单相同步电动机及用于控制其导通角的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制单相交流电动机的导通角的方法，该电动机借助至少一个自保持电子开关，尤其是借助位于供电电压（Ｕｖ）和至少一个电动机绕组（Ａ，Ｂ）之间的三端双向可控硅开关元件（Ｔ１至Ｔ４）而被控制运行，并确定依据供电电压（Ｕｖ）和在各绕组中感应电压（Ｕ↓［ＥＭＫ］）的电压曲线给三端双向可控硅开关元件（Ｔ２至Ｔ４）导通的时间间隔，从而使电动机能够尽快、稳定地启动且高效安静地运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制导通角的方法本专利技术涉及一种用于控制单相交流电动机的导通角的方法。当今，电动机已经能够通过电子控制而运行，在很大程度上已不再依赖于电网频率，然而，在使用高度集成的电子开关电路的情况下，变频电子技术本身却造成了很高的费用，常常同电动机的费用相当。因此人们一直试图获取一种可廉价制造并使电动机高效运行的控制系统，其特别用于中小功率的电动机中，比如200瓦以下的电动机。由此，由于其高效率而特别适用永磁电动机，在该电动机上设置有由三端双向可控硅开关元件构成的作为功率开关的控制电路。这种三端双向可控硅开关元件设置为单个电动机绕组的开关，其优点是可以廉价地制造，但它也有不足，在一般的控制中，它是一个自保持开关，即它在接通电流之后，只有在流过它的电流为零时，也就是在转向时，才能重新截止。专利DE 35 07 883提出了一种借助三端双向可控硅开关元件控制无刷电动机的方法，在该方法中借助相位控制将电网电压加到电动机定子绕组的子绕组上，但转数只能控制在同步转数以下，而且是固定的转数，不能自由选择。专利DE 35 17 570 A1也提出了一种控制无刷电动机的方法，其同样借助三端双向可控硅开关元件暂时将电网电压施加到电动机绕组的反向的子绕组上，这样便可以控制该电动机的转数，通过产生反向的磁极，转数可以超过同步转数。从而转数可以达到同步转数的几倍，但只能是同步转数的整数倍。同样还公知有借助三端双向可控硅开关元件这样控制交流电动机的方法，该电动机不仅可以同步运行，而且还可以大于或小于同步转数运行。由此开辟了迄今为止能够通过高费用的变频电路控制转数的单向交流电动机的广泛应用领域。但是相位控制还不能达到使电动机启动可靠、运行安静、以及使用高效，-->并且不能避免由于定子的高磁场对转子磁体所造成的不允许的损伤。专利文献DE 195 34 423 A1对该问题进行了说明。其给出了解决该问题的建议，即设置传感器来测量转子的磁场，并借助相位控制，根据磁场传感器信号将交流电压施加到电动机的定子绕组上进而接通电流，以产生在转动方向上的力矩，这样就可以限制电流，从而在定子中不产生不希望有的高磁场。该方法的缺点是，至少需要一个磁场传感器来获取转子的位置，由此通过下述方式实现电流限制，即对电流和电压进行测量并积分，还使电流和电压同相应的转子或者磁体的位置相匹配。在上述背景下，本专利技术的目的在于提供一种借助至少一个自保持电子开关控制单向交流电动机的导通角的方法，该自保持电子开关设置于电网电压和至少一个电动机绕组之间，该控制技术可以通过简单的手段来实现，并能达到可靠、快速地启动，且以可自由选择的恒定转数安静高效地运行。由此，在电动机上不装机械传感器时，该方法仍可实现。该目的是根据本专利技术权利要求1中的特征来实现的，本专利技术的优选实施方式将在从属权利要求及随后的说明和图示中给出。本专利技术的基本构思在于，在权利要求1中根据a)至f)所给出的导通规则，该规则可以选择性地或优选组合使用，从而能够可靠和最佳化地启动电动机，并使用简单的方法控制电动机以几乎任意的转数安静并高效地运行。所述导通规则可以通过角度观察、或供电电压的过零点以及与转子位置和转子速度相应的数值大小之间的时间测量来实现。根据本专利技术的方法，首先特别安装了自保持电子开关，例如三端双向可控硅开关元件，其价格比较适宜，同时也特别考虑到了存在的相关电路技术问题(自保持)。