專利名稱：控制負(fù)載的功率和(或)速度變化的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述的是一種控制負(fù)載的功率和(或)速度變化的設(shè)備，負(fù)載可以是非同步電機(jī)，同步電機(jī)、交直流兩用電機(jī)、變壓器、電感器、電容器或電阻器，該設(shè)備包括一個(gè)接在單相或多相交流電供電電路的一根相線上的開關(guān)，該開關(guān)是與控制周期比α/T的裝置聯(lián)合工作的，其中α是開關(guān)電路的斷開或閉合電路的時(shí)間長(zhǎng)度，T是所接那一相的周期。
作為控制負(fù)載的功率和(或)速度變化的設(shè)備，目前較詳細(xì)地知道的有三端可控制硅開關(guān)調(diào)節(jié)器和高頻斬波器，其組成如上所述，包括一個(gè)連在交流供電電路上的開關(guān)和在供電交變期間由該開關(guān)控制斷開和(或)閉合電路的時(shí)間的裝置。這些裝置可嚴(yán)格地調(diào)節(jié)上述負(fù)載的速度和(或)功率。
但是，這些已知的控制設(shè)備有很多缺點(diǎn)。例如，三端可控制硅開關(guān)調(diào)節(jié)器工作不靈活，并且在開關(guān)期間在與之相連的供電網(wǎng)路中產(chǎn)生非常高的電流峰。這會(huì)在磁路中產(chǎn)生特有的噪聲和將一些諧波電流加到負(fù)載上，這將會(huì)引起很高的反電動(dòng)勢(shì)而在低速所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也非常的小。這樣的設(shè)備顯然會(huì)對(duì)無線電及電視產(chǎn)生干擾并產(chǎn)生有損于供電網(wǎng)路的各次諧波。
高頻斬波器型的控制設(shè)備把磁噪聲變換成對(duì)人耳聽不到的頻率，從而部分地解決了三端可控硅開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生磁噪聲的這種缺點(diǎn)。但是，這種設(shè)備會(huì)引起電路中晶體管以及負(fù)載的過熱。晶體管的過熱是由于斬波器多次開關(guān)引起的，而負(fù)載的過熱是由磁路中渦流損耗引起的。此外，這種高頻斬波器與上述的三端可控制硅開關(guān)調(diào)節(jié)器一樣有著一些相同的缺點(diǎn)，諸如產(chǎn)生負(fù)載引起的反電動(dòng)勢(shì)，無線電、電視干擾和損害網(wǎng)路的各次諧波。
本發(fā)明主要就是要解決現(xiàn)有的這些控制設(shè)備的缺點(diǎn)，壓制磁噪聲和大大減小由負(fù)載產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，這也將會(huì)進(jìn)一步提高效率。進(jìn)一步的目的是要解決有害諧波，壓制或減小由于電流產(chǎn)生器或電流分配器所引入的振幅高于標(biāo)準(zhǔn)的那些諧波。
本發(fā)明解決了這些問題，提供了一個(gè)控制負(fù)載的功率和(或)速度變化的設(shè)備(負(fù)載可以是非同步電機(jī)、同步電機(jī)、交直流兩用電機(jī)、變壓器、電感器、電容器或電阻器)，該設(shè)備包括一個(gè)接在單相或多相交流供電電路的一根相線上的開關(guān)，該開關(guān)是與控制周期比α/T的裝置聯(lián)合工作的，其中α是開關(guān)斷開或閉合時(shí)間長(zhǎng)度電路的時(shí)間長(zhǎng)度T是所接那相的周期，開關(guān)是雙向MOS或IGBT或雙極晶體管開關(guān)，該開關(guān)與控制開關(guān)時(shí)間的DRIVER型控制裝置聯(lián)合工作，控制裝置可以延長(zhǎng)在斷時(shí)的開關(guān)時(shí)間長(zhǎng)度，使之在10微秒至1毫秒之間。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是，控制周期比α/T的裝置還可以在負(fù)載磁路處在矯頑磁場(chǎng)時(shí)，通過該開關(guān)控制斷開供電電路，斷開時(shí)間在電流方向反轉(zhuǎn)之后，最大不超過半個(gè)周期的四分之一，只要幅度低于相當(dāng)于最大額定電流值三分之一的額定電流觸發(fā)門限。
