專利名稱：用于控制異步電動(dòng)機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分所給出的特征的、用于控制異步電動(dòng)機(jī) 的方法以及一種根據(jù)權(quán)利要求12所述的異步電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
由于異步電動(dòng)機(jī)制造成本低廉、耐磨損，并且通常在運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因此異 步電動(dòng)機(jī)特別是功率較小的異步電動(dòng)機(jī)被廣泛使用。異步電動(dòng)機(jī)通常用于例如最大200瓦 的小功率的應(yīng)用，比如這種異步電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)離心泵(例如加熱循環(huán)泵等)。在此這種異 步電動(dòng)機(jī)為單相電網(wǎng)供電的單相異步電動(dòng)機(jī)或雙相異步電動(dòng)機(jī)。其中所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與 電網(wǎng)頻率有關(guān)。 為了控制轉(zhuǎn)速，公知的是將主繞組與部分輔助繞組串聯(lián)。在現(xiàn)有技術(shù)中為了近似 無(wú)級(jí)地改變轉(zhuǎn)速而串聯(lián)變頻器，然而這使得成本很高且費(fèi)用較大。但是也可通過(guò)相應(yīng)地控 制電子開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變，其中電子開關(guān)通常是可實(shí)現(xiàn)相位角控制的三端雙向可控硅 開關(guān)。這種相位角控制的問(wèn)題在于，滯后角只能在狹小的范圍內(nèi)變動(dòng)，所述滯后角是指這樣 一種角度，即開關(guān)在供電電壓經(jīng)過(guò)零點(diǎn)之后、在此角度之后再次接通，以便向電動(dòng)機(jī)供電。 較小的滯后角對(duì)于電壓的有效值(RMS值)影響較?。环粗?，較大的滯后角則以不利的方式 影響電機(jī)的功率因數(shù)。這個(gè)問(wèn)題會(huì)隨著電機(jī)功率的增加而變得更加嚴(yán)重。此外電機(jī)的輸出 功率也會(huì)隨著滯后角的變大而減小。 此外，借助脈沖級(jí)聯(lián)控制(Pulskaskadensteuerung)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制也是一種可 選的現(xiàn)有技術(shù)。此處利用三端雙向可控硅開關(guān)切去主繞組供電電壓的半波，其中，相應(yīng)地控 制與主繞組串聯(lián)的開關(guān)的打開。當(dāng)然供電電壓的許多分波(Teilwellen)不能被任意地過(guò) 濾掉，因?yàn)檫@樣的話電機(jī)的供電就不再充足并且電機(jī)的運(yùn)行速度不再恒定。特別在濕式離 心泵機(jī)組中這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不期望的噪聲，這種噪聲由于液體接合(Flussigkeitskopplung) 會(huì)在電力網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散，即例如會(huì)在加熱裝置中擴(kuò)散，這是不期望的。這種效應(yīng)也會(huì)隨著電機(jī) 功率的增加而增強(qiáng)。 就此而言切換方法(toggling)更有利，其中，主繞組根據(jù)要控制的轉(zhuǎn)速與部分輔 助繞組串聯(lián)。根據(jù)輔助繞組的部分的數(shù)目以及輔助繞組部分所配備的開關(guān)數(shù)目可以由此 實(shí)現(xiàn)近似無(wú)級(jí)的轉(zhuǎn)速控制。然而根據(jù)待調(diào)整的轉(zhuǎn)速，有時(shí)候這需要在與主繞組串聯(lián)的多個(gè) 繞組部分之間不斷切換。特別是考慮到發(fā)出噪聲和功率因數(shù)影響，這種方法比上述的相位 角控制或脈沖級(jí)聯(lián)控制本質(zhì)上更有利，然而在大功率電機(jī)處于其臨界狀態(tài)時(shí)并非有利，因 為每次切換時(shí)會(huì)在繞組中出現(xiàn)電流峰值(Stromspitz)，而電流峰值會(huì)加重電網(wǎng)和電機(jī)的負(fù) 荷。

發(fā)明內(nèi)容
