組。該過程意味著，當EMK信號由正向負的過零點滯后供電電壓由正向負的過零點時，或者當都移相180°觀察到的過零點是從負向正，這時才可接通該繞組。因為該導通規(guī)則只有在根據(jù)導通規(guī)則事先給定導通時間點后才能準確地確定導通規(guī)則，因此為了實際的應(yīng)用，必須要從EMK信號的歷史過程中確定預(yù)期到來的過零點，使該規(guī)則的應(yīng)用成為可能。顯然，其能夠獲得EMK信號的預(yù)期到來的過零點的準確性，并隨轉(zhuǎn)數(shù)接近恒定轉(zhuǎn)數(shù)而提高。因此該導通規(guī)則特別適用于進行恒定轉(zhuǎn)數(shù)的控制(規(guī)則d)。
上述的導通規(guī)則還可以進一步被細化為只有一個導通，即用三端雙向可控硅開關(guān)元件接通供電電壓與已接通的繞組的連接，從而在已接通的繞組中感應(yīng)的電壓(EMK)和供電電壓之間的角度取一預(yù)先確定值。該導通規(guī)則特別適用于進行恒定轉(zhuǎn)數(shù)的控制(規(guī)則e)，其中不需要超速，因此不必全部使用按規(guī)則d給出的導通范圍。
接通時間點的另一種選擇也是有益的，在接通繞組中的電流為零時的時間點至在該繞組中感應(yīng)的電壓為零的時間點之間的角度，相應(yīng)于位于感應(yīng)電壓前面的過零點和實際的導通時間點之間的角度或該角度的0.5至2倍，該導通規(guī)則特別適宜于進行恒定轉(zhuǎn)數(shù)的控制，并且也考慮到對供電電壓信號曲線的影響，將導致該繞組的對稱接通(規(guī)則f)。同規(guī)則e相比，該規(guī)則f要求更高的計算容量。
在考慮到一個或最好是多個上述條件時，電動機將會順利地啟動并能以任意轉(zhuǎn)數(shù)高效地運行，并且其借助一個調(diào)節(jié)電路便可以以任意轉(zhuǎn)數(shù)進行控制。因此本發(fā)明的導通方法還可以保證電動機非常安靜地運行，該優(yōu)點使該電動機特別適宜于用在暖氣循環(huán)泵領(lǐng)域，因為電動機的噪聲通過管網(wǎng)幾乎毫無衰減地被傳導。
如果根據(jù)導通規(guī)則e，依據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)對每個相位單獨地選擇角度是非常有益的，因為幾何位移的角度必須同另外的相位相匹配。
優(yōu)選地，根據(jù)導通規(guī)則c和d，應(yīng)用于從低于同步轉(zhuǎn)數(shù)向高速運行(在電動機啟動或在低于同步轉(zhuǎn)數(shù)范圍中加速時)，為此只有在接通的繞組中感應(yīng)的電壓相對過零點位于一預(yù)定角度范圍內(nèi)，感應(yīng)電壓和供電電壓具有相同的數(shù)值符號以及供電電壓的過零點位于在接通的繞組中感應(yīng)的電壓的預(yù)期到來的過零點之前，并具有相同的信號方向時，才可接通該繞組。對于高于同步轉(zhuǎn)數(shù)的運行，也就是電動機在超過同步轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)加速到一個希望的超同步轉(zhuǎn)數(shù)，相比較應(yīng)用導通規(guī)則d是有益的，因為該規(guī)則可以阻止偶爾出現(xiàn)的制動力矩。而對于恒速運行的電動機，選擇導通規(guī)則e是有益的，因為其可以保證電動機在最大效率的情況下能特別安靜和穩(wěn)定地運行。
在本發(fā)明的方法中，有益的是，可以獲得在一個繞組中感應(yīng)的電壓，特別是該電壓的過零點，甚至是在切斷供電電壓的時候?？蛇x擇的，也可以考慮轉(zhuǎn)子的位置而算出該數(shù)值。
在本發(fā)明的方法中，測量數(shù)值的獲得，特別是在與電網(wǎng)分離的繞組中的EMK可以通過技術(shù)上相對簡單的方法得到，確定繞組是否處于無電流狀態(tài)下，并且隨后通過接通的測量裝置測量在繞組上的電壓差來獲得EMK。確定為無電流狀態(tài)的情況將在后面做進一步說明。對于一種情況要獲得過零點，這在測量技術(shù)上是毫無問題的，因為只用確定極性的轉(zhuǎn)換而不需要確定具體的數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明進一步的實施方式，為了能夠控制導通角，要求獲得在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓，以便確定該電壓值是否小于供電電壓值。該電壓也可以通過下面的簡單方法來獲得，即測量開關(guān)上的電壓，要確定其EMK的繞組接在電網(wǎng)上或同電網(wǎng)分離。因為在該開關(guān)的一邊是供電電壓而另一邊是繞組的感應(yīng)電壓(EMK)，所以測量中將給出在開關(guān)上的電壓差，從而該測量就實現(xiàn)了對于本發(fā)明方法中僅僅需要求的對數(shù)值符號值的確定，這表明，根本不需要獲得電壓的數(shù)值，而只需要在該處給出電壓差的數(shù)值符號，其在測量技術(shù)上可簡單地得到。數(shù)值符號的轉(zhuǎn)換在此同時代表了繞組電流取零時的時間點。
