專利名稱：向兩相異步電動機供電的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用以向兩相異步電動機供電的電路裝置，這種兩相異步電動機包括兩個繞組，兩個繞組各自的一端分別與第一和第三節(jié)點相連接，另一端都與第二節(jié)點相連接，這些節(jié)點各自配置成接收三個正弦基波至少頻率(基頻)基本一致的交流電壓的其中之一。
從DE-OS 42 32 134中可以了解這種電路裝置。在所述電路裝置中，減少與第三節(jié)點相連接的開關電路的功耗，以允許更經(jīng)濟的尺寸而不使性能劣化，尤其是載荷能力，因為要加到第二節(jié)點上的交流電壓以給定的周期性重復的時間間隔呈現(xiàn)恒定電平。
US-PS5,136,216公開了一種利用兩相電源驅(qū)動傳統(tǒng)的單相“PSC”電動機的驅(qū)動系統(tǒng)。這種電動機也包括兩個繞組，兩個繞組各自的一端與一個節(jié)點相連接，兩端與另一個節(jié)點相連接。這些節(jié)點接收按正弦函數(shù)予以脈寬調(diào)制的矩形信號。這種電動機可以利用產(chǎn)生兩相交流電壓的三相變流器、帶有起動電容器的單相電源或者兩相變流器供電。
本發(fā)明的目的是改進對頭一段所限定的那種型式的電路裝置，以便最好在所有與這些節(jié)點相連接的開關電路的功耗獲得甚至更顯著的減少。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是用主權利要求的前序部分中所限定的那種電路裝置來實現(xiàn)的，其中要加到第二節(jié)點的第二交流電壓具有基頻矩形波形，要分別加到第一和第三節(jié)點的第一和第三交流電壓對于它們的正弦基波的相位給予這樣的超前和滯后，即繞組兩端所獲得的電壓彼此相對的相位角對應于繞組之間的(機械)角。
第一和第三交流電壓各包括具有恒定(未調(diào)制)電壓值的時間間隔，以及時間相對于上述時間間隔對稱設置的、其中電壓用給定占空因數(shù)及相對于基頻頗高的開關頻率脈沖調(diào)制的時間間隔。
在各時間間隔內(nèi)只有第一或第三交流電壓被脈沖調(diào)制，相應的另一個(第三或第一)交流電壓電壓則是恒定(未調(diào)制)的，具有脈沖調(diào)制電壓的時間間隔的持續(xù)時間以及這些時間間隔中各自的占空因數(shù)是根據(jù)這些繞組兩端的電壓之間的所需幅值比而確定的。
占空因數(shù)定義為開關頻率一個周期內(nèi)出現(xiàn)正電壓的持續(xù)時間與開關頻率這個周期總的持續(xù)時間之比。
比較先有技術狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明的電路裝置能使要加到節(jié)點上的交流電壓的開關邊沿的數(shù)目顯著減少。由于各開關邊沿，即在這個交流電壓中的各開關事件，伴隨有引起這些開關事件的開關電路的損耗，在基波的各周期內(nèi)的開關事件數(shù)目的減少還意味著功耗的減少。利用本發(fā)明所獲得的熱負載的減少就能以較簡單及較廉價的方式選定電路裝置、尤其是所述開關電路的尺寸。于是能用簡單的裝置產(chǎn)生各節(jié)點上交流電壓的所需波形。通過適當選定具有恒定電壓及脈沖調(diào)制電壓、即具有各種電壓值及占空因數(shù)的時間間隔的長短，就能容易地使繞組兩端的電壓的相位關系和幅值適合于要供電的不同電動機的設計持性。具有類似繞組的電動機以及具有不同繞組的電動機能都以簡單的方式供電。
最好，使電壓被脈沖調(diào)制的第一或第三交流電壓每兩個對稱設置的時間間隔的占空因數(shù)選成互為1的補數(shù)。于是這些互補的占空因數(shù)的和為1。