在此背景下本發(fā)明的目的是提出一種用于控制異步電動(dòng)機(jī)的方法，所述方法盡可 能地避免了上述缺點(diǎn)，特別地也可用于功率較大的電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在權(quán)利要求1中所給出的特征實(shí)現(xiàn)上述目的。在從屬權(quán)利要求 以及以下的說(shuō)明和附圖中可得出所述方法的有利設(shè)計(jì)。在權(quán)利要求12中給出了根據(jù)本發(fā) 明的方法工作的異步電動(dòng)機(jī)，在隨后的從屬權(quán)利要求以及說(shuō)明和附圖中可得出所述異步電 動(dòng)機(jī)的有利的改進(jìn)方案。 根據(jù)本發(fā)明的用于控制異步電動(dòng)機(jī)、尤其是用于控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法以 具有至少兩個(gè)繞組的異步電動(dòng)機(jī)為前提，在所述異步電動(dòng)機(jī)中為了改變轉(zhuǎn)速，第一繞組和 至少一個(gè)第二繞組借助至少兩個(gè)電子開關(guān)連接(verschalten)，其中，在切換時(shí)在一個(gè)或多 個(gè)時(shí)間間隔(Zeitspannen)中打開兩個(gè)開關(guān)或保持兩個(gè)開關(guān)打開。根據(jù)本發(fā)明的方法由 此造成，在切換過(guò)程中并非如現(xiàn)有的技術(shù)那樣幾乎特別(adhoc)在供電電壓的零點(diǎn)進(jìn)行切 換，其中例如第一繞組與第二繞組為了降低轉(zhuǎn)速而串聯(lián)連接，或者為了提高轉(zhuǎn)速而以相反 的方式連接；而是在切換時(shí)在一個(gè)或多個(gè)時(shí)間間隔中控制的兩個(gè)開關(guān)打開，尤其是控制連 接第一繞組與供電電壓的開關(guān)的打開。因此能夠避免通常在電機(jī)中所設(shè)置(einstellend) 的高電流峰值，這實(shí)現(xiàn)了與切換后施加在第一繞組上的電壓電平(Spa皿皿gsniveau) —定 程度的匹配。 在此，在本發(fā)明的意義下，時(shí)間間隔典型地被理解為處于供電電壓的波長(zhǎng) (360° )的5°和180°之間。如果有利地在多個(gè)時(shí)間間隔上打開所述兩個(gè)開關(guān)，則其可以 有利地以2到20個(gè)、優(yōu)選在10個(gè)步驟內(nèi)完成。這樣，時(shí)間間隔典型地在相對(duì)于供電電壓的 波長(zhǎng)(360° )的9°與108°之間變化。 根據(jù)本發(fā)明的方法不僅能夠用于單相供電的異步電動(dòng)機(jī)，也能用于多相供電 的異步電動(dòng)機(jī)；不僅適用于小功率電動(dòng)機(jī)，也特別地適用于大功率電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā) 明的方法特別實(shí)現(xiàn)了在使用簡(jiǎn)單的電子開關(guān)(特別是三端雙向可控硅開關(guān))而無(wú)需 成本昂貴地串聯(lián)變頻器的情況下，對(duì)功率超過(guò)500W的異步電動(dòng)機(jī)的與功率因數(shù)一致 (leist皿gfaktorkonform)的轉(zhuǎn)速控制。 根據(jù)本發(fā)明，在切換時(shí)在一個(gè)或多個(gè)時(shí)間間隔打開所述兩個(gè)開關(guān)或保持所述兩個(gè) 開關(guān)打開；這兩個(gè)開關(guān)中，通常在切換之前將第一繞組與其它繞組連通的開關(guān)被完全地，即 持續(xù)地打開；通常在一個(gè)或多個(gè)時(shí)間間隔將第一繞組與供電電壓連接的另一個(gè)開關(guān)打開， 隨后此開關(guān)在切換過(guò)程之后持續(xù)地閉合。 根據(jù)本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案，在切換時(shí)在一個(gè)或多個(gè)時(shí)間間隔打開一個(gè)開關(guān)構(gòu) 成了相位角控制的一部分，所述相位角控制的滯后角逐漸變化。因此在切換時(shí)應(yīng)用相位角 控制的原理，從而逐漸地(即在盡可能避免現(xiàn)有技術(shù)中所公知的電流峰值的情況下)與第 一繞組上的電壓水平匹配，所述電壓水平是完成切換后施加在第一繞組上的電壓水平。應(yīng) 當(dāng)指出的是，如在現(xiàn)有技術(shù)中往復(fù)接通(切換，toggling)繞組時(shí)所公知的，為了控制電動(dòng) 機(jī)的一定的轉(zhuǎn)速可能或多或少需要不斷地切換。因此，在各個(gè)切換過(guò)程中與所述切換過(guò)程 是否將處于較高電壓水平或較低電壓水平的第一繞組連通無(wú)關(guān)地實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這種 匹配。 