控制交流马达转速的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种控制交流马达、尤其是电容马达或罩极马达转速的系统。在这种情况下，连接在马达（Ｍ）上游的可控电子开关器件（２）由控制装置（４）激励，使得正弦输入的交流电压（Ｕ↓［Ｎ］）用来产生马达交流电压（Ｕ↓［Ｍ］），可以改变该马达交流电压（Ｕ↓［Ｍ］），以便改变转速。用这样一种方法设计控制装置（４），即，可以通过相位选通来改变马达交流电压（Ｕ↓［Ｍ］）的基频和／或振幅。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
控制交流马达转速的系统本专利技术涉及控制交流马达、尤其是电容马达或罩极马达转速的系统，在这种情况下，连接在该马达上游的可控电子开关器件由控制装置激励，使得正弦输入交流电压用来产生可变的马达交流电压，以改变转速。电容马达或罩极马达一般都用单相交流电源工作，并且，例如，用来驱动风扇、泵等。在这种驱动的情况下，例如，在驱动风扇的情况下，对于不同的工作方式往往需要通常是特定步进方式的各种可用的功率电平(气流等级)。这样，例如，在排烟罩的情况下，可以使用各种风扇转速，以便改变(增/减)空气流量。在空调系统、热交换器中，或者一般地说，在风扇和泵驱动(流动机械)的情况下，也往往调整转速，尤其是以步进的方式。对于较低的功率电平，为此目的，一般都通过分档开关在马达的电流通路上串联不同大小的电阻，以此达到降低马达电压，从而改变转速的目的。但是，由于降落在电阻上的电压引起功率损失，就是说转变为热，在许多情况下还要散热，所以这种方法是非常不经济的。德国专利DE 42 22 431 A1公开了一种分级绕组切换系统，用于单相马达，其中可以借助于多个三端双向可控硅开关器件或闸流管，在多个辅助绕组之间切换，以改变转速。但是，这样的绕组切换很复杂，因为绕组的起端和绕组的末端都必须引出到外面，以便连接它们。另外，每一个切换级都必须设置单独的切换元件(三端双向可控硅开关器件、闸流管)。DD 94 666公开了上述一般类型的系统。该文献专门描述了一种调整无刷感应马达，特别是异步鼠笼转子式马达转速的方法。在这种情况下，把两个背靠背连接的闸流管形式的开关器件连接在马达的上-->游，或马达绕组的上游，用控制装置驱动它们，分别使电源电压的整个半周或整个周期断开或接通(直通)。这可以改变马达电压的频率。但是，已经发现，这样操作的结果是效率相对较差。民主德国专利DD 216 586和德国专利DE 28 42 391 A1都公开了类似的方法，尽管它们专门涉及三相或多相马达的应用。但在这种情况下，在所有情况下也都把作为马达电压的电源电压的整个周期断开或直通。德国专利DE 38 30 196 A1公开了一种利用相位选通控制器作为变频器的方法。在这种情况下，也是在所有情况下都总是通过预设一个相应地大而不变(恒定)的选通角把电源电压的整个周期断开。因而在传统意义上这实际上并非相位选通控制器，因为各个周期总是或者完全直通，或者完全通不过，实际上从来没有仅仅部分选通。在断开和直通的半周之间周期地改变，结果得到其基频是要求的、希望的频率的电压分布曲线。另一方面，德国专利DE 34 27 479 A1现已公开了一种鼠笼转子式马达用的每相有两个(可以平行地但相反地控制的)电流通路的三相控制器电压半周的选通控制方法。在这种情况下，为了使三相马达运行在分级工作转速下，以这样一种方法以不同的模式选通正半周和/或负半周，以便获得一种不同于电源频率的频率，从而以适当的方法改变转速。但是，该方法只涉及三相马达，而不涉及单相交流马达，诸如电容马达或罩极马达。所有这些已知的控制系统都有一个效率较差的主要缺点，在某些情况下还出现干扰性噪声。本专利技术的目的是提供这种一般类型的控制系统，藉此实现最优的、低噪声马达运转，尤其是在一个宽阔的转速调整范围内具有改进了的效率和改进了的转矩特性，而且最好是在很大程度上不依赖于负载。在这种情况下，还希望能够实现一种利用技术上简单而成本低的的装置的控制方法。-->按照本专利技术实现这一点的方法是，用这样一种方法设计控制装置，即通过相位选通，使各半周具有周期循环的触发角，从而改变马达交流电压的基频和/或振幅。在这种情况下，周期的长度决定了基频。按照本专利技术，这样就可以利用输入的交流电压(一般来自电源电压)来产生实际上任意要求个数的具有不同基频和/或波形的马达交流电压，从而有可能做到使马达运转总是最优的、尤其是具有良好效率和高的启动转矩。用众所周知的方法，通过用控制装置断开正弦输入交流电压的特定半周或整个周期，以便形成电压隙，并令其它特定周期直通，即可改变基频。按照本专利技术，与此结合，可以用多个相同的、但尤其是不同的“不对称”相位选通角(触发角)，对依次出现的电压半周进行相位选通。这是动态相位选通控制。在一种特别有利的改进中，例如对于25赫基频，在这种情况下本专利技术规定，在跟在电压隙之后的全周期的情况下，第一半周的相位选通角大于随后的第二半周的相位选通角，精确地说，尤其是以这样一种比率，使得这样产生的马达交流电压造成的马达电流具有对零线基本上对称的分布曲线。