專利名稱：由一種相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制負(fù)載功率的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由一種廣義的相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制由一個(gè)周期為T的交流電壓源U向一個(gè)負(fù)載供給的功率的方法和裝置。
已往用于依靠變換器控制負(fù)載功率的技術(shù)，或者使用根據(jù)隨需要功率而改變的相位角部分截取供電電壓，或者在負(fù)載整個(gè)供電期間使用波列進(jìn)行控制，按照使用者選取的頻率將負(fù)載交替地接入電路和脫離電路。
當(dāng)所謂全波控制功率變高時(shí)，第一種切割相位的控制方式導(dǎo)致相位角的整個(gè)調(diào)節(jié)范圍的停止，引起極高的電流諧振從而對(duì)同一供電源上分出的用戶加以限制。
至于稱為波列的第二種控制方式，它被證明特別對(duì)于控制例如吸塵器和洗衣機(jī)上裝備的電動(dòng)機(jī)的速度是不能用的。事實(shí)上，這樣的控制引起速度變化同時(shí)產(chǎn)生對(duì)使用者很不好受的聲音。
本發(fā)明的目的是克服這些不便并滿足特別是涉及限制電氣設(shè)備帶來(lái)的對(duì)系統(tǒng)的干擾的標(biāo)準(zhǔn)，特別是標(biāo)準(zhǔn)EN60555-2和CEI555-2及其將來(lái)的演變體、限制諧振電流大小的EN61000-3-2和CEI1000-3-2，以及標(biāo)準(zhǔn)EN60555-3和CEI555-3及其將來(lái)的演變體EN61000-3-3和CEI1000-3-3，限制在由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的并為一種名為“FLICKER”的已知干擾之原因的阻抗源上電壓隨每單位時(shí)間內(nèi)這種變動(dòng)的次數(shù)而發(fā)生的相對(duì)變化。
根據(jù)一個(gè)預(yù)先規(guī)定的額定功率，向所說(shuō)的負(fù)載連續(xù)地周期性地傳送一列整數(shù)P個(gè)元素，其中P大于1，該序列的序號(hào)為i的每個(gè)元素以周期為T的整數(shù)ni為其特征，在周期T中交流電壓U按照相位角αi被對(duì)稱截除，相位角αi相應(yīng)于負(fù)載不被供電的時(shí)間長(zhǎng)度ti，相繼的兩個(gè)相位角元素i的αi和元素i+1的α(i+1)不相同，而角度α1…αi…αp的組合選擇使得在完全供給負(fù)載所希望的功率的同時(shí)，一方面滿足將電流諧振有效值限制在一定值的要求，另一方面能將預(yù)先確定的阻抗源上隨單位時(shí)間內(nèi)的變動(dòng)數(shù)而變化的電壓的相對(duì)變化ΔU/U保持在由一個(gè)預(yù)先規(guī)定的曲線限定的許可區(qū)域內(nèi)。
由于元素的這種交替，可以在較重大的功率范圍上使得有效電壓變化，完全遵照諧振和“FLICKER”標(biāo)準(zhǔn)提出的限制。
本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)可從隨后的說(shuō)明、以非限定性的實(shí)例并參考附圖而得出，附圖中-

圖1為表示一個(gè)電阻性負(fù)載在典型的相位控制中瞬時(shí)電壓隨時(shí)間的變化的示意圖；-圖2為表示一個(gè)電阻性負(fù)載在典型的用波列對(duì)功率的控制中瞬時(shí)電壓隨時(shí)間的變化的示意圖；-圖3為一個(gè)和圖1類似的視圖，表示一個(gè)例如通用馬達(dá)那樣的輕微自感性負(fù)載的典型的相位控制情況；-圖4為表示按照標(biāo)準(zhǔn)EN60555-3預(yù)先確定的曲線的示意圖，該曲線代表相對(duì)電壓的變化ΔU/U和標(biāo)記為R的每分鐘這種變化數(shù)的關(guān)系；-圖5作為一個(gè)例子表示標(biāo)準(zhǔn)EN60555-2對(duì)每種電流諧振給出的電流諧振限定值的表；-圖6為表示按照本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的功率控制中瞬時(shí)電壓隨時(shí)間的變化的示意圖；-圖7為表示按照本發(fā)明的第二種優(yōu)選實(shí)施方式的功率控制中瞬時(shí)電壓隨時(shí)間的變化的示意圖；-圖8為按照本發(fā)明的一種功率控制裝置的概要簡(jiǎn)圖。