通過使具有所需的占空因數(shù)的其中之一的矩形信號倒相就能簡易地產(chǎn)生占空因數(shù)的這些值。于是占空因數(shù)最好在脈沖調(diào)制電壓的各個時間間隔內(nèi)是恒定的。利用非常簡單的脈寬調(diào)制則能獲得含有可接受的諧波成分的繞組兩端電壓的正弦波形的精確近似。在特定的情況下形成90°相移的基波。
在本發(fā)明的電路裝置的最佳實施例中，具有恒定電壓的時間間隔及具有脈沖調(diào)制電壓的時間間隔形成頻率(基本脈沖串頻率)為基頻整數(shù)倍的時間圖形，交流電壓是從具有所述基本脈沖串頻率及具有開關頻率及上述所需占空因數(shù)的開關信號的邏輯組合所獲得的。具有基本脈沖串頻率的波形則能以有利的方式?jīng)Q定電動機的速度，而且還能簡易地引入通過旋轉(zhuǎn)角度控制的電子換向中。然而開關頻率最好是獨立于要供電的電動機的運行狀態(tài)而恒定的。
在從屬權利要求中限定了其它的優(yōu)選實施例。
在附圖中示出了本發(fā)明的一些典型實施例，下文就對此作更詳盡的描述。附圖中

圖1是利用三相電力變流器向具有兩相繞組的電動機供電的電路裝置的簡化電路圖；圖2表示具有對稱繞組的電動機的電源的實例的某些信號波形，以及圖3表示具有非對稱繞組的電動機的電源實例的類似的信號波形。
圖1表示電路裝置的簡化電路圖，利用這種電路裝置，就能根據(jù)圖2和3的波形圖就能有利地向兩相異步電動機供電。這種電路裝置包括直流電壓源1，為了簡化起見，直流電壓源1是作為兩個各供應直流電壓Uq、其節(jié)點與地2耦接的串聯(lián)裝置而示于圖1中的。在直流電壓源1的端子3和4上供應相對于地電位(2上的電位)的正電壓UQ和負電壓-UQ。直流電壓流1可以包括電源整流器、開關模式電源、蓄電池等。
各自包括兩個串聯(lián)連接的開關級8、9；10、11和12、13的三個開關部分5、6和7的端部分別與直流電壓源1的端子3、4相連接。在圖1所示的實例中，開關級8至13各包括場效應晶體管。其源漏路徑形成要加到兩相異步電動機的電流的電流通路。為此目的，在開關部分5、6和7的每一個中，第一開關級8、10或12的場效應晶體管的漏端分別連接到直流電壓源1的正端3，第二開關級9、11或13的場效應晶體管的源端則分別連接直流電壓源的負端4。此外，在開關部分5、6和7的每一個中，第一開關級8、10或12的場效應晶體管的源端連接到相關的第二開關級9、11或13場效應晶體管的漏端。上述連接分別形成第一節(jié)點14、第二節(jié)點15和第三節(jié)點16。兩相異步電動機的第一繞組17連接在第一節(jié)點14和第二節(jié)點15之間，這臺電動機的第二繞組18則連接在第二節(jié)點15和第三節(jié)點16之間。第一繞組17可以是主繞組，而第二繞組18可以是輔助繞組或其它方式的回路(way round)；然而這兩個繞組也可以選成相同的尺寸。
開關部分5、6和7用來將三個交流電壓U1、U2和U3分別加到節(jié)點14、15和16上。在圖1中，這些電壓是相對于地表示的。第一節(jié)點14上的第一交流電壓U1和第二節(jié)點15上的電壓U2之差形成第一繞組17兩端的電壓UA，第三節(jié)點16上的第三交流電壓U3和第二節(jié)點15上的第二交流電壓U2形成第二繞組18兩端的電壓UB。電流IA和IB分別流過繞組17和18。