按照本發(fā)明的方法，有益的是，不僅可以確定在繞組中感應(yīng)電壓(EMK)的過零點，而且還可確定供電電壓的過零點以及考慮到導通時間點的計算。為了實現(xiàn)導通規(guī)則，該實施形式將確定和計算供電電壓和EMK的過零點和在該開關(guān)上的電壓，為了實現(xiàn)導通規(guī)則，只需涉及時間測量和角度的觀察而不需要定量的電學數(shù)值大小。因此該結(jié)構(gòu)是非常簡單和耐用的。
基于繞組彼此之間確定的幾何位置關(guān)系，并考慮到幾何極性的安排，在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓(EMK)的預(yù)先確定的角度范圍可以通過確定在另一個電極中感應(yīng)的電壓的過零點來確定。因此并不需要經(jīng)常不斷地觀察已接通電流的繞組的EMK，而是可以在考慮繞組的角度位置的情況下，使用任何一個其它繞組來進行計算，到目前為止至少能確定過零點。
還可以設(shè)置傳感探測來取代通過測量獲取在同供電電網(wǎng)分離的繞組中的EMK信號。特別是EMK的過零點可以借助獲取轉(zhuǎn)子位置的傳感器經(jīng)計算確定。該傳感器可以是霍爾傳感器或另外的電子傳感器。有益的是，在電動機的每個相上都單獨地安裝傳感器，這樣由傳感器獲得的磁場極性的轉(zhuǎn)換同在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓(EMK)的過零點一致。通過適當?shù)陌才牛瑐鞲衅餍盘栔辽倏梢耘c過零點相關(guān)，因為其同EMK一致。因此也就不再要求顧及角度的信號處理了。
為了能夠獲得在接通狀態(tài)下繞組的EMK，可以獲得在該時間點沒有接通的、也沒有同供電電網(wǎng)相連接的另一個繞組的EMK，然后通過兩個繞組間相應(yīng)的幾何位置進行相移計算，進而給出表示該接通電流的繞組中的EMK。
預(yù)先確定的EMK的導通的角度范圍，即在該角度范圍內(nèi)應(yīng)當將繞組接通到供電電網(wǎng)上，依賴于電動機的結(jié)構(gòu)。在一個四極(四相)電動機中，導通最好是在EMK發(fā)生第一個90度時，其先決條件是感應(yīng)電壓和供電電壓具有相同的數(shù)值符號。
為了盡可能準確地按照規(guī)則c或d保持預(yù)先確定的導通角范圍，相應(yīng)的時間測量，特別是在接通繞組中感應(yīng)電壓的最近的半個周期的時間進行測量是有益的，以便該測量能夠可靠地預(yù)告EMK預(yù)期到來的過零點，并由此確定優(yōu)選的導通角范圍。
一個永磁單向交流電動機具有至少一個設(shè)置在定子中的繞組，該繞組借助一個自保持電子開關(guān)，尤其是一個三端雙向可控硅開關(guān)元件接通到供電電壓上。在該配置中，優(yōu)選再設(shè)置至少一個其它的自保持電子開關(guān)，用該開關(guān)可接通一個相移組件。作為電子開關(guān)，同樣優(yōu)選采用三端雙向可控硅開關(guān)元件，其中以電容作為相移元件是有益的。在電動機啟動后接通該電容，電動機將非常安靜地高速運行。
下面結(jié)合附圖所示出的實施例對本發(fā)明做進一步的解釋，其中

圖1-5分別是各種不同的信號曲線，結(jié)合這些信號曲線舉例解釋導通規(guī)則；以及圖6是單向交流供電的兩極電動機。
圖1示出總共5個曲線圖a、b、c、d和e，這些曲線圖的時間軸沿水平方向延伸并且相同，在圖1a中描繪的是供電電壓Uv的時間曲線以及在繞組中感應(yīng)的電壓UEMK的時間曲線。當供電電壓Uv顯示出通常50Hz的交流電壓信號時，該感應(yīng)電壓UEMK曲線顯示出了典型的啟動狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，在繞組中感應(yīng)的電壓會逐漸增大，此時其周期反比于轉(zhuǎn)子的速度。根據(jù)導通規(guī)則a，只有在該繞組中感應(yīng)的電壓UEMK同供電電壓Uv具有相同數(shù)值符號時，才使供電電壓Uv接通到該繞組上，在圖1d中描繪出了供電電壓Uv對于時間的曲線，在該曲線中數(shù)值0對應(yīng)負的數(shù)值符號而數(shù)值1對應(yīng)正的數(shù)值符號。為了應(yīng)用第一個規(guī)則，即接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓UEMK和供電電壓Uv具有相同的數(shù)值符號，當在圖1b和1c的曲線取相同值(0或1)時，就滿足該規(guī)則。
