專利名稱：電動(dòng)機(jī)速度變化及調(diào)節(jié)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)速度變化及調(diào)節(jié)的方法。它也涉及一種用于實(shí)施該方法的系統(tǒng)。這里尤其涉及單相交流電動(dòng)機(jī)、如通用電動(dòng)機(jī)。
現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)的方法或是使用對(duì)速度的直接測(cè)量，或是根據(jù)對(duì)物理量、如正比于速度的或電動(dòng)機(jī)吸取的電流強(qiáng)度的電位差考察及測(cè)量來估算該速度。在后一情況下，涉及在與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的一個(gè)分流器端子上檢測(cè)正比于吸取電流的電位差。該信號(hào)接著被積分并然后與一個(gè)規(guī)定電壓相比較。該比較的結(jié)果引起觸發(fā)三端雙向晶閘管的一個(gè)延時(shí)，這允許補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)加載及減載時(shí)產(chǎn)生的速度變化。這種普遍采用的調(diào)節(jié)方法尤其使用在專用或指定用于速度調(diào)節(jié)的集成電路中。
本發(fā)明的目的是推出一種新的速度調(diào)節(jié)方法，它能比現(xiàn)有方法提供更大的使用靈活性，并具有低的實(shí)施成本。
該目的將通過一種用于改變及調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度的方法來實(shí)現(xiàn)，該電動(dòng)機(jī)由交流電壓源通過可控開關(guān)裝置供電，用于對(duì)該電動(dòng)機(jī)施加可變波形的電壓，該方法包括調(diào)節(jié)所述可控開關(guān)裝置的周期性觸發(fā)瞬間。
根據(jù)本發(fā)明，該方法還包括以下步驟，至少每交流電壓周期一次-計(jì)算與一個(gè)時(shí)間窗中吸取的電流相應(yīng)的面積值，該時(shí)間窗限定在電流建立瞬間及電流消失的下一瞬間之間；-計(jì)算可控開關(guān)裝置下一截止持續(xù)時(shí)間；-及在該截止時(shí)間結(jié)束時(shí)控制所述開關(guān)裝置的觸發(fā)。
我們通過根據(jù)本發(fā)明的方法考慮到構(gòu)成電動(dòng)機(jī)吸取電流強(qiáng)度的物理量便能獲得更好的可靠性。該方法還提供了控制鍵盤、顯示器及其它所有部分或安全功能的可能性。因此可以考慮通過使用鍵盤調(diào)節(jié)速度的可能性。速度及工作程序可被預(yù)編程。根據(jù)本發(fā)明的方法可適用于低速度的調(diào)節(jié)。我們還可考慮最大負(fù)載電流的限制及雙向晶閘管狀態(tài)(通路或斷路)的測(cè)量。應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的速度調(diào)節(jié)被證實(shí)具有比現(xiàn)有調(diào)節(jié)方法能得到的性能更好的性能。
對(duì)于面積值的計(jì)算最好以下列方式實(shí)現(xiàn)-在電流建立瞬間及電流消失的瞬間之間的時(shí)間窗中采樣電動(dòng)機(jī)吸收電流強(qiáng)度的多個(gè)采樣值，-根據(jù)采樣到的采樣值計(jì)算面積單元，-對(duì)這些面積單元求和，以確定一個(gè)面積值，它相應(yīng)于在可控開關(guān)裝置一個(gè)導(dǎo)通期間被電動(dòng)機(jī)吸取的電流。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施形式中，使用以下關(guān)系計(jì)算雙向晶閘管的下一截止時(shí)間的初始持續(xù)時(shí)間t′=Tv2-kv·PI]]>式中，Tv是供電交流電壓的周期，kv是與電動(dòng)機(jī)類型及所需速度相關(guān)的比例系數(shù)，及PI是與計(jì)算的面積值相關(guān)的一個(gè)參數(shù)。
對(duì)于其中面積值及截止時(shí)間參數(shù)之間不具有線性關(guān)系的工作區(qū)域，參數(shù)PI可被有利地用作存儲(chǔ)與面積值相對(duì)應(yīng)的截止時(shí)間t’的存儲(chǔ)區(qū)的指針。
當(dāng)證實(shí)具有該線性時(shí)，則將該面積值SI作為參數(shù)PI。
