电动机控制器与控制方法技术

一种单相感应电动机（ＳＰＩＭ）的电动机控制器，其特征在是以高于或低于额定频率的方波驱动ＳＰＩＭ。可通过引入一个或多个陷波成型方波，以消除或抑制不要的谐波，降低基波分量的幅值，提供期望的电压控制或电压／频率控制。控制结构可包括开关、主绕组抽头与可切换电容器，以适应线路驱动与方波驱动的选择、电容量瞬时增大等。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电动机控制器与控制方法本专利技术一般涉及控制电动机转速和/或转矩的装置与方法。具体地说，本专利技术涉及控制单相感应电动机转速和/或转矩的装置与方法。单相感应电动机(SPIM)构成了当今家用电器中的大多数电动机。SPIM包括固定分相单相电容式(PSC)电动机、分相电动机、家磁同步电动机与屏蔽极电动机。众所周知，这类电动机本来都是单速电动机，通常应用于洗衣机、干衣机、洗碟机、密封压缩机、风扇、泵、排风叶轮等等。SPIM一般由50或60Hz、120或230V的交流公用线路供电，功率额定值通常约在5～1500瓦之间。如上所述，当由交流公用线路供电时，这类电动机以恒速工作。当需要多速时，一般采用不同极数的多重绕组或抽头绕组之类的技术。在某些应用中，像风扇、吹风器或泵等，可通过降低施加给电动机的电压来降低电动机转速。在工业应用中，通常以三相感应电动机取代SPIM，原因是便于应用三相电源，而且三相电动机具有更高的输出能力、更大的转矩产生、更高的效率和更小的冲流。通常运用控制器来提供多转速与多转矩，即控制器以执行变速和/或变转矩的方式向电动机提供三相电源。然而，在居民使用的家用电器中宁可采用SPIM，因为使用单相电源更为便利。迄今为止，工业电动机控制器的设计在很大程度上影响了SPIM控制器的设计，其影响范围包括功率电路的开发、电动机设计和控制论。在这方面，工业领域中常常使用由硬开关三相逆变器驱动的变速电动机，特别是感应电动机。然而，诚如上面提到的，低成本、高效率、小尺寸和高产量并非是工业电动机控制器设计的主要推动力，所以，大多数工业电动机控制方法并不适合或匹配于家电行业。SPIM控制系统经常把固定频率的交流电(例如120V、60Hz)先转换成直流电，再把该直流电逆变为合适的交流频率电源。下面作为参考的一些专利，揭示了各种各样驱动SPIM的装置与方法：美国专利号4,446,706；5,252,905；4,467,257；4,566,289；5,214,367；5,241,257；3,588,650；4,281,276；4,243,927；4,099,108；4,488,102；4,767,976；5,179,336和5,276,392。尽管这些专利揭示了以各种速度驱动SPIM的各种方案，但是美国专利5,252,905号却揭示了一种操作SPIM的变频源，其中向SPIM施加了脉宽调制(PWM)的正弦波。控制电路包括若干开关，在希望用60Hz线路电源操作电动机时用于旁通电子开关电路。另外，美国专利4,566,289号揭示的一种冷冻机控制系统，包-->括一个逆变器和若干开关，前者以变速操作压缩机电动机，后者在需要时把压缩机电动机直接接至线路电压源、最后，美国专利3,588,650号揭示了一种变频变幅源，以变速操作SPIM。迄今为止，那种先把固定频率交流电转换成直流电再把该直流电逆变为变幅变频电压来操作单相感应电动机的控制系统，并不能在全量程操作条件下对电动机特性实现最优控制，且常常会使控制限制操作条件，从而让电动机不发出听得见的噪声或不使控制电路元件过热。这些控制方法常会限制其对线路频率信号的操作。本专利技术提供的新装置和新方法用于控制单相感应电动机的转速和/或转矩。为此，本专利技术提供了以额定频率、低于和高于额定频率操作SPIM的装置和方法。因此，本专利技术还为家用电器提供一种结构简单、零件数少的电动机控制器。特别是，业已发现，可用方波信号有效地驱动SPIM，且SPIM能容忍方波信  号所固有的特种谐波。根据期望的操作特性，可通过抑制或消除一个或多个谐波分量来形成方波。另外，电动机拓扑结构可以包括可变电容量、选用交流线路电源或方波、分相或抽头绕组。再者，整个系统可包括上述特点的任意组合形式。在一实施例中，本专利技术提供的电动机控制系统包括单相感应电动机和电动机驱动电路，后者配置成用方波电动机驱动信号以其额定频率以外的频率驱动该电动机。在一实施例中，本专利技术提供的电动机驱动电路包括可控电源开关电路和耦接于该电源开关电路的控制器，控制器控制电源开关电路中诸开关的开关动作以产生方波电动机驱动信号。在一实施例中，本专利技术提供的控制器是一种可编程控制器。在一实施例中，本专利技术提供的控制器有效地产生方波电动机驱动信号，从而抑制和/或消除了一个或多个谐波。在一实施例中，本专利技术提供的控制器配置成按预定的电压/频率比控制方波电动机驱动信号的电压。