本發(fā)明還提供了一種控制負(fù)載的功率和(或)速度變化的設(shè)備(負(fù)載可以是非同步電機(jī)、同步電機(jī)、交直流兩用電機(jī)、變壓器、電感器、電容器或電阻器)，該設(shè)備包括一個(gè)連在單相或多相交流供電電路的一根相線上的開關(guān)，該開關(guān)是與控制周期比α/T的裝置聯(lián)合工作的，其中α是開關(guān)斷開或閉合電路的時(shí)間長(zhǎng)度，T是所接那相的周期，該開關(guān)是雙向MOS或IGBT或雙極晶體管開關(guān)，而控制裝置做成能夠在半個(gè)周期T內(nèi)控制電路進(jìn)行幾個(gè)斷開和閉合循環(huán)，循環(huán)觸發(fā)的時(shí)刻是由一個(gè)專用的檢測(cè)電路確定和預(yù)置的，這樣就可以壓制或減小由第一個(gè)開閉循環(huán)所產(chǎn)生的一個(gè)或幾個(gè)諧波。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于該控制設(shè)備采用低成本的電子元件就能達(dá)到目前已有的控制設(shè)備還不能達(dá)到的結(jié)果。因此，通過對(duì)開關(guān)的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行良好的控制，就可以改變負(fù)載速度和(或)功率，從而不會(huì)引起磁噪聲，也不會(huì)產(chǎn)生有損供電網(wǎng)路的諧波。
本發(fā)明的其他情況的優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合下列附圖用一標(biāo)準(zhǔn)裝置做為例子加以說明。


圖1示出了交流供電網(wǎng)路的電壓Vc的波形。
圖2示出了負(fù)載兩端電壓Vs的波形。
圖3是由于開關(guān)交變斬波而引起的負(fù)載磁路磁化的磁滯回線的意圖，斬波波形如圖2所示。
圖4是在DRIVER兩端由控制周期比α/T的裝置產(chǎn)生的控制電壓Vc的波形。
圖5是連到負(fù)載(例如異步電機(jī))上的控制設(shè)備的方框圖。
如圖5所示，本發(fā)明敘述的是用于控制負(fù)載2的功率和(或)速度變化的設(shè)備1，在附圖以及其后的說明中，該負(fù)載指的是異步電機(jī)。很明顯，本發(fā)明，即控制設(shè)備1，也可用于其他類型的負(fù)載，如同步電機(jī)、交直流兩用電機(jī)、變壓器、電感器或電阻器。
負(fù)載2連到單相或多相電壓為Vc的交流供電電路上，Vc波形如圖1所示。
控制設(shè)備1連到交流供電電路3的一相4上?？刂圃O(shè)備1包括接到相線4上的開關(guān)5，它與控制周期比α/T的裝置6聯(lián)合工作，其中α為開半5斷開啟或閉合電路3的時(shí)間長(zhǎng)度，T為圖1，2和4中波形所示的相線4的交變周期。雖然圖中所示的情況是控制裝置6通過開關(guān)5控制電路3，每半個(gè)周期斷開一次，接著閉合一次，但按照本發(fā)明，這個(gè)控制裝置6能夠在半個(gè)周期內(nèi)控制電路開閉若干次，這樣可進(jìn)一步減小有損網(wǎng)路的各次諧波。實(shí)際上，對(duì)這個(gè)開閉循環(huán)的觸發(fā)或?qū)Φ谝粋€(gè)開閉循環(huán)隨后的各開閉循環(huán)的觸發(fā)都是控制在預(yù)定的時(shí)刻上，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也可以通過一專用檢測(cè)電路所檢測(cè)到的結(jié)果進(jìn)行預(yù)置，以便壓制減小所產(chǎn)生的一個(gè)或幾個(gè)諧波。
按照本發(fā)明，開關(guān)5是雙向MOS，IGBT或是雙極晶體管型，它與二極管橋或MOS晶體管型的整流裝置聯(lián)合工作。
此外，該雙向晶體管開關(guān)5可以與DRIVER型控制裝置9聯(lián)合使用，DRIVER型控制裝置9能夠控制開關(guān)時(shí)間，特別是閉合時(shí)的開關(guān)時(shí)間，目的是為了延長(zhǎng)開關(guān)時(shí)間，使之在10微秒至1毫秒的范圍內(nèi)。而最大開關(guān)時(shí)間，除了開關(guān)電流之外，還受到開關(guān)5的熱容量及冷卻方法的限制。
MOS晶體管正常開關(guān)時(shí)間的范圍是65至120毫微秒，這會(huì)在開關(guān)時(shí)導(dǎo)致負(fù)載2上的供電電壓產(chǎn)生陡峭的前沿，因而在回路中產(chǎn)生很高的電流峰，正如所述，這會(huì)引起特有的磁噪聲和眾所周知的干擾。
特別是在閉合時(shí)，利用圖2所示的平緩的斜率，并最后通過增加開關(guān)時(shí)間，壓制其陡峭的前沿，這就解決了上述的缺點(diǎn)，達(dá)到了壓制引起噪聲干擾的高峰電流問題。
DRIVER包含一個(gè)光敏耦合器，將電源電路與控制電路進(jìn)行電隔離。并且，它能通過對(duì)晶體管輸入電容的緩慢加載加長(zhǎng)了電源開關(guān)的閉合時(shí)間。