對(duì)于其中電動(dòng)機(jī)要增加功率的過渡區(qū)域，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括對(duì)每個(gè)下一截止時(shí)間的持續(xù)時(shí)間的校正，該校正相應(yīng)于下一截止時(shí)間t+與最后施加的截止時(shí)間t”之差，該差值被限定在所計(jì)算的新截止時(shí)間t’與最后施加的截止時(shí)間t”之差的預(yù)定分?jǐn)?shù)f上。
此外，可以考慮使用以下關(guān)系式計(jì)算功率校正系數(shù)CC=2(1,5-sin(2.π.t+Tv))]]>及用功率校正系數(shù)C除預(yù)定分?jǐn)?shù)f。
相反地，對(duì)于可控開關(guān)裝置導(dǎo)通時(shí)間減小所對(duì)應(yīng)的過渡區(qū)域，可考慮直接地施加計(jì)算的新截止時(shí)間t’。
可使用以下關(guān)系式計(jì)算面積值(SI)SI=(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>式中，Il，Ij，...In表示吸取電流強(qiáng)度的采樣值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種用于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度的系統(tǒng)，該電動(dòng)機(jī)由交流電壓源通過可控開關(guān)裝置供電，用于對(duì)該電動(dòng)機(jī)施加可變波形的電壓，該系統(tǒng)用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，該系統(tǒng)包括-用于確定所述可控開關(guān)裝置的周期性觸發(fā)瞬間的裝置，-用于將觸發(fā)控制信號(hào)供給所述可控開關(guān)裝置的裝置，及-用于測(cè)量被電動(dòng)機(jī)吸取的電流的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)還包括控制及處理裝置，其用于-計(jì)算與一個(gè)時(shí)間窗中吸取的電流相應(yīng)的面積值，該時(shí)間窗限定在電流建立瞬間及電流消失的下一瞬間之間；-計(jì)算可控開關(guān)裝置下一截止持續(xù)時(shí)間；-及在該截止時(shí)間結(jié)束時(shí)控制所述開關(guān)裝置的觸發(fā)。
從以下的說明中將會(huì)闡明本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點(diǎn)。在附圖中作為非限制性例子給出-

圖1是根據(jù)本發(fā)明的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第一實(shí)施例的構(gòu)圖；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第二實(shí)施例的構(gòu)圖；及-圖3是包括通過根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法監(jiān)測(cè)到的多個(gè)特征波形的時(shí)序圖。
我們現(xiàn)在將參照?qǐng)D1及2來描述根據(jù)本發(fā)明的調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)速系統(tǒng)1用于調(diào)節(jié)一個(gè)電動(dòng)機(jī)M的速度，該電動(dòng)機(jī)例如是由一個(gè)單相交流電源(L，N)通過一個(gè)三端雙向晶閘管15供給可變電壓的通用電動(dòng)機(jī)。為了測(cè)量電流，由通常四個(gè)二極管D1-D4以橋式構(gòu)成的全波整流電路19與雙向晶閘管15及電動(dòng)機(jī)M形成串聯(lián)，一個(gè)電阻R被連接在該整流電路的輸出端。該電阻端子上的電壓提供了流過電動(dòng)機(jī)M的電流的指示。
調(diào)節(jié)系統(tǒng)1圍繞著一個(gè)微控制器10構(gòu)成，該微控制器由與交流電源(L，N)相連接的電源及同步組件18供電。微控制器10在其輸入端上接收來自被電源及同步組件18控制的初始化組件的信號(hào)和來自保安組件16的信號(hào)。
調(diào)節(jié)系統(tǒng)1還包括一個(gè)電流測(cè)量組件11，在其輸入端接收電阻R端子上的電壓并對(duì)微控制器10提供一個(gè)代表吸取電流的輸入信號(hào)；雙向晶閘管15的控制接口組件12，它接收由微控制器10發(fā)出的控制信號(hào)；一個(gè)鍵盤13及一個(gè)顯示器14。微控制器包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換功能，用于在其內(nèi)部產(chǎn)生吸取電流的數(shù)字表示。