能夠以簡(jiǎn)單的方法通過(guò)現(xiàn)有的電子開關(guān)尤其是三端雙向可控硅開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù) 本發(fā)明的相位角控制，其中為此有利地對(duì)與第一繞組串聯(lián)的三端雙向可控硅開關(guān)進(jìn)行相應(yīng) 的控制或?yàn)榈谝焕@組提供較高的電壓水平。 特別有利的是，根據(jù)本發(fā)明的方法可用于單相電網(wǎng)供電的(netzgespeist)異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種方法可以在利用簡(jiǎn)單的三端雙向可控硅開關(guān)的情況下對(duì)所述異步電 動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，而不會(huì)出現(xiàn)特別在大功率電動(dòng)機(jī)中由于切換過(guò)程而在電機(jī)繞組內(nèi)部出 現(xiàn)的高電流峰值。在上述電動(dòng)機(jī)中，第一繞組根據(jù)本發(fā)明有利地構(gòu)成主繞組，而第二繞組和 可能的其它的繞組構(gòu)成輔助繞組的部分或全部輔助繞組。此外，為了降低轉(zhuǎn)速，以公知的方 法通過(guò)開關(guān)將第二繞組或者其它的繞組與第一繞組串聯(lián)連接，或相反。 根據(jù)本發(fā)明，可以設(shè)置多個(gè)其它繞組，這些其它繞組可與第一繞組串聯(lián)連接用以 改變轉(zhuǎn)速，其中為每個(gè)所述其它的繞組配備電子開關(guān)，特別是三端雙向可控硅開關(guān)，利用這 些電子開關(guān)，將所述其它繞組與第一繞組連接，特別是可串聯(lián)連接。 根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展方案，在切換時(shí)，即在將繞組與第一繞組串聯(lián)連接時(shí)或在相反 的連接過(guò)程時(shí)，始終利用開關(guān)進(jìn)行相位角控制，所述開關(guān)用于對(duì)第一繞組加載較高的電壓。
應(yīng)該理解的是，例如如果在兩個(gè)輔助繞組部分之間進(jìn)行切換，在設(shè)有多個(gè)輔助繞 組部分時(shí)，例如設(shè)有三個(gè)輔助繞組部分(具有配備給所述三個(gè)輔助繞組部分的三個(gè)電子開 關(guān)和第一繞組的一個(gè)電子開關(guān))時(shí)，配備給多個(gè)輔助繞組的部分的一個(gè)開關(guān)也可以用于相 位角控制。 為了盡可能均衡地，尤其是在避免在繞組內(nèi)部形成較大的電流峰值的情況下完成 切換過(guò)程，根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展方案設(shè)計(jì)為，在切換到位于第一繞組上的較高電壓時(shí)，通過(guò)可 減小至0的滯后角進(jìn)行相位角控制。也可將時(shí)間間隔也逐漸減小至O直到第一繞組完全具 有該較高電壓，在此時(shí)間間隔內(nèi)為第一繞組供給電壓的開關(guān)保持打開。 在相反的情況下，如果在切換到施加在第一繞組上的較低電壓時(shí)通過(guò)可增加到預(yù) 定值的滯后角進(jìn)行相位角控制。所選的滯后角的預(yù)定值能夠產(chǎn)生有效電壓，所述有效電壓 基本上對(duì)應(yīng)于切換后始終位于第一繞組上的電壓。 如果在切換到施加在第一繞組的低電壓時(shí)連通，根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展方案，代替相 位角控制，有利地根據(jù)第一繞組中的感應(yīng)電壓選擇時(shí)間間隔，在該時(shí)間間隔之后兩個(gè)打開 的開關(guān)中的一個(gè)被再次閉合。開關(guān)過(guò)程也有利地與時(shí)間無(wú)關(guān)，而是根據(jù)第一繞組中產(chǎn)生的 感應(yīng)電壓被觸發(fā)。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠有效地避免在控制變?yōu)檩^低轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)繞 組中不利的高電流峰值。 在切換到施加在第一繞組上的較低電壓時(shí)，第一繞組有利地與電源斷開，直到第 一繞組中的感應(yīng)電壓下降至開關(guān)過(guò)程(Schaltvorgang)之后的較低電壓的水平。這種方法 的優(yōu)點(diǎn)在于一方面避免了繞組中不利的高電流峰值，另一方面第一繞組只需如實(shí)際所需 地與電源斷開。 根據(jù)本發(fā)明的方法的有利之處在于，其并非只用于對(duì)在單獨(dú)的繞組部分相互連通