參考圖1d，在此對導通規(guī)則b進行檢驗，即在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓UEMK同供電電壓Uv具有相同數(shù)值符號并且數(shù)值小于該供電電壓。為此，圖1d中已給出了描繪，最后的部分就是該種情況，即在曲線值達到1的曲線范圍內(nèi)。
借助圖1e描繪出了按規(guī)則a和b給出的接通時間，圖1e描繪的是當曲線1b、1c和1d的信號同時都是1時、或者當這些曲線中的一個或多個不是1時的曲線。由此，圖1e給出了在具有數(shù)值1的曲線范圍內(nèi)，按照規(guī)則a和b的應(yīng)用，用于接通繞組的可能的時間間隔，也就是觸發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)元件以將繞組與供電電壓接通的時間間隔。在根據(jù)圖1e的曲線中數(shù)值取1的時間間隔當然表示了各三端雙向可控硅開關(guān)元件可能的開啟時間，基于其自保持特性，當繞組中的電流取零時，三端雙向可控硅開關(guān)元件自己會截止。在該曲線圖和下面的曲線圖中，沒有繪出截止時間，而只繪出了可能的接通時間。
借助附圖2對按照導通規(guī)則c給出的接通時間進行了解釋。該導通規(guī)則c指的是，在接通電流的繞組中感應(yīng)的電壓UEMK在預(yù)定的角度范圍內(nèi)位于過零點，在此的先決條件是該感應(yīng)電壓和供電電壓具有相同的數(shù)值符號。該角度范圍對于應(yīng)用條件和電動機結(jié)構(gòu)可能是不相同的，并且要單獨選取。在借助附圖2描述的兩極電動機中，根據(jù)UEMK電壓的過零點，該角度范圍取90°，在圖2a中示出的曲線A和B顯示了在兩極繞組中感應(yīng)的電壓UFMKA和UEMKB。因為討論的是兩極電動機，并且電極繞組彼此成90°，所以僅通過在兩個繞組中感應(yīng)電壓的過零點的計算就能夠得到90°的角度范圍，如圖2所示，除此之外角度本身應(yīng)當被測量。因為繞組彼此成90°設(shè)置，因此基于幾何關(guān)系，當在跟隨運行的繞組B中的感應(yīng)電壓出現(xiàn)過零點時，在繞組A中的感應(yīng)電壓的前一個過零點必須落后90°。因此按照規(guī)則c應(yīng)當導通的角度范圍，僅通過獲取感應(yīng)電壓UEMKA和UEMKB的兩個相互跟隨的過零點而得到。如圖2a所示，其示出了類似于圖1中的曲線所描述的電動機的啟動，通過該幾何關(guān)系所給出的角度范圍的估計相當準確。如果該電動機已脫離較低的啟動轉(zhuǎn)數(shù)并以恒定轉(zhuǎn)數(shù)運行時，就可以通過對前面運行周期的時間測量來選擇性地獲得期望的角度范圍，其由圖2a的右面部分給出。在圖2b中，由圖2a給出的時間間隔是以1進行標識的，在該時間間隔內(nèi)允許導通，也就是可以用同供電電壓相連接的三端雙向可控硅開關(guān)元件接通繞組A。因此，如果要保持導通規(guī)則c，則可以在根據(jù)圖2b的曲線取數(shù)值1的地方觸發(fā)繞組A的三端雙向可控硅開關(guān)元件。
借助圖3，描述了應(yīng)當如何運用導通規(guī)則d。正如上述曲線圖一樣，在圖3a、b和c中，水平軸表示的是時間，在圖3a中的垂直坐標是供電電壓的數(shù)值符號(1為正，0為負)，在圖3b中的垂直坐標是在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓UEMK的數(shù)值符號，并且在圖3c中的垂直坐標是按規(guī)則d給出的時間間隔，用于觸發(fā)與繞組相關(guān)的三端雙向可控硅開關(guān)元件，也就是將該繞組同供電電網(wǎng)連接起來。
規(guī)則d表明了，在接通電流的繞組中的感應(yīng)電壓UEMK，其預(yù)期到來的過零點落后于供電電壓Uv的過零點，并且具有相同的方向時，才應(yīng)當觸發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)元件，也就是說將觀察到的供電電壓和感應(yīng)電壓的過零點的數(shù)值符號轉(zhuǎn)換方向相同，即在兩個情況下都應(yīng)當由正向負或由負向正過渡。因為與供電電壓過零點有關(guān)的導通規(guī)則d是以未來的事件為條件的，所以在測量技術(shù)上還無法獲得該時間點，該未來事件必須依據(jù)感應(yīng)電壓在前面出現(xiàn)的過零點計算得到，或者用其它的合適方法估計或計算。為此要有目的地獲取前面出現(xiàn)的過零點，并依據(jù)該過零點的間距或間距變化確定預(yù)期到來的過零點，依據(jù)過零點的情況來遵循規(guī)則d。圖3c給出了曲線數(shù)值取1的時間間隔，在該時間間隔中按照規(guī)則d應(yīng)當觸發(fā)相關(guān)繞組的三端雙向可控硅開關(guān)元件。而根據(jù)圖3c的曲線的時間范圍0.54至0.6及0.64至0.68顯示出沒有任何可接通的時間間隔，因為在該范圍內(nèi)供電電壓Uv的過零點不在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓UEMK的預(yù)期到來的過零點的前面或者方向相反。該接通限制的目的是阻止由負的力矩產(chǎn)生的電流流動。