開關部分5、6和7的第一和第二開關級8、9；10、11和12、13的柵端分別經(jīng)反相器19、20和21彼此相連。在工作時，控制信號S1、S2及S3可以分別加到第二開關級9、11和13的柵端。這些信號分別控制相反意義下的第一和第二開關級8、910、11和12、13，使得節(jié)點14、15和16能選擇性地連接到直流電壓源1的第一端3或第二端4。通過控制信號S1、S2和S3的適當控制，為交流電壓U1至U3產(chǎn)生不同的波形。
圖2中的波形圖示出了圖1中所示的電路裝置在工作情況的第一實例中的若干信號的波形。繞組17和18選成相同的尺寸，配置成彼此偏移90°。因此，它們用相對于基波偏移90°的電壓UA和UB供電。在圖2中，這些信號是特別相對于這個基波的一個周期所畫的。
圖2a表示具有對應于四倍基頻的頻率及矩形波形的信號。這種信號SG的頻率稱為基本脈沖串頻率；因而這種信號可以稱為基本脈沖串。
圖2b簡略示出了表示具有開關頻率和給定占空因數(shù)的矩形波形。與直接決定電動機速度的基本脈沖串頻率相比，開關信號PWM的開關頻率在電動機的所有運行狀況下都是恒定的，并且相對于基本脈沖串頻率是高的。在圖2c至2e中所示的控制信號S1至S3是從基本脈沖串SG及開關信號PWM通過邏輯運算所獲得的。控制信號S1至S3各自的狀態(tài)或波形則是在基本脈沖DG的上升開關沿變化的。例如，第一控制信號S1在對應于0°和90°之間的電動機相位的第一時間間隔內(nèi)在基本脈沖串SG的頭兩個上升沿之間呈現(xiàn)高值。在對應于90°和180°之間的電動機相位的第二時間間隔內(nèi)，第一控制信號S1根據(jù)開關信號PWM進行脈沖調(diào)制，而在第三時間間隔內(nèi)，它呈現(xiàn)未調(diào)制的低電平。在對應于270°至360°的電動機相位的第四時間間隔，控制信號再次被脈沖調(diào)制，在最后提到的時間間隔內(nèi)的這種脈沖調(diào)制的占空因數(shù)和在第二時間間隔(90°和180°之間)的占空因數(shù)彼此為1的補數(shù)。含有第一控制信號S1的脈沖調(diào)制波形的這兩個時間間隔在時間上是相對于第一控制信號S1呈現(xiàn)恒定高電平的第一時間間隔(0°和90°之間)對稱設置的。當信號波形延伸超出所示的基波周期時，這就變得很顯然了。
第三控制信號S3具有類似的波形。然而，它相對于稱為基頻的第一控制信號S1具有90°的相位超前。相反，第二控制信號只有基頻的矩形波，其相位是相對于第一控制信號S1和第三控制信號S3的基波的相位居中的。
控制信號S1至S3產(chǎn)生交流電壓U1至U3，交流電壓U1至U3未明顯地示于圖2中，但其波形直接對應于控制信號S1至S3的波形。這些交流電壓U1至U3引起電動機繞組17和18兩端的電壓UA和UB，其波形示于圖2f和2g。電壓UA和UB的波形彼此相似，具有相對于基頻的90°相移。在各個時間間隔的占空因數(shù)的上述互補定義導致對所有的時間間隔電壓UA和UB的占空因數(shù)相同。
圖2中示出了第二控制信號S2在基頻的每個周期內(nèi)只產(chǎn)生兩個開關操作，而在任何瞬間(或任何時間間隔)其余的控制信號S1和S3中只有一個被脈沖調(diào)制。因此，與先有技術的狀態(tài)相比較，基頻的每個周期的開關操作的數(shù)量急劇減少，因此開關部分5、6和7的功耗大為減少。盡管如此，通過選擇占空因數(shù)就能在零負載和滿負載之間進行不受限制的功率控制。
