專利名稱：由一種相位調節(jié)系統控制負載功率的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由一種廣義的相位調節(jié)系統控制由一個周期為T的交流電壓源U向一個負載供給的功率的方法和裝置。
已往用于依靠變換器控制負載功率的技術，或者使用根據隨需要功率而改變的相位角部分截取供電電壓，或者在負載整個供電期間使用波列進行控制，按照使用者選取的頻率將負載交替地接入電路和脫離電路。
當所謂全波控制功率變高時，第一種切割相位的控制方式導致相位角的整個調節(jié)范圍的停止，引起極高的電流諧振從而對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，它被證明特別對于控制例如吸塵器和洗衣機上裝備的電動機的速度是不能用的。事實上，這樣的控制引起速度變化同時產生對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備帶來的對系統的干擾的標準，特別是標準EN60555-2和CEI555-2及其將來的演變體、限制諧振電流大小的EN61000-3-2和CEI1000-3-2，以及標準EN60555-3和CEI555-3及其將來的演變體EN61000-3-3和CEI1000-3-3，限制在由標準規(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間內這種變動的次數而發(fā)生的相對變化。
根據一個預先規(guī)定的額定功率，向所說的負載連續(xù)地周期性地傳送一列整數P個元素，其中P大于1，該序列的序號為i的每個元素以周期為T的整數ni為其特征，在周期T中交流電壓U按照相位角αi被對稱截除，相位角αi相應于負載不被供電的時間長度ti，相繼的兩個相位角元素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載所希望的功率的同時，一方面滿足將電流諧振有效值限制在一定值的要求，另一方面能將預先確定的阻抗源上隨單位時間內的變動數而變化的電壓的相對變化ΔU/U保持在由一個預先規(guī)定的曲線限定的許可區(qū)域內。
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”標準提出的限制。
本發(fā)明的特性和優(yōu)點可從隨后的說明、以非限定性的實例并參考附圖而得出，附圖中-

圖1為表示一個電阻性負載在典型的相位控制中瞬時電壓隨時間的變化的示意圖；-圖2為表示一個電阻性負載在典型的用波列對功率的控制中瞬時電壓隨時間的變化的示意圖；-圖3為一個和圖1類似的視圖，表示一個例如通用馬達那樣的輕微自感性負載的典型的相位控制情況；-圖4為表示按照標準EN60555-3預先確定的曲線的示意圖，該曲線代表相對電壓的變化ΔU/U和標記為R的每分鐘這種變化數的關系；-圖5作為一個例子表示標準EN60555-2對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)明的第一種實施方式的功率控制中瞬時電壓隨時間的變化的示意圖；-圖7為表示按照本發(fā)明的第二種優(yōu)選實施方式的功率控制中瞬時電壓隨時間的變化的示意圖；-圖8為按照本發(fā)明的一種功率控制裝置的概要簡圖。
如同在圖1和圖3可見，用于一個電阻性負載或一個如同馬達那樣的輕微自感性的負載的典型的相位控制的實質在于將供電源的交變電壓進行截除，使得例如按照一個相位角為α0不變、相應于一段所說的交流電壓為0的時間長度t0，典型的電網電壓為U＝230V.50HZ。相位角這樣重復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型的調節(jié)器使所說的相角改變。
圖2表示一個和圖1相同類型的、正弦供電電壓U，由一包含有延續(xù)時間t3和隨后的t4的波列切割。t3期間提供電阻性的負載而t4期間負載供電截止。這種供電很適合加熱型的電阻性負載而不適合照明型的電阻性負載或電動機型的電感性負載，因為能引起電壓變化因而產生處于有害譜中的頻率，或者是看得見的，引起閃光，或者是發(fā)動機的聲音和振動，引起不可容忍的噪聲。
圖4中的示意圖表示按照標準EN60555-3描繪的表示電壓的相對變化ΔU/U和每秒的變化數的關系的曲線。此曲線劃定一個許可區(qū)，位于它和橫座標軸之間，且在其中“FLICKER”效應處于可接受的水平。
圖5的表在第一欄上是不同的諧振等級，第二欄是特別由標準EN60555-2給出的對有效電流的限制。
參考圖8，這里簡略地表示出對一個和供電源相連的負載供電的裝置，例如一個交流電壓U＝230V、周期T＝20ms的交流電壓的電網、使用一種普及的相位調節(jié)系統如一個連續(xù)的調節(jié)器、包含有一個TRIAC型的電子開關2。
根據本發(fā)明，對于一個預先規(guī)定的額定功率可以連續(xù)地向所述負載1周期地送去整數P個元素的一列，其中P大于1，序列的序號為i的每個元素以周期T的整數ni為特征，周期T期間交變電壓U按相應于延續(xù)時間ti的相位角αi被對稱切割，在ti期間負載1不被供電。元素i的αi和元素i+1的α(i+1)兩個相繼的相位角不同，而角度α1…αi…αp的組合選擇使得在完全供給負載所希望的功率同時，一方面滿足將電流諧振有效值限制在一定值的要求，另一方面能將預先確定的阻抗源上隨單位時間內的變動數而變化的電壓的相對變化ΔU/U保持在由一個預先規(guī)定的曲線限定的許可區(qū)域內。
根據第一個優(yōu)選的實施例，如圖6所表示，序列的元素數目選為兩個(P＝2)。第一個元素i1包括例如4個周期T，每個按照一個相位角α1進行切割，而第二個元素i2包括例如3個周期T，每個按照一個和相位角α1不同的相位角α2進行切割。角度α1和α2選擇得使得在向負載1提供所希望功率的同時，α1、α2這一對能滿足以上所述的各個條件。