參照?qǐng)D2-其中與圖1中相同的部分及組件由相同的標(biāo)記表示，我們可以考慮，在根據(jù)本發(fā)明的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)2中測(cè)量吸取電流的另一構(gòu)型。在該另一構(gòu)型中僅借助一個(gè)二極管D來實(shí)現(xiàn)電阻R端子上電壓的半波整流。
現(xiàn)在，主要參照?qǐng)D3來描述根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法的一個(gè)實(shí)施例。該方法首先包括一個(gè)計(jì)算面積值SI的程序，其包括下列步驟-在電流建立瞬間ti及電流消失的瞬間tf之間采樣n個(gè)數(shù)目的電動(dòng)機(jī)吸收電流強(qiáng)度的采樣值，-計(jì)算面積單元，-對(duì)面積單元求和，-計(jì)算出面積值SI。
對(duì)于電流采樣，采樣周期tl例如選擇等于50μs。該采樣是在一個(gè)采樣持續(xù)時(shí)間TI期間在電流建立瞬間ti及電流消失的瞬間tf之間進(jìn)行檢測(cè)。在該采樣持續(xù)時(shí)間上進(jìn)行采樣的數(shù)目n可由以下關(guān)系式確定n=TIt1+1]]>面積單元sl，..，s(n-1)的計(jì)算以下列方式進(jìn)行sl=t1I1+I22]]>s(n-1)=t1I(n-1)+In2]]>然后，對(duì)這樣計(jì)算的所有單元進(jìn)行求和SIl=Σe=1e=(n-1)Se]]>或?yàn)椋琒Il=t1(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>面積測(cè)量的精確度取決于采樣周期值t1。采樣周期愈小，該精確度就愈高。此外，該采樣周期實(shí)際上是選擇得恒定不變的，這就允許處理面積值SI時(shí)不再參考參數(shù)t1。
因此面積值SI可用以下方式表態(tài)SI=(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>現(xiàn)在來描述計(jì)算雙向晶閘管15觸發(fā)延遲時(shí)間的一個(gè)計(jì)算方式。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)以漸進(jìn)方式進(jìn)行，直到該面積值達(dá)到一個(gè)最小值SImin為止。超過該值時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法開始工作并執(zhí)行以下操作-a)在每個(gè)扇形周期或每半波上計(jì)算面積值SI；-b)使用以下關(guān)系計(jì)算雙向晶閘管的下一截止時(shí)間的初始持續(xù)時(shí)間(t’)t′=Tv2-kv·PI]]>
式中kv是與電動(dòng)機(jī)類型及所需速度相關(guān)的正比系數(shù)，及PI是代表面積值SI的一個(gè)參數(shù)，及在截止時(shí)間逐漸變化的情況下，-c)計(jì)算一個(gè)功率校正系數(shù)C，及-d)計(jì)算施加給雙向晶閘管的有效截止時(shí)間。
在這樣的工作區(qū)域中參數(shù)PI相應(yīng)于SI，對(duì)于這些工作區(qū)域參數(shù)t’及面積值SI之間被證實(shí)是線性的。在相反的情況下，參數(shù)PI被用作存儲(chǔ)截止時(shí)間t’的存儲(chǔ)區(qū)的指針。在線性區(qū)域中，截止時(shí)間t’可由下列關(guān)系式確定t′=Tv2-kv(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>實(shí)際上，為了避免電動(dòng)機(jī)的所有泵激現(xiàn)象，雙向晶閘管觸發(fā)時(shí)間的校正以下列方式執(zhí)行-在雙向晶閘管導(dǎo)通時(shí)間增加方向上持續(xù)地迫近調(diào)節(jié)；-在雙向晶閘管導(dǎo)通時(shí)間減小方向上急劇地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
事實(shí)上，如果電動(dòng)機(jī)需要被減少功率，可直接地施加新的觸發(fā)時(shí)間，而無需特別的注意。電動(dòng)機(jī)的慣性通常緩沖了可能出現(xiàn)的速度跳變。