实施本方法所需要的传感器可以是纯电子的，并由此构成控制/调节的一部分。为了确保接通电流的绕组不被电压所损伤，其中该电压通常是由与转子转动方向相反的作用力矩产生的，是在接通电流的绕组中感应的电压，即EMK(电磁力；英语，EMF＝Electromagnetic Force)，该电压应当被求得，并由此考虑做到，只有在供电电压具有与EMK相同的数值符号的时候，才-->可使该绕组通电(规则a)。当在接通电流的绕组中感应的电压(EMK)不仅同供电电压具有相同的数值符号而且其数值小于该供电电压时，才可优先接通该绕组(规则b)。另一个基本的导通规则是，在预定的角度范围内，并且只有在感应电压和供电电压具有相同的数值符号时，才可将供电电压施加到该绕组上，其中该角度间隔是通过对在接通电流的绕组内的感应电压(EMK)的过零点进行计算而得到的(规则c)。最后一个基本的导通规则是，基于EMK信号的历史过程，当供电电压的过零点赶在接通电流的绕组中感应的电压(EMK)的预期到来的过零点之前，并在相同的数值符号变换下时，才可接通绕组。该过程意味着，当EMK信号由正向负的过零点滞后供电电压由正向负的过零点时，或者当都移相180°观察到的过零点是从负向正，这时才可接通该绕组。因为该导通规则只有在根据导通规则事先给定导通时间点后才能准确地确定导通规则，因此为了实际的应用，必须要从EMK信号的历史过程中确定预期到来的过零点，使该规则的应用成为可能。显然，其能够获得EMK信号的预期到来的过零点的准确性，并随转数接近恒定转数而提高。因此该导通规则特别适用于进行恒定转数的控制(规则d)。上述的导通规则还可以进一步被细化为只有一个导通，即用三端双向可控硅开关元件接通供电电压与已接通的绕组的连接，从而在已接通的绕组中感应的电压(EMK)和供电电压之间的角度取一预先确定值。该导通规则特别适用于进行恒定转数的控制(规则e)，其中不需要超速，因此不必全部使用按规则d给出的导通范围。接通时间点的另一种选择也是有益的，在接通绕组中的电流为零时的时间点至在该绕组中感应的电压为零的时间点之间的角度，相应于位于感应电压前面的过零点和实际的导通时间点之间的角度或该角度的0.5至2倍，该导通规则特别适宜于进行恒定转数的控制，并且也考虑到对供电电压信号曲线的影响，将导致该绕组的对称接通(规则f)。同规则e相比，该规则f要求更高的计算容量。在考虑到一个或最好是多个上述条件时，电动机将会顺利地启动并能以任意转数高效地运行，并且其借助一个调节电路便可以以任意转数进行控-->制。因此本专利技术的导通方法还可以保证电动机非常安静地运行，该优点使该电动机特别适宜于用在暖气循环泵领域，因为电动机的噪声通过管网几乎毫无衰减地被传导。如果根据导通规则e，依据转数对每个相位单独地选择角度是非常有益的，因为几何位移的角度必须同另外的相位相匹配。优选地，根据导通规则c和d，应用于从低于同步转数向高速运行(在电动机启动或在低于同步转数范围中加速时)，为此只有在接通的绕组中感应的电压相对过零点位于一预定角度范围内，感应电压和供电电压具有相同的数值符号以及供电电压的过零点位于在接通的绕组中感应的电压的预期到来的过零点之前，并具有相同的信号方向时，才可接通该绕组。对于高于同步转数的运行，也就是电动机在超过同步转速范围内加速到一个希望的超同步转数，相比较应用导通规则d是有益的，因为该规则可以阻止偶尔出现的制动力矩。而对于恒速运行的电动机，选择导通规则e是有益的，因为其可以保证电动机在最大效率的情况下能特别安静和稳定地运行。在本专利技术的方法中，有益的是，可以获得在一个绕组中感应的电压，特别是该电压的过零点，甚至是在切断供电电压的时候。可选择的，也可以考虑转子的位置而算出该数值。