時(shí)所實(shí)現(xiàn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行切換，還針對(duì)性地用于對(duì)位于其間的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。此外，例如如
果應(yīng)該對(duì)在兩個(gè)繞組部分連通時(shí)所實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，則需要幾乎連續(xù)的切
換。根據(jù)本發(fā)明的方法恰好對(duì)于這種持續(xù)不斷的切換具有特別的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡姍C(jī)的功率因
數(shù)明顯改善并且特別地由于開關(guān)過(guò)程明顯降低了在繞組中產(chǎn)生的熱量。 根據(jù)本發(fā)明的這種方法尤其對(duì)于功率超過(guò)500W的單相電網(wǎng)供電的異步電動(dòng)機(jī)
實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、低成本的轉(zhuǎn)速控制，而無(wú)需使用昂貴的變頻器。然而利用根據(jù)本發(fā)明的這種
方法還能有利地控制三相電流供電的異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)本發(fā)明的方法本質(zhì)上不限
于用于異步電動(dòng)機(jī)，特別有利的是該方法可以用于循環(huán)泵的濕式電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榛跍厝岬?br> 5(weicher)切換過(guò)程能夠明顯減小噪聲。 假設(shè)根據(jù)本發(fā)明的方法用于異步電動(dòng)機(jī)，在所述異步電動(dòng)機(jī)中為了改變轉(zhuǎn)速，至 少兩個(gè)繞組可借助于兩個(gè)電子開關(guān)(特別是三端雙向可控硅開關(guān))連接。為了按照所期望 的轉(zhuǎn)速對(duì)三端雙向可控硅開關(guān)進(jìn)行控制，所述異步電動(dòng)機(jī)具有用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法 的電子控制器。所述控制器通常為數(shù)字控制器，其中在控制器中以軟件的形式執(zhí)行根據(jù)本 發(fā)明的方法。尤其有利的是所述異步電動(dòng)機(jī)是一種帶有循環(huán)泵機(jī)組的單相供電的電動(dòng)機(jī)， 所述電動(dòng)機(jī)的主繞組由第一繞組構(gòu)成并且其輔助繞組由第二繞組或其它的繞組構(gòu)成，如在 現(xiàn)有技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)中所公知的那樣。通過(guò)在異步電動(dòng)機(jī)的控制器中實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的 方法，輸入電功率超過(guò)500瓦、優(yōu)選甚至超過(guò)lkW的異步電動(dòng)機(jī)能夠在使用簡(jiǎn)單的電子開 關(guān)，特別是三端雙向可控硅開關(guān)的情況下控制轉(zhuǎn)速，且噪聲排放相對(duì)較小并且沒有對(duì)功率 因數(shù)不利的影響，因此所述異步電動(dòng)機(jī)注定能夠與濕式電動(dòng)機(jī)相結(jié)合地使用，例如其通常 用于驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵。


下面根據(jù)附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。其中 圖1示出了具有主繞組和輔助繞組的單相電網(wǎng)供電的異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化電路圖， 圖2示出了三相供電的異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化電路圖， 圖3示出了在切換之前、切換期間和切換之后主繞組上的有效電壓，下面是相位 角控制的相應(yīng)的滯后角， 圖4示出了供電電壓的電壓波形，下面是在切換之前、切換期間和切換之后主繞 組的電壓波形， 圖5示出了供電電壓的電壓波形和主繞組在切換到較低電壓水平時(shí)的電壓波形， 圖6示出了主繞組在切換到較高電壓水平時(shí)的圖5的電壓波形， 圖7示出了在使用不同的連通方法中進(jìn)行切換時(shí)主繞組上的有效電壓，下部是相
應(yīng)的滯后角，以及 圖8示出了位于主繞組上的電壓以及在主繞組中的感應(yīng)電壓，下部是切換時(shí)在主 繞組中流動(dòng)的電流。
具體實(shí)施例方式
圖l示出的異步電動(dòng)機(jī)具有第一繞組l，其構(gòu)成主繞組；以及輔助繞組，其由三個(gè) 部分繞組Auxl，Aux2和Aux3組成，該三個(gè)部分繞組與電容器2串聯(lián)并與三端雙向可控硅開 關(guān)形式的電子開關(guān)TO連接，并且如根據(jù)圖l示出的電路圖所示地與并聯(lián)至主繞組l的電網(wǎng) 供電電壓Vinput連接。三端雙向可控硅開關(guān)形式的電子開關(guān)T1，T2和T3被分別配備給輔助 繞組Auxl，Aux2和Aux3，輔助繞組可通過(guò)該電子開關(guān)全部地或部分地與主繞組1串聯(lián)連接。
此外還設(shè)有開關(guān)T4，其與主繞組串聯(lián)并使主繞組1與電源斷開或連接。除了開關(guān) TO(其在電機(jī)運(yùn)行時(shí)始終閉合且對(duì)于電動(dòng)機(jī)的停機(jī)是必需的)之外，在開關(guān)T1到T4的操作 中其中之一閉合，而另外三個(gè)打開。通過(guò)切換能夠控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)主繞組1上加載供電電壓Vinput時(shí)，在開關(guān)T4閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)行。通 過(guò)閉合開關(guān)T3或T2以及最后的T1來(lái)控制電動(dòng)機(jī)從而降低轉(zhuǎn)速。在最后的情況下，主繞組
61的所有的輔助繞組被串聯(lián)，因此在主繞組上的電壓最小。通過(guò)在開關(guān)T1， T2， T3， T4之間 切換，電動(dòng)機(jī)能夠以幾乎任意的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，所述轉(zhuǎn)速位于當(dāng)閉合開關(guān)T1到T4時(shí)分別在結(jié)束 位置(Endstell皿g)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速之間，這屬于現(xiàn)有的技術(shù)。 當(dāng)切換轉(zhuǎn)速時(shí)，即例如當(dāng)在供電電壓的零點(diǎn)打開開關(guān)T3并同時(shí)閉合開關(guān)T4時(shí)， 在主繞組1上，尤其是在大功率電動(dòng)機(jī)的主繞組上會(huì)出現(xiàn)相對(duì)較高的電流峰值。為了避免 這個(gè)問(wèn)題，在根據(jù)本發(fā)明的方法中并非如現(xiàn)有技術(shù)在供電電壓Vi,t的過(guò)零點(diǎn)處幾乎同時(shí)連 通，而是如圖3到圖6中所詳細(xì)示出地近似逐級(jí)地連通。 在圖3中時(shí)間軸的左側(cè)所示出的第一開關(guān)過(guò)程中，閉合開關(guān)T2時(shí)所產(chǎn)生的位于主 繞組1上的電壓V^2逐漸地升高到在所述開關(guān)過(guò)程之后、當(dāng)開關(guān)T3閉合且開關(guān)T1、 T2和 T4打開時(shí)所產(chǎn)生的位于主繞組1上的較高的電壓VAuxl。 為了進(jìn)行切換，在供電電壓Vinput的過(guò)零點(diǎn)時(shí)開關(guān)T2打開，并且開關(guān)Tl和T4仍然 打開，當(dāng)然開關(guān)T3通過(guò)開關(guān)的相位角控制首先保持打開。相位角控制這樣實(shí)現(xiàn)使電壓有 效值(RMS值)逐漸與切換后位于主繞組l上的電壓(如其在開關(guān)T3閉合時(shí)所給出的)匹 配。因此，如圖3所示，在向高壓切換(Hochschalten)時(shí)，通過(guò)在其滯后角減小到0的三個(gè) 步驟3中的相位角控制來(lái)觸發(fā)開關(guān)T3。通過(guò)這種方式，主繞組并非如現(xiàn)有技術(shù)那樣特別地 (adhoc)被加載較高的電壓VA^，而是以幾乎逐級(jí)的方式被加載電壓VA^。階段3在時(shí)間上 由通常為50Hz的供電電壓的頻率確定，使得每個(gè)階段3持續(xù)10ms的時(shí)間間隔。在圖3所 示的實(shí)施例中，通過(guò)兩個(gè)中間階段完成向高壓切換，即在20ms之后結(jié)束切換過(guò)程并對(duì)主繞 組1供給較高的電壓VAuxl。在圖3中僅示例性示出了相位角控制的兩個(gè)階段，在切換時(shí)所 選的階段3或步驟3越多，切換過(guò)程越溫柔，即在電動(dòng)機(jī)繞組1中出現(xiàn)的電流峰值越少。
