控制感应电动机的方法和装置制造方法及图纸

一种用于控制由逆变器驱动的三相感应电动机的装置。设置逆变器在于利用经全波整流的电网交流电压（Ｕ）供电，并利用具有一般方式形成相位移的各驱动电压向电动机的各相（Ｒ、Ｓ、Ｔ）供电，该驱动电压主要由相对一假设的参考电平具有正负半周期的方波形成。它们按照与所需转速相对应的固定或可调的驱动电压频率交替变化。配置提供到逆变器上的经全波整流的电网交流电压（Ｕ），以便经过电子开关装置（ＴＲ↓［１Ｈ］，ＴＲ↓［１Ｌ］；ＴＲ↓［２Ｈ］，ＴＲ↓［２Ｌ］；ＴＲ↓［３Ｈ］，ＴＲ↓［３Ｌ］）提供到电动机的各相（Ｒ、Ｓ、Ｔ），它们的接通和关闭时间由震荡装置（１５，２５）产生的驱动电压频率确定。为了利用一代表经整流的电网交流电压的幅值变化的信号对驱动电压频率进行调制，要提供一个直接或间接代表经整流的电网交流电压（Ｕ）的电压（Ｕ↓［ｍ］）。本发明专利技术还包含某些类型的感应电动机的控制方法。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
控制感应电动机的方法和装置本专利技术涉及感应电动机，更确切地说涉及一种用于利用逆变器驱动的三相感应电动机的控制方法和装置，该逆变器连接线路由对电网交流电压经过全波整流的电压供电，向电动机的各相提供主要由方波构成的驱动电压，该驱动电压相对于设想的零参考电平含正负半周期，按照与所需转速相对应的固定的或可调的驱动频率交替变化。首先，感应电动机的转速是由所加的供电交流电压的频率决定的。为了按照比利用原来的电网频率所能实现的转速更高的转速来驱动这样一种电动机，通常采用一种逆变器连接线路，借助于逆变器，可以对电动机进行频率控制，使其能运行在所需的转速下，为了大幅度地简化电动机的控制装置，希望用方波电压脉冲来驱动电动机。在功率等级约超过300W时，由于电动机的损耗很大以及电动机的噪声电平很高，不便采用这种方式。在功率等级约高于300W的感应电动机的逆变器的运行中，一般要设计逆变器使得其输出类似正弦波的电压。假如转速要改变或者对或大或小的滑差进行补偿，只有改变供电交流电压的频率。此外一般情况是改变供电交流电压的幅值，使其随频率的增加而增加。所述类型的逆变器经常会变得很复杂并且制造费用高，从而导致即使它们能提供完美的技术优点，逆变器控制的感应电动机-->不宜结合各种类型的家用机械加以采用。对于功率约超过300W的用逆变器驱动的感应电动机带来的另一问题是它们能够引起相当大的电网波形畸变。形成的原因是典型的逆变装置由对电网交流电压进行整流滤波的电压供电，其含意是，当在该装置中包含的充电储能电容充电时，从电网侧看，仅在电网交流电压峰值的区域的短的时间过程中才有电流流向逆变器。由于向电动机负载馈送的能量利用仅在很短时间内流过的电流从电网汲取，产生电流的瞬变，引起上述电网波形的畸变。在较高的功率下，这种畸变会达到不能接受的程度，因此必须提供各种类型的滤波器，这又进一步增加装置的费用。首先，本专利技术预计与小尺寸并且具有很高转速，如超过50000转/分特别是转速范围约为100000转/分的感应电动机结合使用。在这些高转速下，由于电动机具有小的物理尺寸，在电动机中的漏电感取较高的数值。这一漏电抗首先集中在转子和定子之间的气隙。假如利用方波电压驱动电动机，该漏电感将影响电流，使得它或多或少地接近正弦波形。这样没有提供呈正弦波形的供电电压，就能实现电流的所希望产生的波形。假如为了得到一种价廉和简单的逆变器以及避免电网波形的畸变，利用对电网的交流电压经过全波整流的非平滑电压向电动机供电，利用一为电网交流电压频率2倍的频率对较高的驱动电压频率进行调制。驱动电压频率的这种低频调制导致假如由于负载使转子被制动使转子按照100HZ的频率向上和向下改变它的速度(在电网频率为50HZ时)。假如电动机的转子譬如说按90000转/分旋转，将导致当驱动电压低时由于转子质量小使转速有相当-->大的降低。