按照規(guī)則e，在接通繞組的感應(yīng)電壓UEMK和供電電壓Uv之間的角度取一個預(yù)定值時，才應(yīng)當發(fā)生導通。該規(guī)則描述的是一種優(yōu)化方法并將借助附圖4進行描述。
在圖4a中描繪出了供電電壓數(shù)值符號的時間曲線，其中1代表正號而0代表負號。圖4b描繪的是在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓UEMK的數(shù)值符號的時間曲線。圖4c示出了在開關(guān)(三端雙向可控硅開關(guān)元件)上的電壓數(shù)值符號的時間曲線，也就是由供電電壓Uv和在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓UEMK給出的電壓的數(shù)值符號。圖4d示出了按規(guī)則e獲得的最佳導通時間點，及圖4e給出了在繞組中的電流曲線。依此在供電電壓Uv的過零點和在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓UEMK的過零點之間的角度β應(yīng)當是恒定的，即應(yīng)當對應(yīng)一個預(yù)定的值。為了取得該角度應(yīng)當由供電電壓的過零點相應(yīng)地校準所計算出的導通角α，直到該角度β＝常數(shù)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)導通角α將該角度β規(guī)定為常數(shù)。對于該最佳化規(guī)定，不再需要根據(jù)圖4c的信號。
另外一個選擇性的導通最佳化方法可以按照規(guī)則f實現(xiàn)，其借助圖5a至e示出。據(jù)此，在角度T2和角度T1相一致時，應(yīng)當發(fā)生導通，其中角度T2是在接通電流的繞組中的電流lw(見圖5e)取值為0時的時間點(圖5c中給出)至在該繞組中感應(yīng)電壓UEMK取值為0時的時間點之間的角度，角度T1位于感應(yīng)電壓前面的一個過零點和實際導通時間點之間。圖5中的曲線詳細地描述了該過程，可參閱從a到c及與其相應(yīng)的圖4a至c的描述。在該情況下，首先要得到T2，然后改變導通角α，至其角度大小相同T1＝T2?？蛇x擇地，也可以將該角度設(shè)置為一個固定的比例關(guān)系。該導通規(guī)則特別適用于電動機安靜地運行和均勻的負荷分布。
借助圖6舉例地描述了一個兩極電動機的等效電路圖。該電動機具有相互成90°的兩個電極及其相應(yīng)的繞組A和B，繞組A和B均通過三端雙向可控硅開關(guān)元件T2和T3同供電電壓Uv相連接。三端雙向可控硅開關(guān)元件T2和T3將按上述導通規(guī)則接通電流，從而繞組A和繞組B同供電電壓Uv相連通，直到在該繞組中的電流為零時才被截止，在附圖6中所描述的電動機通過第三個三端雙向可控硅開關(guān)元件T4可以附加地接通一個電容，該電容在繞組A和B之間產(chǎn)生相移。該電容尤其適于裝在一個同步恒速轉(zhuǎn)動的電動機上，能使電動機安靜、均勻及由此低噪聲地運行。在接通和切斷該電容時會碰到一個特別的過程。在接通該電容時，應(yīng)當確?？紤]到至少導通規(guī)則a和b的情況下在三端雙向可控硅開關(guān)元件T4觸發(fā)之前，三端雙向可控硅開關(guān)元件T3不被觸發(fā)。
當通過該三端雙向可控硅開關(guān)元件T3的電流為零時，電容C被阻斷，因為該三端雙向可控硅開關(guān)元件T3是被打開的?？梢岳斫?，在該過程中要么測量該三端雙向可控硅開關(guān)元件T3上的電壓，要么等一個時間段，比如供電電壓Uv的半個周期，直到T4被觸發(fā)。