按照本专利技术的这一措施是基于对这一点的了解，即在已知方法的情况下，其中在所有情况下整个周期都截止，并以此形成电压隙，电压隙之后，精确地说，由于此时马达绕组中尚无反电动势的这一事实，出现的周期最初导致相对较陡的电流上升。但此后，因为磁通量造成的电动势上升，电流减小，于是造成对零线不对称的电流曲线；然后，该电流具有直流成分，因为它偏离了零线，随后它还会导致很差的效率。这马达电流的不对称性有利地补偿按照本专利技术的动态相位选通控制，使得可以达到对零线对称的马达电流分布曲线，并且没有直流成分。这样，效率得到改进，能量消耗减到最低。本专利技术的其它有利的精炼特征包含在各个从属权利要求和以下的描述中。现将参考附图更详细地描述本专利技术以及其技术背景。附图中：-->图1表示按照先有技术的已知的相位选通控制系统的电压、电流和功率分布曲线的定时图；图2表示这种已知的控制系统的马达特性曲线图；图3表示也是已知的、但在所有情况下都是整个周期断开而没有相位选通的控制系统的与图1类似的定时图；图4表示关于按照本专利技术的控制系统第一实施例的与图1和图3类似的定时图；图5表示按照本专利技术的控制系统的第一电路变型的方框图；图6表示关于按照本专利技术的控制系统的最佳实施例的与图4类似的定时图；图7表示针对按照本专利技术的控制系统的类似于图2的马达特性曲线图；图8表示按照本专利技术的控制系统的第二电路变型的方框图；图9表示关于图8所示的第二电路变型的电压和电流的波形；图10表示图8所示电路的一簇实测转矩特性曲线，与直接用无任何控制系统的电源运转的马达的转矩特性曲线对比；图11表示第三电路变型，作为图5和8的替代方案的方框图；以及图12表示关于图11所示实施例的示意图。在各图中相同的部件总是用相同的参考符号标示，因而在所有情况下一般都只描述一次。按照图5，可控电子开关器件2连接在交流马达M的上游。开关器件2最好由电子功率开关，尤其是三端双向可控硅开关器件或闸流管构成，在这种情况下，在控制装置4和功率开关之间还可以设置额外的驱动级。在这种情况下，马达M采取电容马达的形式，它具有主绕组AW和与该主绕组并联的由辅助绕组HW和电容形成的串联电路。马达M也可以采取罩极马达的形式，在这种情况下，没有辅助绕组HW或电容C。开关器件2由控制装置4激励，以便从输入的正弦交流电-->压(电源电压)UN产生为改变转速而能够改变的马达交流电压UM。在较详细地描述本专利技术之前，先参照图1至3解释已知的方法。在一种已知的相位选通控制系统中(见与此有关的图1)，与马达串联的开关元件(三端双向可控硅开关器件或闸流管)经过延迟后导通，就是说，只在输入的交流电压UN正常过零之后的特定相位或触发角的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来控制交流马达、尤其是电容马达或罩极马达转速的系统，在这种情况下，连接在该马达（Ｍ）上游的可控电子开关器件（２）由一个控制装置（４）激励，使得正弦输入交流电压（Ｕ↓［Ｎ］）用来产生马达交流电压（Ｕ↓［Ｍ］），可以改变该交流电压（Ｕ↓［Ｍ］）以便改变转速， 其中，以这样一种方法设计控制装置（４），即，可以通过相位选通来改变所述马达交流电压（Ｕ↓［Ｍ］）的基频和／或振幅。

【技术特征摘要】
DE 1998-9-21 19843106.61.一种用来控制交流马达、尤其是电容马达或罩极马达转速的系统，在这种情况下，连接在该马达(M)上游的可控电子开关器件(2)由一个控制装置(4)激励，使得正弦输入交流电压(UN)用来产生马达交流电压(UM)，可以改变该交流电压(UM)以便改变转速，其中，以这样一种方法设计控制装置(4)，即，可以通过相位选通来改变所述马达交流电压(UM)的基频和/或振幅。2.权利要求1的系统，其特征在于：可以通过使各个半周在相位选通过程中具有周期性地循环的触发角来改变所述基频和/或振幅。3.权利要求1或2的系统，其特征在于：所述控制装置(4)使所述输入正弦交流电压(UN)的特定半周或整个周期完全截止，以便形成电压隙(L)。4.权利要求1至3中的一个的系统，其特征在于：可以利用不同的相位选通角()来对依次出现的正和负电压半周进行相位选通。5.权利要求3或4的系统，其特征在于：对于电压隙(L)之后的各半周，第一半周的相位选通角(1)大于随后的第二半周或随后的各半周的相位选通角(2)，精确地说，尤其是采用这样一种方法，即，以这种方法产生的从马达交流电压(UM)得到的马达电流(IM)具有相对于零线基本上对称的分布。6.权利要求1至5中的一个的系统，其特征在于：所述马达电压的所述基频是所述电源频率的1/4，1/3，1/2，2/3，或4/5。7.权利要求1至6中的一个的系统，其特征在于：所述控制装置(4)随着借助过零点检测装置(6)检测到的所述输入的交流电压(UN)的过零点的变化而激励所述开关器件(2)。8.权利要求1至7中的一个的控制电容马达用的系统，所述马达具有主绕组(AW)和与其并联并与电容(C)串联的辅助绕组(HW)，其特征在于：所述主绕组(AW)和所述辅助绕组(HW)由所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：A莱尔克斯，J克罗特希，
申请(专利权)人：埃布姆派斯特穆尔芬根股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]