圖3是類似于圖2的具有不對稱繞組17、18的電動機運行的波形圖。在這個實例中，基本脈沖串頻率為六倍基頻；因而在圖3a中所示的基本脈沖串SG包括圖3中所示的基頻周期內(nèi)的六個矩形脈沖。不對稱繞組17和18兩端的電壓UA和UB之間的幅值比現(xiàn)在例如為1∶ 原則上控制信號S1至S3具有與圖2中情況相同的特性，即它們具有脈沖調(diào)制的相同的對稱布置及未調(diào)制的時間間隔。第一控制信號S1相對于第二控制信號S2的基波具有30°相位超前，第三控制信號S3的基波相對于第二控制信號S2基波則具有60°相位滯后。對于控制信號S1和S3之間的基波這就總共獲得90°相位差，這種相位差也分別發(fā)生于線圈17和18兩端的電壓電壓UA和UB的基波。第二繞組18兩端的電壓UB呈現(xiàn)非零值的時間間隔的總持續(xù)時間大于按電壓比所要獲得的第一繞組17兩端的電壓UA的可比較時間間隔的總持續(xù)時間。
權利要求
1.一種用以供電給兩相異步電動機的電路裝置，所述電動機包括兩個繞組，該繞組各自的一端分別與第一節(jié)點和第三節(jié)點相連接，該繞組的另一端都與第二節(jié)點相連接，所述節(jié)點各自布置成接收三個正弦基波在頻率(基頻)上至少基本一致的交流電壓(U1、U2、U3)的其中之一，其特征在于要加到第二節(jié)點的第二交流電壓(U2)具有基頻矩形波形，要分別加到第一和第三節(jié)點的第一和第三交流電壓(分別為U1和U3)對于它們的正弦基波的相位給予這樣的超前和滯后，即所述繞組兩端所獲得的電壓(UA、UB)彼此相對的相位角對應于所述繞組之間的(機械)角，所述第一和第三交流電壓(U1、U3)各包括具有恒定(未調(diào)制)電壓值的時間間隔，以及時間上相對于上述時間間隔對稱設置的、其中電壓用給定占空因數(shù)及相對于基頻頗高的開關頻率脈沖調(diào)制的時間間隔。在各時間間隔內(nèi)只有第一或第三交流電壓(U1或U3)被脈沖調(diào)制，相應的另一個(第三或第一)交流電壓電壓(U3或U1)則是恒定(未調(diào)制)的，具有脈沖調(diào)制電壓的時間間隔的持續(xù)時間以及這些時間間隔中各自的占空因數(shù)是根據(jù)所述繞組兩端的電壓(UA、UB)之間的所需幅值比而確定的。
2.根據(jù)權利要求1的電路裝置，其特征在于，電壓被脈沖調(diào)制的所述第一或第三交流電壓(U1或U3)的每兩個對稱設置的時間間隔中占空因數(shù)選成彼此為1的補數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1或2的電路裝置，其特征在于具有恒定電壓的時間間隔和具有脈沖調(diào)制電壓時間間隔形成頻率(基本脈沖串頻率)為基頻整數(shù)倍的時間圖形，所述交流電壓(U1、U2和U3)是從具有所述基本脈沖頻率的信號和具有開關頻率和所需占空因數(shù)的信號的邏輯組合所獲得的。
4.根據(jù)權利要求3的電路裝置，其特征在于所述基本脈沖串頻率是基頻的倍數(shù)，所述繞組兩端的電壓(UA、UB)的幅值比為1∶1。
5.根據(jù)權利要求3的電路裝置，其特征在于所述基本脈沖串頻率是基頻的六倍，所述繞組兩端的電壓(UA、UB)之間的幅值比為1∶
全文摘要
為兩相異步電動機供電的電路裝置加到第二節(jié)點的第二交流電壓有基頻矩形波形，分別加到第一和第三節(jié)點的第一和第三交流電壓對于它們的正弦基波給予超前和滯后，即繞組兩端所獲得的電壓彼此相對的相位角對應繞組間(機械)角。第一和第三交流電壓各包括有恒定電壓值的時間間隔，及時間相對上述時間間隔對稱設置、電壓用給定占空因數(shù)及相對于基頻高的開關頻率脈沖調(diào)制的時間間隔。各時間間隔內(nèi)只有第一或第三交流電壓被脈沖調(diào)制。
文檔編號H02P25/02GK1142708SQ9610663
公開日1997年2月12日 申請日期1996年5月25日 優(yōu)先權日1995年5月26日
發(fā)明者H·范德布羅克, M·溫德特 申請人:菲利浦電子有限公司