如同在圖1和圖3可見(jiàn)，用于一個(gè)電阻性負(fù)載或一個(gè)如同馬達(dá)那樣的輕微自感性的負(fù)載的典型的相位控制的實(shí)質(zhì)在于將供電源的交變電壓進(jìn)行截除，使得例如按照一個(gè)相位角為α0不變、相應(yīng)于一段所說(shuō)的交流電壓為0的時(shí)間長(zhǎng)度t0，典型的電網(wǎng)電壓為U＝230V.50HZ。相位角這樣重復(fù)使得可以在必需的使用期間得到一定的功率。為了獲得大的功率可以使用通常的例如TRIAC型的調(diào)節(jié)器使所說(shuō)的相角改變。
圖2表示一個(gè)和圖1相同類型的、正弦供電電壓U，由一包含有延續(xù)時(shí)間t3和隨后的t4的波列切割。t3期間提供電阻性的負(fù)載而t4期間負(fù)載供電截止。這種供電很適合加熱型的電阻性負(fù)載而不適合照明型的電阻性負(fù)載或電動(dòng)機(jī)型的電感性負(fù)載，因?yàn)槟芤痣妷鹤兓蚨a(chǎn)生處于有害譜中的頻率，或者是看得見(jiàn)的，引起閃光，或者是發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音和振動(dòng)，引起不可容忍的噪聲。
圖4中的示意圖表示按照標(biāo)準(zhǔn)EN60555-3描繪的表示電壓的相對(duì)變化ΔU/U和每秒的變化數(shù)的關(guān)系的曲線。此曲線劃定一個(gè)許可區(qū)，位于它和橫座標(biāo)軸之間，且在其中“FLICKER”效應(yīng)處于可接受的水平。
圖5的表在第一欄上是不同的諧振等級(jí)，第二欄是特別由標(biāo)準(zhǔn)EN60555-2給出的對(duì)有效電流的限制。
參考圖8，這里簡(jiǎn)略地表示出對(duì)一個(gè)和供電源相連的負(fù)載供電的裝置，例如一個(gè)交流電壓U＝230V、周期T＝20ms的交流電壓的電網(wǎng)、使用一種普及的相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)如一個(gè)連續(xù)的調(diào)節(jié)器、包含有一個(gè)TRIAC型的電子開關(guān)2。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于一個(gè)預(yù)先規(guī)定的額定功率可以連續(xù)地向所述負(fù)載1周期地送去整數(shù)P個(gè)元素的一列，其中P大于1，序列的序號(hào)為i的每個(gè)元素以周期T的整數(shù)ni為特征，周期T期間交變電壓U按相應(yīng)于延續(xù)時(shí)間ti的相位角αi被對(duì)稱切割，在ti期間負(fù)載1不被供電。元素i的αi和元素i+1的α(i+1)兩個(gè)相繼的相位角不同，而角度α1…αi…αp的組合選擇使得在完全供給負(fù)載所希望的功率同時(shí)，一方面滿足將電流諧振有效值限制在一定值的要求，另一方面能將預(yù)先確定的阻抗源上隨單位時(shí)間內(nèi)的變動(dòng)數(shù)而變化的電壓的相對(duì)變化ΔU/U保持在由一個(gè)預(yù)先規(guī)定的曲線限定的許可區(qū)域內(nèi)。
根據(jù)第一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，如圖6所表示，序列的元素?cái)?shù)目選為兩個(gè)(P＝2)。第一個(gè)元素i1包括例如4個(gè)周期T，每個(gè)按照一個(gè)相位角α1進(jìn)行切割，而第二個(gè)元素i2包括例如3個(gè)周期T，每個(gè)按照一個(gè)和相位角α1不同的相位角α2進(jìn)行切割。角度α1和α2選擇得使得在向負(fù)載1提供所希望功率的同時(shí)，α1、α2這一對(duì)能滿足以上所述的各個(gè)條件。