相反地，如果電動(dòng)機(jī)需要被增加功率，雙向晶閘管的新觸發(fā)時(shí)間應(yīng)以漸變的方式施加。為此，計(jì)算雙向晶閘管最后截止時(shí)間t”及計(jì)算的新截止時(shí)間t’之差的一個(gè)預(yù)定分?jǐn)?shù)，例如八分之一。所施加的最后截止時(shí)間t-及這樣計(jì)算的分?jǐn)?shù)值之差給出雙向晶閘管下一暫定截止時(shí)間t+。于是對(duì)于暫定截止時(shí)間t+可獲得以下關(guān)系式t+＝t-+f(t’-t-)t+＝t-(1-f)+(f.t’)或?yàn)?，t+=t-(1-f)+f(Tv2-kv(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij))]]>使用以下關(guān)系進(jìn)行功率校正系數(shù)C的計(jì)算C=2(1,5-sin(2.π.t+Tv))]]>該功率校正系數(shù)的使用能給電動(dòng)機(jī)帶來正比于雙向晶閘管導(dǎo)通時(shí)間的功率，而與其在正弦波中的位置無關(guān)。
因此，雙向晶閘管的最后截止時(shí)間tc為tc=(C-fC)t-+fC(Tv2-kv(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij))]]>作為電流強(qiáng)度采樣值及在先截止時(shí)間t-的函數(shù)，該截止時(shí)間tc的完全表達(dá)式如下地給出tc=(2(1,5-sin2.π.(Tv)-1(t-(1-f)+f(Tv2-kv|I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij|))))(-1)×]]>(((2(1,5-sin2.π.(Tv)-1(t-(1-f)+f(Tv2-kv|I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij|))))-f)t-+f(Tv2-kv|I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij|))]]>該計(jì)算可在8位微控制器、如Intel公司的微控制器8051中毫無困難地進(jìn)行。
應(yīng)該指出，剛才所述的方法步驟將在供電電壓的每個(gè)周期或半周期上周期性地重復(fù)進(jìn)行。對(duì)于由微控制器執(zhí)行這些步驟所需的計(jì)算時(shí)間在供電電壓波周期的前面實(shí)際可被忽略。對(duì)吸取電流的測(cè)量值用8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換，原則上對(duì)于獲得電動(dòng)機(jī)的正確調(diào)節(jié)是能滿足的。
當(dāng)然，本發(fā)明并不被限制在剛才所述的例子上，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可對(duì)這些例子作出各種修改。并且，根據(jù)本發(fā)明的方法可被使用在比這里所述的系統(tǒng)更復(fù)雜的供電及調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。此外，還可以考慮其它方式的功率校正及截止和導(dǎo)通時(shí)間的逐漸變化。
權(quán)利要求
1.用于改變及調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)(M)的速度的方法，該電動(dòng)機(jī)由交流電壓源(L，N)通過可控開關(guān)裝置(15)供電，用于對(duì)該電動(dòng)機(jī)(M)施加可變波形的電壓(v(M))，該方法包括調(diào)節(jié)所述可控開關(guān)裝置(15)的周期性觸發(fā)瞬間，其特征在于，該方法還包括以下步驟，至少每交流電壓周期一次-計(jì)算與一個(gè)時(shí)間窗(FT)中吸取的電流(I(M))相應(yīng)的面積值(SI)，該時(shí)間窗限定在電流建立瞬間(tI)及電流消失的下一瞬間(tf)之間；-計(jì)算可控開關(guān)裝置(15)下一截止持續(xù)時(shí)間(t’)；-及在該截止時(shí)間(t’)結(jié)束時(shí)控制所述開關(guān)裝置(15)的觸發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于對(duì)于面積值(SI)的計(jì)算，-在電流建立瞬間(tI)及電流消失的瞬間(tf)之間的時(shí)間窗(FT)中采樣電動(dòng)機(jī)(M)吸收電流強(qiáng)度(I(M))的多個(gè)采樣值(I1..Ij..In)，-根據(jù)采樣的采樣值計(jì)算面積單元(s1，..，sn-1)，-對(duì)這些面積單元(s1，..