在本专利技术的方法中，测量数值的获得，特别是在与电网分离的绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制单相交流电动机的导通角的方法，该方法采用至少一个自保持电子开关，该开关设置在供电电压和至少一个电动机绕组之间，其中，依据下面的一个或多个条件接通所述的一个或多个开关：ａ）在接通电流的绕组中感应电压（ＥＭＫ）具有与供电电压 相同的数值符号；　ｂ）在接通电流的绕组中感应电压具有与供电电压相同的数值符号并且其数值小于该供电电压；ｃ）在接通电流的绕组中感应电压（ＥＭＫ）在预定的角度范围内具有过零点，其先决条件是感应电压和供电电压具有相同的数值符号；　 　ｄ）在接通电流的绕组中的感应电压，其预期到来的过零点落后于供电电压的过零点，其先决条件是它们具有相同的方向；ｅ）在接通电流的绕组中感应电压（ＥＭＫ）和供电电压之间的角度为一个预定的数值时，开关导通；ｆ）在接通电流的绕组 中，其电流值为零的时间点至该绕组中感应电压值（ＥＭＫ）为零的时间点之间的角度，其中，该角度的大小取决于该感应电压值为零的时间点，处于感应电压的前一个过零点与实际导通时间点之间的角度时，开关导通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2003-1-21 03001162.11.一种用于控制单相交流电动机的导通角的方法，该方法采用至少一个自保持电子开关，该开关设置在供电电压和至少一个电动机绕组之间，其中，依据下面的一个或多个条件接通所述的一个或多个开关：a)在接通电流的绕组中感应电压(EMK)具有与供电电压相同的数值符号；b)在接通电流的绕组中感应电压具有与供电电压相同的数值符号并且其数值小于该供电电压；c)在接通电流的绕组中感应电压(EMK)在预定的角度范围内具有过零点，其先决条件是感应电压和供电电压具有相同的数值符号；d)在接通电流的绕组中的感应电压，其预期到来的过零点落后于供电电压的过零点，其先决条件是它们具有相同的方向；e)在接通电流的绕组中感应电压(EMK)和供电电压之间的角度为一个预定的数值时，开关导通；f)在接通电流的绕组中，其电流值为零的时间点至该绕组中感应电压值(EMK)为零的时间点之间的角度，其中，该角度的大小取决于该感应电压值为零的时间点，处于感应电压的前一个过零点与实际导通时间点之间的角度时，开关导通。2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据权利要求1中e所述的角度是依据每个相的转数分别选取的。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，低于同步转速加速运行的情况满足权利要求1中c和d所述的条件。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，高于同步转速加速运行的情况满足权利要求1中d所述的条件。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，恒定转数运行的情况满足权利要求1中e所述的条件。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在接通电流的绕组中，其电流值为零的时间点至该绕组中感应电压(EMK)值为零的时间点之间的角度，其中该角度与该感应电压值为零的时间点一致，处于感应电压的前一个过零点与实际导通时间点之间的角度时，开关导通。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在绕组中感应电压，特别是该电压的过零点和数值符号，是在切断供电电压的情况下进行测量。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在接通电流的绕组中感应电压，特别是该电压的过零点，是借助于至少一个获取转子位置的传感器，通过计算来确定。9.根据上...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬卡罗奥勒斯楚普，
申请(专利权)人：格伦德福斯联合股份公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]