由于本發(fā)明，為了高達(dá)例如1000瓦的功率而給出的目的，可以使有效電壓因而功率也連續(xù)變化，同時(shí)注意諧振和“FLICKER”的限制。這樣用一個(gè)連續(xù)電子調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制便可例如調(diào)節(jié)燈的亮度使之不會(huì)討厭地閃爍，或很好地調(diào)節(jié)馬達(dá)的速度使其功率范圍提高又不會(huì)干擾電網(wǎng)同時(shí)又很安靜。
根據(jù)表示在圖7的第二個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，可以借助于交替的相位切割，元素?cái)?shù)P保持在2，而P個(gè)數(shù)n1和n2兩個(gè)都等于1。在此情況，向負(fù)載1供電，先加由時(shí)間長(zhǎng)度t1的第一相位角α1切割的交變電壓U，而在另一個(gè)周期T，加上由時(shí)間長(zhǎng)度t2的第二相位角α2切割的交變電壓U。這些試驗(yàn)可以為每個(gè)負(fù)載和每種提供給負(fù)載的功率確定出與電流諧振限制有關(guān)的一對(duì)角α1、α2。在這些對(duì)之間可以有利地選擇一對(duì)將“FLICKER”效應(yīng)減到最小，因?yàn)槲覀冎溃嵌鹊淖兓钚∫鸬墓β实淖兓沧钚　?br> 按照本發(fā)明的方法的另一種性能，相位角αi可以偽隨機(jī)地確定，并遵從一種規(guī)則，以將αi(i從1到P)的平均值對(duì)于給定功率保持在滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的值。
為了更好地了解本發(fā)明特別是在使用連續(xù)調(diào)速器控制馬達(dá)方面的重要性，下面將就一種控制功率最大達(dá)1570瓦并能裝備抽風(fēng)機(jī)的通用型號(hào)馬達(dá)在其工作范圍內(nèi)敘述按照本發(fā)明的控制方法。使用通常的連續(xù)調(diào)節(jié)器，可以證明，對(duì)于TRIAC的61°的起動(dòng)角，P＝1150W，對(duì)于3級(jí)諧振可提高2.74A的值，而對(duì)于101°的起動(dòng)角，P＝540W，在此級(jí)可提高2.52A的值。這樣，此二值高于許可的限制值2.3A。
由于本發(fā)明，以及在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，其中在每個(gè)連續(xù)周期中兩個(gè)不同的相位角相交替(P＝2而n1＝n2＝1)，假定在第一個(gè)周期扇區(qū)為61°，第二個(gè)周期為101°而第三個(gè)周期為61°，等等，則對(duì)于1030W的功率可以得到3級(jí)諧振水平只有2.21A。以一個(gè)通常的調(diào)節(jié)器，對(duì)于相等的功率，3級(jí)諧振將為2.93A，因而超出了標(biāo)準(zhǔn)EN60555-2。
本發(fā)明同樣涉及一種實(shí)施該方法的裝置，如圖8上所表示，它包括電子中斷器2，和負(fù)載1串聯(lián)安裝并連接到一個(gè)選擇器3的輸出端。該選擇器可用來(lái)選擇例如兩個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度t1、t2，并在輸出端S處產(chǎn)生電子中斷器2的控制信號(hào)，以分別確定相位角α1和α2。
通過(guò)一個(gè)電子選擇器將可明白，可根據(jù)確定序列的元素?cái)?shù)目而確定αi的不同值。
這樣，對(duì)于固定的額定功率，選擇器許可確定時(shí)間長(zhǎng)度ti和初始相位角αi，使每次諧振特別是3級(jí)諧振引起的電流低于標(biāo)準(zhǔn)EN60555-2加給的限制，如圖4所表示，并使電壓的相對(duì)變化ΔU/U處于圖7曲線的低部，和標(biāo)準(zhǔn)EN60555-3要求的一樣。