按照本發(fā)明，與負(fù)載并聯(lián)的裝置10，用于回收在雙向二極管開關(guān)5開啟期間儲(chǔ)存在負(fù)載2(即連上電機(jī)時(shí))中的能量。這樣，裝置10最好再包括一個(gè)第二雙向晶體管開關(guān)，它與前一個(gè)開關(guān)相似，但控制相反，甚至用一個(gè)電容控制?；厥者@些能量是非常重要的，否則就會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，耗費(fèi)了反饋功率。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是，控制周期比α/T的裝置6還可以在負(fù)載(2)的磁路處在矯頑磁場(chǎng)時(shí)，通過開關(guān)5控制斷開供電電路3。因此，按照本發(fā)明，建議在電流方向反轉(zhuǎn)后，最多為半個(gè)周期1/2T的四分之一內(nèi)斷開電路，只要電流幅度低于相當(dāng)于最大額定電流值三分之一的額定電流觸發(fā)門限。圖3示出了磁路的磁滯回線，實(shí)際上是通過雙向晶體管開關(guān)5對(duì)供電路斬波之后，即在圖2所示的負(fù)載2兩端的電壓Vs期間的磁滯回線。因此可以看出，電路的斷開是受控制的，例如當(dāng)電壓Vs處于該圖的11點(diǎn)時(shí)，這是通過控制裝置6來實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，圖3磁滯回線上點(diǎn)12對(duì)應(yīng)于負(fù)載2磁路的矯頑磁場(chǎng)。因此，在供電電路3閉合時(shí)期(圖2點(diǎn)14)，該回線示出了第一磁化曲線14，1716，15。閉合之后的斷開是受控制的在電壓Vs處于橫坐標(biāo)之上，磁滯回線是14，18，19，12。
通過對(duì)比可以看出，原有的控制設(shè)備保證不是在磁滯回線的零點(diǎn)位置，而是在它的剩磁場(chǎng)為零時(shí)斷開電路。這樣至少部分地會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生特有的磁噪聲。
當(dāng)負(fù)載磁路處于矯頑磁場(chǎng)時(shí)斷開電路的專用裝置，在開環(huán)結(jié)構(gòu)中，是用一個(gè)對(duì)磁路及其負(fù)載的全部參數(shù)加以綜合后得到的預(yù)置值來實(shí)現(xiàn)的。在閉環(huán)狀態(tài)，是使用一檢測(cè)電路，例如在電機(jī)負(fù)載情況下，將檢測(cè)電路連到磁路主線圈的一個(gè)繞組上(不論是否加以隔離)。這個(gè)繞組兩端的電動(dòng)勢(shì)相應(yīng)于該磁路磁場(chǎng)的鏡象，并可以相當(dāng)精確地知道磁場(chǎng)地零點(diǎn)。因此，在閉環(huán)時(shí)可以在控制電路中加進(jìn)一個(gè)檢測(cè)電路，以便在所需時(shí)刻用晶體管裝置將電路開啟。
控制周期比α/T的裝置6最好用具有用戶可直接操作的電位器、換向開關(guān)型等類似器件作為外部控制裝置21的單穩(wěn)電路20，以便調(diào)節(jié)周期比α/T，以及負(fù)載2的速度和(或)功率。單穩(wěn)電路20通過連到交流供電電路3上的濾波減壓器22用低壓電流供電(如12V)。
連到交流供電電路3上的信號(hào)整形器23的作用是將周期為T的方波信號(hào)加給單穩(wěn)電路20，因此是與供電電壓Vc同步的。該信號(hào)是低壓型的，所以信號(hào)整形器23連到濾波減壓器22上，得到供電。
最后，單穩(wěn)電路20按照信號(hào)整形器23給出的信號(hào)，輸出一個(gè)周期比為α/T的方波信號(hào)，這即是斷開、閉合開關(guān)5的時(shí)間控制信號(hào)，斷開和閉合是由加在開關(guān)5和單穩(wěn)電路20之間的DRIVER9控制的。
結(jié)果，本發(fā)明所敘述的控制設(shè)備1解決了當(dāng)今控制設(shè)備的全部缺陷，即壓制了磁噪聲和無線電、電視干擾，以及有損網(wǎng)路的諧波，并且提高了效率，降低了成本。因此，本發(fā)明所提供的控制設(shè)備應(yīng)該是該技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)很大的進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.控制負(fù)載(2)的功率和(或)速度變化的設(shè)備，其中負(fù)載(2)可以是非同步電機(jī)，同步電機(jī)、交直流兩用電機(jī)、變壓器、電感器、電容器或電阻器，該控制設(shè)備包括一個(gè)連在單相或多相交流供電電路(3)的一根相線(4)上的開關(guān)(5)，該開關(guān)(5)與控制周期比a/T的裝置(6)聯(lián)合工作，其中，a是電路(3)被開關(guān)(5)斷開或閉合的時(shí)間長(zhǎng)度，T是交流供電電路相線(4)的交變周期；該控制設(shè)備的特征是開關(guān)(5)是雙向MOS，IGBT或雙極晶體管開關(guān)型，開關(guān)(5)與控制開關(guān)時(shí)間的裝置(9)聯(lián)合工作，裝置(9)是DRIVER型的，它能夠延長(zhǎng)閉合時(shí)的開關(guān)時(shí)間，使之在10微秒至1毫秒的范圍之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所提出的控制設(shè)備，其特征是，控制周期比α/T的裝置(6)還可以在負(fù)載(2)磁路處在矯頑磁場(chǎng)時(shí)，通過開關(guān)(5)控制斷開交流供電電路(3)，斷開時(shí)間在電流方向反轉(zhuǎn)之后，最多不超過半個(gè)周期T的四分之一，只要幅度低于相當(dāng)于最大額定電流值三分之一的額定電流觸發(fā)門限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所提出的控制設(shè)備，其特征是，回收負(fù)載(2)在開關(guān)(5)開啟期間所儲(chǔ)存的能量的裝置(10)與負(fù)載(2)并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所提出的控制控制，其特征是，裝置(10)可以是雙向MOS，IGBT或雙極晶體管型開關(guān)，或者是一個(gè)電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一條所提出的控制設(shè)備，其特征是，控制周期比α/T的裝置(6)是一個(gè)裝有外部控制控制(21)電位器、換向開關(guān)型等類似器件的單穩(wěn)電路(20)，以便用戶調(diào)節(jié)周期比α/T，并由此可調(diào)節(jié)負(fù)載(2)的速度和(或)功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所提出的控制設(shè)備，其特征是，單穩(wěn)電路(20)由連到交流供電電路(3)端點(diǎn)上的濾波減壓器(22)進(jìn)行低壓電流供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所提出的控制設(shè)備，其特征是，該控制設(shè)備包括一連到交流供電電路(3)上的信號(hào)整形裝置(23)，它向單穩(wěn)電路(20)輸達(dá)一個(gè)與供電電壓Vc同步的，周期為T的方波信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求所提出的控制設(shè)備，其特征是，信號(hào)整形裝置(23)連到濾波減壓器(22)上，濾波減壓器(22)為信號(hào)整形裝置(23)供電，信號(hào)整形裝置(23)輸出的周期為T的方波信號(hào)是低壓型的。
9.改變負(fù)載(2)的功率和(或)速度的設(shè)備，其中負(fù)載(2)可以是非同步電機(jī)、同步電機(jī)、交直流兩用電機(jī)、變壓器、電感器、電容器或電阻器，該設(shè)備包括一個(gè)連在單相或多相交流供電電路(3)的一根相線(4)上的開關(guān)(5)，該開關(guān)(5)與控制周期比α/T的裝置(6)聯(lián)合工作，其中，α是電路(3)被開關(guān)(5)斷開或閉合的時(shí)間長(zhǎng)度，T是交流供電電路相線(4)的交變周期，該設(shè)備的特征是，開關(guān)(5)是雙向MOS，IGBT或雙極晶體管開關(guān)型，而控制裝置(6)能夠在半個(gè)周期T內(nèi)控制產(chǎn)生交流供電電路(3)的幾個(gè)斷開、閉合循環(huán)，觸發(fā)每個(gè)循環(huán)的時(shí)刻是由一個(gè)專用的檢測(cè)電路預(yù)置或確定的，以便壓制或減小由第一個(gè)開啟和關(guān)斷周期所產(chǎn)生的一個(gè)或幾個(gè)諧波。
全文摘要
本發(fā)明所提供的控制負(fù)載(2)(如交流電動(dòng)機(jī)等)的功率和(或)速度變化的設(shè)備包括一個(gè)連在單相或多相交流供電電路(3)的一相(4)上的開關(guān)(5)，和一個(gè)控制周期比a/T的裝置(6)，其中a是開在(5)斷開或閉合電路(3)的時(shí)間長(zhǎng)度，T是相(4)的周期。開關(guān)(5)是雙向MOS，IGBT或雙極晶體管開關(guān)型，開關(guān)(5)與控制開關(guān)時(shí)間的裝置(9)聯(lián)合工作，裝置(9)是DRIVER型的，它能夠延長(zhǎng)閉合時(shí)的開關(guān)時(shí)間，使之在10微秒至1毫秒的范圍之內(nèi)。
文檔編號(hào)G05F1/455GK1094872SQ9410477
公開日1994年11月9日 申請(qǐng)日期1994年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月5日
發(fā)明者普呂梅·路易斯, 阿比諾利·米歇爾, 曼蘇里·阿德卡德, 雅科比·米歇爾 申請(qǐng)人:普呂梅公司