在圖3所示的開關(guān)順序中，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后從VAuxl切換到VAux2，其中以相反的方 式打開開關(guān)T3并閉合開關(guān)T2。這通過(guò)多個(gè)階段3實(shí)現(xiàn)，此處例如為兩個(gè)階段3。在切換到 較低的電壓時(shí)(此處為VAux2)，開關(guān)T2首先保持打開，但是另外還打開開關(guān)T3，確切地說(shuō)首 先只是短時(shí)間的，也就是在一個(gè)較短的時(shí)間間隔內(nèi)，該時(shí)間間隔選擇為，使得在繞組1上可 以得到一個(gè)低于電壓VA^但明顯高于電壓V^的有效電壓。其以同樣的方式通過(guò)如上所 述的相位角控制實(shí)現(xiàn)。但是利用相位角控制的操作在向下切換到較低電壓時(shí)與在向上切換 時(shí)不同，其中選擇從0上升到預(yù)定值的滯后角。在此，這樣選擇預(yù)定值，使得能夠產(chǎn)生有效 電壓，該有效電壓大約相當(dāng)于應(yīng)該向下切換到的電壓(此處即VAuJ。如其中以相對(duì)較短的 時(shí)間間隔示出了全部四個(gè)開關(guān)過(guò)程的圖3所示，應(yīng)該說(shuō)明的是，通過(guò)在開關(guān)T2和開關(guān)T3之 間的這種往復(fù)連通(切換，toggling)在主繞組1上可得到短暫地平均位于VAuxl和VAux2之 間的電壓水平，并因此控制介于其間的轉(zhuǎn)速。 在如圖3中所示出的這些開關(guān)過(guò)程中，由圖4示出了與供電電壓Vi,t相比的位于 主繞組1上的電壓Vmain，其中，切換過(guò)程5從VAuxl向下切換到VAux2，而切換過(guò)程6則示出了 隨后的向高壓切換。如圖5所示的在向下切換時(shí)的電壓波形，圖6示出了在向高壓切換時(shí) 相應(yīng)的電壓波形，圖5和圖6的上部均示出了用于比較的供電電壓V—t，下部示出了在主繞 組l上得到的電壓Vm^。 如圖5示例性所示，此處通過(guò)三個(gè)階段3利用相位角控制進(jìn)行向下切換。在第一開 關(guān)過(guò)程5a中，開關(guān)T3(此時(shí)開關(guān)T2打開)以非常短的時(shí)間間隔，即相對(duì)于供電電壓Vinput的 波長(zhǎng)(36Q。)大約18°被延遲接通，從而得到電壓有效值，所述有效值開始僅略低于VA^。
7在隨后的開關(guān)時(shí)刻5b，時(shí)間的延遲通過(guò)相位角控制(即滯后角)被放大，在此處約放大到 36° 。隨后在第三個(gè)階段中，對(duì)于定時(shí)開關(guān)點(diǎn)(Zeitschaltpunkt)5c再次進(jìn)行進(jìn)一步的約 至72°的接通延遲，因此在此處通過(guò)三個(gè)階段將電壓水平從VA^向下導(dǎo)引到V^2。然后最 終在開關(guān)時(shí)刻5d同時(shí)打開開關(guān)T3并閉合開關(guān)T2，因此此后位于主繞組1上的電壓為VAux2。
在向高壓切換時(shí)基本上以相反的方向執(zhí)行這一過(guò)程。在圖6中用6a至6d表示相 應(yīng)的開關(guān)時(shí)刻。在向高壓切換到較高的電壓水平時(shí)，直至此時(shí)為主繞組1提供供給電壓的 開關(guān)T2當(dāng)然目前是打開的。其上具有隨后的更高電壓水平的開關(guān)T3在時(shí)間點(diǎn)6a上保持 打開，并且當(dāng)然已經(jīng)通過(guò)相位角控制被觸發(fā)，更確切地說(shuō)目前具有相對(duì)較大的滯后角(此 處為76° )以便產(chǎn)生僅超過(guò)當(dāng)前電壓VA^少許的有效電壓。由此滯后角Z在此處以相反 的方式減小至O，直到開關(guān)T3在時(shí)間點(diǎn)6d持續(xù)閉合，且其余的開關(guān)Tl、 T2和T4打開。
如圖7和圖8所示出的開關(guān)過(guò)程，除了通過(guò)相位角控制以外，也可以用其它的方法 實(shí)現(xiàn)向下切換到較低的電壓水平，即通過(guò)確定主繞組1中的感應(yīng)電壓并與切換過(guò)程后位于 主繞組1上的電壓VAuxl比較。在圖7中用3a表示的延遲時(shí)間不是預(yù)定的，而是由第一繞 組1上的感應(yīng)電壓的波形確定。圖8上部的圖表示出了位于主繞組1上的電壓Vmain以及在 主繞組1中的落后于電壓Vmain的感應(yīng)電壓VBEMF。如在圖8下部的圖表所示，清楚示出了在 打開開關(guān)T1、T2和T4時(shí)開關(guān)T3同樣也被打開的連通時(shí)間點(diǎn)t"此時(shí)間點(diǎn)^后在繞組中沒 有電流流過(guò)。