電子中斷器2可以是一個(gè)TRIAC，而選擇器3可以由不連續(xù)成分或由一個(gè)編程計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)度ti的微處理器獲得。
本發(fā)明的方法和裝置允許獲得可靠的供電，避免干擾妨害電網(wǎng)用戶。另一方面，所描述的方法通過(guò)對(duì)電子中斷器的控制參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的程序控制能適用于任何負(fù)載。
權(quán)利要求
1.由一個(gè)周期為T的交變電壓為U的電源經(jīng)由一種廣義的相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)向一個(gè)負(fù)載(1)供電時(shí)的供給功率的控制方法，其特征在于，對(duì)于一個(gè)預(yù)先規(guī)定的額定功率，向所說(shuō)的負(fù)載連續(xù)地周期性地傳送一列整數(shù)P個(gè)元素，其中P大于1，該序列的序號(hào)為i的每個(gè)元素以周期為T的整數(shù)ni為其特征，在周期T中交流電壓U按照相位角αi被對(duì)稱截除，相位角αi相應(yīng)于負(fù)載不被供電的時(shí)間長(zhǎng)度ti，相繼的兩個(gè)相位角元素i的αi和元素i+1的α(i+1)不相同，而角度α1…αi…αp的組合選擇使得在完全供給負(fù)載所希望的功率同時(shí)，一方面滿足將電流諧振有效值限制在一定值的要求，另一方面能將預(yù)先確定的阻抗源上隨單位時(shí)間內(nèi)的變動(dòng)數(shù)而變化的電壓的相對(duì)變化ΔU/U保持在由一個(gè)預(yù)先規(guī)定的曲線限定的許可區(qū)域內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，元素?cái)?shù)目P等于2。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，P個(gè)數(shù)ni全都等于1。
4.按照權(quán)利要求2和3的方法，其特征在于，假定n1＝n2＝1，則元素?cái)?shù)目P等于2而P個(gè)數(shù)ni全都等于1。
5.按照上述權(quán)利要求中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于，以偽隨機(jī)方式確定角度αi。
6.按照上述權(quán)利要求中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征在于，此方法是用于控制一種通用馬達(dá)。
7.用于實(shí)施按照上述權(quán)利要求中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法的裝置，其特征在于，它包括一個(gè)電子中斷器(2)，和負(fù)載(1)串聯(lián)安裝在交變電壓U的端子處，并連接到一個(gè)選擇器(3)的輸出端S，該選擇器可用來(lái)選擇時(shí)間長(zhǎng)度ti，并產(chǎn)生電子中斷器(2)的控制信號(hào)，以分別確定相位角αi。
8.按照權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，該電子中斷器(2)為一個(gè)TRIAC。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，該選擇器(3)為一個(gè)微處理器。
全文摘要
一種控制供給負(fù)載(1)的功率的方式，負(fù)載(1)由具有周期T的交流電壓源U通過(guò)廣義的相位調(diào)整系統(tǒng)供電。該方向包括根據(jù)預(yù)定的額定功率周期性地向負(fù)載(1)傳送P個(gè)元素的序列，其中P是整數(shù)，每個(gè)元素包括n
文檔編號(hào)H02M1/12GK1162372SQ9519593
公開日1997年10月15日 申請(qǐng)日期1995年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月26日
發(fā)明者阿蘭·伯納德·馬克·布里烏, 皮埃爾·埃皮納, 勞倫·查皮里爾 申請(qǐng)人:幕林克斯公司