由于本發(fā)明，為了高達例如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，同時注意諧振和“FLICKER”的限制。這樣用一個連續(xù)電子調節(jié)器進行控制便可例如調節(jié)燈的亮度使之不會討厭地閃爍，或很好地調節(jié)馬達的速度使其功率范圍提高又不會干擾電網同時又很安靜。
根據表示在圖7的第二個優(yōu)選的實施方式，可以借助于交替的相位切割，元素數P保持在2，而P個數n1和n2兩個都等于1。在此情況，向負載1供電，先加由時間長度t1的第一相位角α1切割的交變電壓U，而在另一個周期T，加上由時間長度t2的第二相位角α2切割的交變電壓U。這些試驗可以為每個負載和每種提供給負載的功率確定出與電流諧振限制有關的一對角α1、α2。在這些對之間可以有利地選擇一對將“FLICKER”效應減到最小，因為我們知道，角度的變化最小引起的功率的變化也最小。
按照本發(fā)明的方法的另一種性能，相位角αi可以偽隨機地確定，并遵從一種規(guī)則，以將αi(i從1到P)的平均值對于給定功率保持在滿足上述標準的值。
為了更好地了解本發(fā)明特別是在使用連續(xù)調速器控制馬達方面的重要性，下面將就一種控制功率最大達1570瓦并能裝備抽風機的通用型號馬達在其工作范圍內敘述按照本發(fā)明的控制方法。使用通常的連續(xù)調節(jié)器，可以證明，對于TRIAC的61°的起動角，P＝1150W，對于3級諧振可提高2.74A的值，而對于101°的起動角，P＝540W，在此級可提高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，以及在一個優(yōu)選的實施例中，其中在每個連續(xù)周期中兩個不同的相位角相交替(P＝2而n1＝n2＝1)，假定在第一個周期扇區(qū)為61°，第二個周期為101°而第三個周期為61°，等等，則對于1030W的功率可以得到3級諧振水平只有2.21A。以一個通常的調節(jié)器，對于相等的功率，3級諧振將為2.93A，因而超出了標準EN60555-2。
本發(fā)明同樣涉及一種實施該方法的裝置，如圖8上所表示，它包括電子中斷器2，和負載1串聯安裝并連接到一個選擇器3的輸出端。該選擇器可用來選擇例如兩個時間長度t1、t2，并在輸出端S處產生電子中斷器2的控制信號，以分別確定相位角α1和α2。
通過一個電子選擇器將可明白，可根據確定序列的元素數目而確定αi的不同值。
這樣，對于固定的額定功率，選擇器許可確定時間長度ti和初始相位角αi，使每次諧振特別是3級諧振引起的電流低于標準EN60555-2加給的限制，如圖4所表示，并使電壓的相對變化ΔU/U處于圖7曲線的低部，和標準EN60555-3要求的一樣。
電子中斷器2可以是一個TRIAC，而選擇器3可以由不連續(xù)成分或由一個編程計算時間長度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，避免干擾妨害電網用戶。另一方面，所描述的方法通過對電子中斷器的控制參數進行簡單的程序控制能適用于任何負載。
權利要求
1.由一個周期為T的交變電壓為U的電源經由一種廣義的相位調節(jié)系統向一個負載(1)供電時的供給功率的控制方法，其特征在于，對于一個預先規(guī)定的額定功率，向所說的負載連續(xù)地周期性地傳送一列整數P個元素，其中P大于1，該序列的序號為i的每個元素以周期為T的整數ni為其特征，在周期T中交流電壓U按照相位角αi被對稱截除，相位角αi相應于負載不被供電的時間長度ti，相繼的兩個相位角元素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載所希望的功率同時，一方面滿足將電流諧振有效值限制在一定值的要求，另一方面能將預先確定的阻抗源上隨單位時間內的變動數而變化的電壓的相對變化ΔU/U保持在由一個預先規(guī)定的曲線限定的許可區(qū)域內。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，元素數目P等于2。
3.按照權利要求1或2的方法，其特征在于，P個數ni全都等于1。
4.按照權利要求2和3的方法，其特征在于，假定n1＝n2＝1，則元素數目P等于2而P個數ni全都等于1。
5.按照上述權利要求中任何一個權利要求的方法，其特征在于，以偽隨機方式確定角度αi。
6.按照上述權利要求中任何一個權利要求的方法，其特征在于，此方法是用于控制一種通用馬達。
7.用于實施按照上述權利要求中任何一個權利要求的方法的裝置，其特征在于，它包括一個電子中斷器(2)，和負載(1)串聯安裝在交變電壓U的端子處，并連接到一個選擇器(3)的輸出端S，該選擇器可用來選擇時間長度ti，并產生電子中斷器(2)的控制信號，以分別確定相位角αi。
8.按照權利要求7的裝置，其特征在于，該電子中斷器(2)為一個TRIAC。
9.按照權利要求8的裝置，其特征在于，該選擇器(3)為一個微處理器。
全文摘要
一種控制供給負載(1)的功率的方式，負載(1)由具有周期T的交流電壓源U通過廣義的相位調整系統供電。該方向包括根據預定的額定功率周期性地向負載(1)傳送P個元素的序列，其中P是整數，每個元素包括n
文檔編號H02M1/12GK1162372SQ9519593
公開日1997年10月15日 申請日期1995年10月18日 優(yōu)先權日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 申請人:幕林克斯公司