在借助附圖6描述的電動機中，繞組A被分成兩個子繞組A1和A2，其中繞組A2通過三端雙向可控硅開關(guān)元件T1控制，而由子繞組A1和A2串連起來構(gòu)成的總繞組通過三端雙向可控硅開關(guān)元件T2被連到線路中。繞組A分成子繞組A1和A2后就可以做到，特別是在同步轉(zhuǎn)動出現(xiàn)相對較高的相位角時，可以使繞組的一部分，比如繞組A1斷開，以該方法達到一個較小的相位角，進而實現(xiàn)電動機的安靜運行。該措施特別適合于捕獲電網(wǎng)的波動，因此也就沒有必要用另外的方法保證一個穩(wěn)定的供電電網(wǎng)。同樣地，特別是不要求工作效率最佳化的時候，可開關(guān)的電容C也可以去掉。其也適用于開關(guān)T3，該開關(guān)T3可以是單獨地用于繞組B的開關(guān)。如果不必對繞組B進行相位控制，那么也可以去掉三端雙向可控硅開關(guān)元件T3，但是此時電動機不再能超同步運行。如果電動機只被用來在同步或低于同步轉(zhuǎn)數(shù)下運行，可以去掉開關(guān)T3。
所有的配置共用的是一個轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)電路R1，該電路控制開關(guān)T1至T4，該電路跟據(jù)輸入額定值nsoll和電的數(shù)值E，通過控制開關(guān)T1至T4給出與規(guī)則a至d相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)，而電的數(shù)值E是由供電電壓Uv和單個繞組或子繞組的感應(yīng)電壓UEMK給出的。通過該用于導通規(guī)則a至d的調(diào)節(jié)電路R1，首先可以做到以實際的任意的轉(zhuǎn)數(shù)控制同步電動機。
為了能夠使用工作效率最佳化規(guī)則e和f，進一步設(shè)置調(diào)節(jié)電路R2，該調(diào)節(jié)電路R2按照規(guī)則e和f以及調(diào)節(jié)電路R1的規(guī)則a至d控制開關(guān)T1至T4。
權(quán)利要求
1.一種用于控制單相交流電動機的導通角的方法，該方法采用至少一個自保持電子開關(guān)，該開關(guān)設(shè)置在供電電壓和至少一個電動機繞組之間，其中，依據(jù)下面的一個或多個條件接通所述的一個或多個開關(guān)a)在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓(EMK)具有與供電電壓相同的數(shù)值符號；b)在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓具有與供電電壓相同的數(shù)值符號并且其數(shù)值小于該供電電壓；c)在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓(EMK)在預(yù)定的角度范圍內(nèi)具有過零點，其先決條件是感應(yīng)電壓和供電電壓具有相同的數(shù)值符號；d)在接通電流的繞組中的感應(yīng)電壓，其預(yù)期到來的過零點落后于供電電壓的過零點，其先決條件是它們具有相同的方向；e)在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓(EMK)和供電電壓之間的角度為一個預(yù)定的數(shù)值時，開關(guān)導通；f)在接通電流的繞組中，其電流值為零的時間點至該繞組中感應(yīng)電壓值(EMK)為零的時間點之間的角度，其中，該角度的大小取決于該感應(yīng)電壓值為零的時間點，處于感應(yīng)電壓的前一個過零點與實際導通時間點之間的角度時，開關(guān)導通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)權(quán)利要求1中e所述的角度是依據(jù)每個相的轉(zhuǎn)數(shù)分別選取的。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，低于同步轉(zhuǎn)速加速運行的情況滿足權(quán)利要求1中c和d所述的條件。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，高于同步轉(zhuǎn)速加速運行的情況滿足權(quán)利要求1中d所述的條件。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，恒定轉(zhuǎn)數(shù)運行的情況滿足權(quán)利要求1中e所述的條件。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在接通電流的繞組中，其電流值為零的時間點至該繞組中感應(yīng)電壓(EMK)值為零的時間點之間的角度，其中該角度與該感應(yīng)電壓值為零的時間點一致，處于感應(yīng)電壓的前一個過零點與實際導通時間點之間的角度時，開關(guān)導通。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在繞組中感應(yīng)電壓，特別是該電壓的過零點和數(shù)值符號，是在切斷供電電壓的情況下進行測量。