現(xiàn)在測(cè)量主繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓V皿F并等待，直到所述電壓下降到值Va^。 一旦處于這種情況，用t2表示這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，則開關(guān)T2被觸發(fā)閉合并且此后主繞組1被供給 電壓V自2，直到隨后再次向高壓切換。如圖7所示，在此實(shí)施例中位于^和t2之間的時(shí)間 間隔3a近似為180° ，近似為供電電壓Vmain的半個(gè)波長(zhǎng)。 在根據(jù)如圖1所示的電路圖的上述實(shí)施例中，雖然描述了通過(guò)操作開關(guān)T2和開關(guān) T3所進(jìn)行的向高壓切換和向下切換，但應(yīng)該理解的是，可以以類似的方式實(shí)現(xiàn)在Tl和T2之 間以及在T3和T4之間的切換。始終通過(guò)向第一繞組輸送較高電壓的開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)相位角控 制。 此外，還可以通過(guò)在根據(jù)圖1的輔助繞組線路中連接有與電容器2和開關(guān)T0并聯(lián) 的其它的電容器來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，所述其它的電容器具有與其串聯(lián)的開關(guān)。以此方式， 位于主繞組1上的電壓相應(yīng)地與電容量相匹配，使得不同的電容量提供不同的轉(zhuǎn)速。利用 兩個(gè)并聯(lián)的電容器能夠?qū)崿F(xiàn)三種電容量變化，這些電容量變化可以通過(guò)控制器分別相應(yīng)地 接通所實(shí)現(xiàn)的電壓。 盡管參照根據(jù)圖1的單相電網(wǎng)供電的異步電動(dòng)機(jī)描述了根據(jù)本發(fā)明的方法，如在 圖2中示例性示出的，所述方法也可以用于三相電網(wǎng)供電的異步電動(dòng)機(jī)以及三相異步電動(dòng) 機(jī)中?？梢酝ㄟ^(guò)接入另一繞組AuxO來(lái)擴(kuò)展第一繞組。為此又設(shè)置了兩個(gè)開關(guān)，即開關(guān)TA 和TB。為清楚起見僅示出了以星形連接方式連接的三相異步電動(dòng)機(jī)的一組線路。可以以與 上述類似的方式通過(guò)與繞組AuxO接入或與繞組AuxO斷開來(lái)實(shí)現(xiàn)切換，可以在所有的三個(gè) 線路中相應(yīng)地實(shí)施本方法。本方法不限于星形連接的三相異步電動(dòng)機(jī)，而是還能夠相應(yīng)地 用于三角連接的三相異步電動(dòng)機(jī)中，在這種情況下繞組1和AuxO分別位于三角形的一側(cè)， 其中開關(guān)TA和TB中的一個(gè)將三角形的頂端和電網(wǎng)電源的一相連接，而另一個(gè)開關(guān)與位于 繞組l和繞組AuxO之間的點(diǎn)連接(三角連接未示出)。根據(jù)本發(fā)明的方法也可以以簡(jiǎn)化的 方式通過(guò)星形連接的三相交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，其中三個(gè)繞組中的兩個(gè)繞組均分別都通過(guò)開關(guān)與主供給電壓的相應(yīng)的相連接，從而可以用類似的方式與繞組接通或斷開。 附圖標(biāo)記列表 1第一繞組(圖1中的主繞組) 2輔助繞組的電容器 3階段，步驟 5切換過(guò)程，接通到低電壓 6切換過(guò)程，接通到高電壓 TA， TB三端雙向可控硅開關(guān) T0至T4三端雙向可控硅開關(guān) Auxl， Aux2輔助繞組的部分 Aux3輔助繞組的部分 Aux0圖2中的其它繞組 Vinput電動(dòng)機(jī)的輸入電壓 Vm^第一繞組上的電壓 Vauxl繞組1與繞組auxl串聯(lián)時(shí)繞組1上的電壓 Vaux2繞組1與繞組auxl和aux2串聯(lián)時(shí)繞組1上的電壓 ^時(shí)間點(diǎn) t2時(shí)間點(diǎn) Z滯后角
權(quán)利要求
一種用于控制具有至少兩個(gè)繞組的異步電動(dòng)機(jī)的方法，在所述異步電動(dòng)機(jī)中，為了改變轉(zhuǎn)速，將第一繞組和至少一個(gè)第二繞組借助于至少兩個(gè)電子開關(guān)連接，其特征在于，在切換時(shí)在一個(gè)或多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)控制該兩個(gè)開關(guān)的打開。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在切換時(shí)打開所述一個(gè)開關(guān)是相位角控制 的一部分，所述相位角控制的滯后角逐漸地變化。
3. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過(guò)與所述第一繞組串聯(lián)的電子開 關(guān)，尤其是三端雙向可控硅開關(guān)實(shí)現(xiàn)所述相位角控制。
4. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第一繞組構(gòu)成單相電網(wǎng)供電的 異步電動(dòng)機(jī)的主繞組，所述第二繞組和可能的其它的繞組構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)輔助繞組的一部 分。
5. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，設(shè)有其它繞組，所述其它繞組與所述 第一繞組能串聯(lián)連接以改變轉(zhuǎn)速，其中每個(gè)繞組均配備有電子開關(guān)，特別是三端雙向可控 硅開關(guān)。
6. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述相位角控制通過(guò)所述開關(guān)實(shí)現(xiàn)， 所述開關(guān)為所述第一繞組加載較高的電壓。
7. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在切換到施加在所述第一繞組上的 較高電壓時(shí)，利用能減小至0的滯后角來(lái)進(jìn)行所述相位角控制。
8. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在切換到施加在所述第一繞組上的 較低電壓時(shí)，利用增加到預(yù)定值的滯后角來(lái)進(jìn)行所述相位角控制。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在切換到施加在所述第一繞組上的較低電 壓時(shí)，根據(jù)在所述第一繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓來(lái)觸發(fā)開關(guān)過(guò)程。
10. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在切換到施加在所述第一繞組上的 較低電壓時(shí)，使所述第一繞組與供電電源斷開，直到在所述第一繞組中的感應(yīng)電壓下降至 該較低電壓的水平。
11. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法用于產(chǎn)生在所述電動(dòng)機(jī)繞組 固定連接時(shí)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速之間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
12. —種具有至少兩個(gè)繞組(l，Aux)的異步電動(dòng)機(jī)，在該異步電動(dòng)機(jī)中第一繞組(1)能 借助至少兩個(gè)電子開關(guān)(T0至T4)與第二繞組(Aux)連接以改變轉(zhuǎn)速，并具有用于執(zhí)行如 前面任一權(quán)利要求所述的方法的電子控制器。
13. 如權(quán)利要求12所述的異步電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述異步電動(dòng)機(jī)是循環(huán)泵機(jī)組的 單相供電電動(dòng)機(jī)，所述異步電動(dòng)機(jī)的主繞組由所述第一繞組(1)構(gòu)成，所述異步電動(dòng)機(jī)的 輔助繞組由所述第二繞組或其它的繞組(Aux)構(gòu)成。
14. 如權(quán)利要求11或12所述的異步電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述異步電動(dòng)機(jī)的電輸入功 率超過(guò)500W，優(yōu)選超過(guò)lkW。
全文摘要
一種用于控制具有至少兩個(gè)繞組的異步電動(dòng)機(jī)的方法，第一繞組和至少一個(gè)第二繞組借助于至少兩個(gè)電子開關(guān)連接以便改變轉(zhuǎn)速。為了避免電流峰值，在切換時(shí)以一個(gè)或多個(gè)時(shí)間間隔打開兩個(gè)開關(guān)。
文檔編號(hào)H02P25/18GK101772883SQ200880101707
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者克勞斯·斯洛斯·詹森, 延斯·恩金·澤倫森, 揚(yáng)·卡羅·奧勒斯楚普 申請(qǐng)人:格倫德福斯管理聯(lián)合股份公司