这种转速的波动将增加转子的滑差，引起转子损耗的增加。本专利技术的一个目的是提供一种控制逆变器驱动的感应电动机的方法，以及用于控制这种电动机的装置，利用该方法使控制装置设计简单以及电动机具有满意的效率，使得这样一种电动机能够用在对价格敏感的产品，假如真空吸尘器和洗衣机类型的家用机械上。本专利技术的另一个目的是提供一种控制装置，其不需要对提供到逆变器的对电网交流电压经过全波整流的电压进行平波，使得在电网交流电压的整个周期中而不仅是在其很短的部分中可以从电网流过电流。本专利技术的再一个目的是为小尺寸的由对电网交流电压经过全波整流的非平滑电压供电以及高速驱动的如超过50000转/分的，特别是转速为100000转/分的逆变器驱动的感应电动机提供一种控制装置，其使电动机具有更稳定和更小的滑差，而且不受非平滑电网交流供电电压的幅值变化的影响。根据本专利技术申请的权利要求1到3的方法以及利用本专利申请的权利要求4到12的装置将会实现本专利技术的上述目的。通过参照如下附图对一个设计实例的顺序详细介绍，使本专利技术的其它目的和优点将会变得更加明显，其中：图1是本专利技术的控制装置的概略接线图；图2是实际控制装置的详细接线图；图3是表示各种脉冲波形的示意图，其相关于在图2所示装置中采用的为控制电动机所需要的某些驱动脉冲；-->图4是表示各种脉冲波形的示意图，其用于补充在图3中所示驱动脉冲，以及图5是表示施加到电动机一相绕组上的驱动电压的波形曲线。图1表示本专利技术的控制装置的基本结构，所需的元器件以方块图的形式表示。在图中右方所示的三相感应电动机示有三个定子绕组LR、LS、和LT。各绕组在一端连接在一起，各单个独立端连接到连接端R、S和T。向各连接端提供驱动电压，在正常状态下各驱动电压在时间上彼此之间有120°的相位移。各连接端R、S和T连接到各对晶体管TR1H，TR1L；TR2H，TR2L；TR3H；TR3L上。每对晶体管彼此串联，各个连接端R、S和T连接到在每对两个晶体管之间的连接点上。在这一实例的晶体管示为双极型晶体管，但是很明显可以为其它类型例如MOSFET或IGBT型。晶体管TR1H、TR2H和TR3H的集电极连接在一起，并经导线(10)连接到非平滑的全波整流电网交流电压(U)上。该导线端由通常类型的全波整流器(11)供电，各晶体管相反的电极连接到导线(12)上，其构成为装置的公共的参考电位(中性点、电源或接地点)。全波整流器(11)具有两个接线端(13，14)其连接到电网交流电压(UN)，例如有效值为230V，频率为50HZ。利用这些数值，得到幅值为325V的全波整流电压(U)。电容(C)连接在导线(10，12)之间，不过其并不是构成一储能电容器，而是仅试图使高频干扰信号通过。为了驱动TR1H，TR1L、TR2H、TR2L、TR3H、TR3L，需要提供3个驱动脉冲，或者在所有6个方形脉冲系列中在时间上相互之间具有适当的位移。为了产生这些脉冲系列，配置一个压控振荡器形式的-->振荡器(15)，其输出频率可按照一与电动机的所需转速相对应的数值进行设定。为此目的，使用一电位器(16)。压控振荡器(15)的输出信号经过导线(17)传输到驱动电路(33)，其可以是常用类型的装置，(例如标准集成电路制成)并产生六个脉冲系列，经过各导线(18，19，20，21，22和23)送到各个晶体管TR1H，TR1L—TR3H，TR3L的基极。下面将结合如在图2中所示实际线路连接进行更详细的介绍，将电压(UM)进一步提供到压控振荡器(15)，这一电压是通过对电网交流电压进行全波整流得到的，经过电阻(R1)引到振荡器的输入端。指定电压(UM)用于实现对振荡器频率的调制，该频率取决于电网交流电压经过全波整流的幅值变化。图2表示本专利技术的实际控制装置接线图。