在一实施例中，本专利技术提供的控制器配置成控制方波电动机驱动信号的电压/频率比，从而使该比值不固定。在一实施例中，本专利技术提供的电动机驱动电路有选择地耦接至电动机。在一实施例中，本专利技术提供的电动机是多极电动机。在一实施例中，本专利技术提供的电动机是固定分相单相电容式电动机。在一实施例中，本专利技术提供的控制器配置成至少部分地抑制方波的某一频率分量。在一实施例中，本专利技术提供的控制器配置成以高于和低于额定的频率驱动电动机。在一实施例中，本专利技术提供的冷冻系统，用上述任意一种系统驱动其压缩机。-->在一实施例中，本专利技术提供的洗衣机，用上述任意一种系统驱动其洗衣桶。在一实施例中，本专利技术提供一种控制单相感应电动机的方法，其步骤包括：a)把电动机连接至电动机驱动电路；b)用电动机驱动电路产生方波驱动信号；c)把电动机驱动信号施加给电动机以不同于额定的频率操作电动机。在一实施例中，本专利技术还提供了进一步的操作步骤，通过控制驱动信号的产 生来抑制方波电动机驱动信号中的一个或多个谐波。在一实施例中，本专利技术提供了降低方波电动机驱动信号基波分量幅值的步骤。在一实施例中，本专利技术提供了在电动机驱动信号中保持非恒定电压/频率比的步骤。在一实施例中，本专利技术对单相感应电动机提供的电动机控制器包括：产生方波电功率信号的装置；及控制方波电功率信号的成形并把成形控制的方波电功率信号施加给电动机。在一实施例中，本专利技术提供的控制方波成形的装置包括控制方波频率的装置。在一实施例中，本专利技术提供的控制方波成形的装置包括控制方波幅值的装置。在一实施例中，本专利技术提供的控制方波的装置包括抑制方波选定频率分量的装置。在一实施例中，本专利技术还包括有选择地把方波或其它电源加到电动机的开关。在一实施例中，本专利技术提供的另一种电源是一种交流电源，用于向方波发生装置供电。在一实施例中，本专利技术还包括以施加频率为函数有选择地切换绕组电容器，以改善电动机的高转速性能。在一实施例中，本专利技术进一步包括以施加频率为函数有选择地切换绕组抽头，以改善电动机的高转速性能。在一实施例中，本专利技术还包括选用把电动机振动、声响噪声减至最小的合适的电压波形，并控制过热。在一实施例中，本专利技术还以高于额定的频率向电动机施加方波，以增大电动机的转矩。下面通过参照附图详细描述本专利技术较佳实施例来说明本专利技术的上述和其它特性。附图中：图1是洗衣机的透视图，部分作了截取。图2是图1洗衣机部分的立视图，露出了单相电动机。-->图3是单相感应电动机处于静态操作时的等效电路模型。图4是单相运行(即无起动或运行电容器)时SPIM的转矩/转速特性曲线。图5是作为60Hz或更高电源频率函数的SPIM的转矩/转速特性曲线。图6是作为60Hz或更低电源频率函数的SPIM的转矩/转速特性曲线。图7是一般的分段线性电压与频率的关系曲线，通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制单相感应电动机的电动机控制系统，所述系统的可控电动机驱动电路被配置成耦接在交流电源与单相感应电动机之间；其控制器耦接到可控电动机驱动电路，所述系统的特征在于：可控电动机驱动电路配置成产生方波电动机驱动信号；及控制器工作时 控制可控电动机驱动电路，让它产生方波电动机驱动信号以驱动以其额定频率以外频率工作的电动机。

【技术特征摘要】
US 1996-6-14 0197491.一种用于控制单相感应电动机的电动机控制系统，所述系统的可控电动机驱动电路被配置成耦接在交流电源与单相感应电动机之间；其控制器耦接到可控电动机驱动电路，所述系统的特征在于：可控电动机驱动电路配置成产生方波电动机驱动信号；及控制器工作时控制可控电动机驱动电路，让它产生方波电动机驱动信号以驱动以其额定频率以外频率工作的电动机。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，控制器是一种可编程控制器。3.如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，控制器有效地产生方波电动机驱动信号，从而抑制和/或消除了一个或多个谐波。4.如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，控制器配置成按预定的电压/频率比控制方波电动机驱动信号的电压。5.如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于，预先选择方波信号驱动电动机高于其额定的转速。6.如上述任一权利要求所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC莫瑞拉，
申请(专利权)人：惠尔普尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]