，sn-1)求和，以確定一個(gè)面積值(SI)，它相應(yīng)于在可控開關(guān)裝置(15)一個(gè)導(dǎo)通期間被電動(dòng)機(jī)(M)吸取的電流(I(M))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于使用以下關(guān)系計(jì)算雙向晶閘管的下一截止時(shí)間的初始持續(xù)時(shí)間(t’)t′=Tv2-kv·PI]]>式中，Tv是供電交流電壓的周期，kv是與電動(dòng)機(jī)類型及所需速度相關(guān)的比例系數(shù)，及PI是與計(jì)算的面積值相關(guān)的一個(gè)參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于參數(shù)(PI)被用作存儲(chǔ)與面積值(SI)相對(duì)應(yīng)的截止時(shí)間t’的存儲(chǔ)區(qū)的指針。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，對(duì)于這樣的工作區(qū)域，在這些工作區(qū)域中截止時(shí)間的相應(yīng)參數(shù)(t’)及面積值(SI)之間被證實(shí)約是線性的，其特征在于參數(shù)(PI)約等于面積值(SI)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中一項(xiàng)的方法，其特征在于對(duì)于其中電動(dòng)機(jī)要增加功率的過渡區(qū)域，該方法還包括對(duì)每個(gè)下一截止時(shí)間(t’)的持續(xù)時(shí)間的校正，該校正相應(yīng)于下一截止時(shí)間(t+)與最后施加的截止時(shí)間(t-)之差，該差值被限定在所計(jì)算的新截止時(shí)間(t’)與最后施加的截止時(shí)間(t-)之差的預(yù)定分?jǐn)?shù)(f)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于它還包括使用以下關(guān)系式計(jì)算功率校正系數(shù)(C)C=2(1,5-sin(2.π.t+Tv))]]>及用功率校正系數(shù)(C)除預(yù)定分?jǐn)?shù)(f)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至5中一項(xiàng)的方法，其特征在于對(duì)于可控開關(guān)裝置(15)導(dǎo)通時(shí)間減小所對(duì)應(yīng)的過渡區(qū)域，直接地施加計(jì)算的新截止時(shí)間(t’)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至5中一項(xiàng)的方法，其特征在于使用以下關(guān)系式計(jì)算面積值(SI)SI=(Il+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>式中，Il，Ij，...In表示吸取電流強(qiáng)度的采樣值。
10.用于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)(M)的速度的系統(tǒng)(1，2)，該電動(dòng)機(jī)由交流電壓源(L，N)通過可控開關(guān)裝置(15)供電，用于對(duì)該電動(dòng)機(jī)(M)施加可變波形的電壓(v(M))，該系統(tǒng)用于實(shí)施根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，該系統(tǒng)包括-用于確定所述可控開關(guān)裝置的周期性觸發(fā)瞬間的裝置，-用于將觸發(fā)控制信號(hào)供給所述可控開關(guān)裝置的裝置，及-用于測(cè)量被電動(dòng)機(jī)(M)吸取的電流(I(M))的裝置(R，11，19)，其特征在于，它還包括控制及處理裝置(10)，用于-計(jì)算與一個(gè)時(shí)間窗(FT)中吸取的電流相應(yīng)的面積值(SI)，該時(shí)間窗限定在電流建立瞬間(tI)及電流消失的下一瞬間(tf)之間；-計(jì)算可控開關(guān)裝置(15)下一截止持續(xù)時(shí)間(t’，tc)；-及在該截止時(shí)間(t’，tc)結(jié)束時(shí)控制所述開關(guān)裝置(15)的觸發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改變及調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度的方法,該電動(dòng)機(jī)由交流電壓源通過雙向晶閘管供電。該方法還包括以下步驟:至少每交流電壓周期一次,計(jì)算與一個(gè)時(shí)間窗(FT)中吸取的電流(I(M))相應(yīng)的面積值(S
文檔編號(hào)H02P25/14GK1275256SQ9881008
公開日2000年11月29日 申請(qǐng)日期1998年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月14日
發(fā)明者M·阿魯比, J·L·A·H·勒魯瓦 申請(qǐng)人:萬能股份有限公司