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓，特別是該電壓的過零點，是借助于至少一個獲取轉(zhuǎn)子位置的傳感器，通過計算來確定。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在每個相上設(shè)置有一個傳感器，從而使由傳感器獲得的磁場的極性變換與在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓的過零點一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過測量該繞組的開關(guān)上的電壓和相應(yīng)的數(shù)值符號確定，在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓是否同供電電壓具有相同的數(shù)值符號并且其數(shù)值小于該供電電壓。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，測量電網(wǎng)電壓的過零點和在繞組中感應(yīng)電壓的過零點，對于導通的時間點優(yōu)選通過時間測量分析確定。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓的預(yù)定角度范圍在考慮到電極的幾何排列的情況下通過確定在另一個電極中感應(yīng)電壓的過零點來確定。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在一個四極(四相或二相)電動機中預(yù)定的角度范圍為90°。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該預(yù)定的角度范圍是通過測量在接通電流的繞組中感應(yīng)電壓的其中一個前半個周期、優(yōu)選是后半個周期的時間來確定。
15.一種單相交流同步電動機，其設(shè)有永磁轉(zhuǎn)子，并設(shè)有至少一個設(shè)置在定子中的繞組(A，B)，所述繞組(A，B)通過一個自保持電子開關(guān)(T2，T3)同供電電壓(Uv)接通，并且該單相交流同步電動機還設(shè)有電子調(diào)節(jié)電路(R1)(速度調(diào)節(jié)電路)，該電子調(diào)節(jié)電路(R1)根據(jù)權(quán)利要求1中a至d所述的導通規(guī)則使用，控制可預(yù)先給出的額定轉(zhuǎn)數(shù)(nsoll)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的同步電動機，其中，該同步電動機還設(shè)置有用于使效率最佳化的調(diào)節(jié)電路(R2)，該調(diào)節(jié)電路(R2)根據(jù)權(quán)利要求1中e和f所述的條件來控制該最佳化調(diào)節(jié)。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的同步電動機，其中，在繞組附近串聯(lián)相移元件。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的同步電動機，其中，該同步電動機設(shè)有至少一個另外的自保持電子開關(guān)(T4)，借助該電子開關(guān)(T4)能夠斷開該相移元件(C)。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的同步電動機，其中，該相移元件是電容(C)，而所述電子開關(guān)(T1-T4)是三端雙向可控硅開關(guān)元件。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的同步電動機，其中，繞組(A)分成兩個子繞組(A1-A2)，其每個子繞組都設(shè)有自保持電子開關(guān)(T1-T4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制單相交流電動機的導通角的方法，該電動機借助至少一個自保持電子開關(guān)，尤其是借助位于供電電壓(Uv)和至少一個電動機繞組(A，B)之間的三端雙向可控硅開關(guān)元件(T1至T4)而被控制運行，并確定依據(jù)供電電壓(Uv)和在各繞組中感應(yīng)電壓(U
文檔編號H02P6/00GK1742426SQ200480002590
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月21日
發(fā)明者揚·卡羅·奧勒斯楚普 申請人:格倫德福斯聯(lián)合股份公司