该控制装置是逆变器的一个实例，其产生固定的或可调的驱动频率，该驱动频率提供到多个开关晶体管，用于控制它们的导通和关断时间。开关晶体管的任务是经过连接端R、S和T向电动机定子绕组提供方形驱动电压，其是由电网交流电压经全波整流派生的。在图2中没有表示电动机，该具有鼠笼转子的三相感应电动机其为小型结构，试图用于高速驱动，超过每分钟50000转，特别是适用在100000转/分的转速范围内。为了产生电动机驱动频率，配置一振荡器(24)，通常其为555型。振荡器的频率(F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制由逆变器驱动的感应电动机的方法，装备该逆变器在于利用对电网交流电压经过全波整流的电压供电，以及向电动机的各个相（Ｒ、Ｓ、Ｔ）提供的驱动电压主要由相对于一假设的零参考电平具有正负半周期的方波构成，该驱动电压的半周期按照与所需转速相对应的固定的或可调的驱动频率交替变化，其特征在于，驱动电压的瞬时幅值是由向逆变器供电的全波整流的电流（Ｕ）的瞬时幅值决定的，以及驱动频率利用一代表经整流的交流电压的幅值变化量的信号（ＵＭ）进行调制。

【技术特征摘要】
SE 1994-3-1 9400701-01.一种用于控制由逆变器驱动的感应电动机的方法，装备该逆变器在于利用对电网交流电压经过全波整流的电压供电，以及向电动机的各个相(R、S、T)提供的驱动电压主要由相对于一假设的零参考电平具有正负半周期的方波构成，该驱动电压的半周期按照与所需转速相对应的固定的或可调的驱动频率交替变化，其特征在于，驱动电压的瞬时幅值是由向逆变器供电的全波整流的电流(U)的瞬时幅值决定的，以及驱动频率利用一代表经整流的交流电压的幅值变化量的信号(UM)进行调制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于驱动频率是由一压控振荡器(15；25)产生的，而该压控振荡器由一直接或间接代表经全波整流的电网电压(U)电压(UM)进行控制。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，驱动电压的正负半周期由具有固定的脉冲持续时间(to)的第一部分和其后的持续时间Δt变化的第二部分组成，使得它以与经全波整流的电网电压(U)的瞬时幅值增加相同步的方式使之降低，并且反之亦然。4.一种用于控制由逆变器驱动的三相感应电动机的装置，装备该逆变器在于利用对电网交流电压(U)经过全波整流的电压(U)供电，并将利用以一般方式产生相位移的驱动电压提供到电动机的各个相(R、S、T)上，该驱动电压主要由相对于一假设的零参考电位具有正负半周的方波构成，该两个半周按照与所需转速相对应的固定的或可变的驱动频率交替变化，其特征在于，对提供到逆变器的经全波整流的电网交流电压(U)进行配置，经过电子开关装置(TR1H，TR1L；TR2H，TR2L；TR3H，TR3L)提供到电动机的各相(R、S、T)上，各电子开关的接通和关断时间由一振荡装置(15；25)产生的驱动频率分别确定，震荡装置的配置在于提供一个直接或间接代表经整流的电网交流电压(U)的电压(UM)，用于利用一代表经整流的电网交流电压的幅值变化的信号来调制该驱动频率。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于驱动电压的正负半周是由具有固定的脉冲持续时间(to)的第一部分以及其后的持续时间变化的第二部分Δt构成，使得驱动电压以与经全波整流的电网电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：林德马克马格纳斯卡尔威廉，
申请(专利权)人：电气联合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]