电动机速度变化及调节的方法和系统 本发明涉及一种电动机速度变化及调节的方法。它也涉及一种用于实施该方法的系统。这里尤其涉及单相交流电动机、如通用电动机。
现在电动机速度调节的方法或是使用对速度的直接测量，或是根据对物理量、如正比于速度的或电动机吸取的电流强度的电位差考察及测量来估算该速度。在后一情况下，涉及在与电动机串联的一个分流器端子上检测正比于吸取电流的电位差。该信号接着被积分并然后与一个规定电压相比较。该比较的结果引起触发三端双向晶闸管的一个延时，这允许补偿电动机加载及减载时产生的速度变化。这种普遍采用的调节方法尤其使用在专用或指定用于速度调节的集成电路中。
本发明的目的是推出一种新的速度调节方法，它能比现有方法提供更大的使用灵活性，并具有低的实施成本。
该目的将通过一种用于改变及调节电动机速度的方法来实现，该电动机由交流电压源通过可控开关装置供电，用于对该电动机施加可变波形的电压，该方法包括调节所述可控开关装置地周期性触发瞬间。
根据本发明，该方法还包括以下步骤，至少每交流电压周期一次：-计算与一个时间窗中吸取的电流相应的面积值，该时间窗限定在电流建立瞬间及电流消失的下一瞬间之间；-计算可控开关装置下一截止持续时间；-及在该截止时间结束时控制所述开关装置的触发。
我们通过根据本发明的方法考虑到构成电动机吸取电流强度的物理量便能获得更好的可靠性。该方法还提供了控制键盘、显示器及其它所有部分或安全功能的可能性。因此可以考虑通过使用键盘调节速度的可能性。速度及工作程序可被预编程。根据本发明的方法可适用于低速度的调节。我们还可考虑最大负载电流的限制及双向晶闸管状态(通路或断路)的测量。应当指出，根据本发明的方法获得的速度调节被证实具有比现有调节方法能得到的性能更好的性能。
对于面积值的计算最好以下列方式实现：
-在电流建立瞬间及电流消失的瞬间之间的时间窗中采样电动机吸收电流强度的多个采样值，
-根据采样到的采样值计算面积单元，
-对这些面积单元求和，以确定一个面积值，它相应于在可控开关装置一个导通期间被电动机吸取的电流。
在根据本发明的一个有利实施形式中，使用以下关系计算双向晶闸管的下一截止时间的初始持续时间：t′=Tv2-kv·PI]]>
式中，Tv是供电交流电压的周期，
kv是与电动机类型及所需速度相关的比例系数，及
PI是与计算的面积值相关的一个参数。
对于其中面积值及截止时间参数之间不具有线性关系的工作区域，参数PI可被有利地用作存储与面积值相对应的截止时间t’的存储区的指针。
当证实具有该线性时，则将该面积值SI作为参数PI。
对于其中电动机要增加功率的过渡区域，根据本发明的方法还包括对每个下一截止时间的持续时间的校正，该校正相应于下一截止时间t+与最后施加的截止时间t”之差，该差值被限定在所计算的新截止时间t’与最后施加的截止时间t”之差的预定分数f上。
此外，可以考虑使用以下关系式计算功率校正系数C：C=2(1,5-sin(2.π.t+Tv))]]>及用功率校正系数C除预定分数f。
相反地，对于可控开关装置导通时间减小所对应的过渡区域，可考虑直接地施加计算的新截止时间t’。
可使用以下关系式计算面积值(SI)：SI=(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>式中，Il，Ij，...In表示吸取电流强度的采样值。
根据本发明的另一方面，提出一种用于调节电动机的速度的系统，该电动机由交流电压源通过可控开关装置供电，用于对该电动机施加可变波形的电压，该系统用于实施根据本发明的方法，该系统包括：-用于确定所述可控开关装置的周期性触发瞬间的装置，-用于将触发控制信号供给所述可控开关装置的装置，及-用于测量被电动机吸取的电流的装置。
根据本发明，该系统还包括控制及处理装置，其用于：-计算与一个时间窗中吸取的电流相应的面积值，该时间窗限定在电流建立瞬间及电流消失的下一瞬间之间；-计算可控开关装置下一截止持续时间；-及在该截止时间结束时控制所述开关装置的触发。
从以下的说明中将会阐明本发明的其它特征及优点。在附图中作为非限制性例子给出：
-图1是根据本发明的速度调节系统的第一实施例的构图；
-图2是根据本发明的速度调节系统的第二实施例的构图；及
-图3是包括通过根据本发明的调节方法监测到的多个特征波形的时序图。
我们现在将参照图1及2来描述根据本发明的调速系统的两个实施例。
根据本发明的调速系统1用于调节一个电动机M的速度，该电动机例如是由一个单相交流电源(L，N)通过一个三端双向晶闸管15供给可变电压的通用电动机。为了测量电流，由通常四个二极管D1-D4以桥式构成的全波整流电路19与双向晶闸管15及电动机M形成串联，一个电阻R被连接在该整流电路的输出端。该电阻端子上的电压提供了流过电动机M的电流的指示。
调节系统1围绕着一个微控制器10构成，该微控制器由与交流电源(L，N)相连接的电源及同步组件18供电。微控制器10在其输入端上接收来自被电源及同步组件18控制的初始化组件的信号和来自保安组件16的信号。
调节系统1还包括：一个电流测量组件11，在其输入端接收电阻R端子上的电压并对微控制器10提供一个代表吸取电流的输入信号；双向晶闸管15的控制接口组件12，它接收由微控制器10发出的控制信号；一个键盘13及一个显示器14。微控制器包括模-数转换功能，用于在其内部产生吸取电流的数字表示。
参照图2-其中与图1中相同的部分及组件由相同的标记表示，我们可以考虑，在根据本发明的速度调节系统2中测量吸取电流的另一构型。在该另一构型中仅借助一个二极管D来实现电阻R端子上电压的半波整流。
现在，主要参照图3来描述根据本发明的调节方法的一个实施例。该方法首先包括一个计算面积值SI的程序，其包括下列步骤：
-在电流建立瞬间ti及电流消失的瞬间tf之间采样n个数目的电动机吸收电流强度的采样值，
-计算面积单元，
-对面积单元求和，
-计算出面积值SI。
对于电流采样，采样周期tl例如选择等于50μs。该采样是在一个采样持续时间TI期间在电流建立瞬间ti及电流消失的瞬间tf之间进行检测。在该采样持续时间上进行采样的数目n可由以下关系式确定：n=TIt1+1]]>
面积单元sl，..，s(n-1)的计算以下列方式进行：sl=t1I1+I22]]>s(n-1)=t1I(n-1)+In2]]>
然后，对这样计算的所有单元进行求和：SIl=Σe=1e=(n-1)Se]]>
或为，SIl=t1(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>
面积测量的精确度取决于采样周期值t1。采样周期愈小，该精确度就愈高。此外，该采样周期实际上是选择得恒定不变的，这就允许处理面积值SI时不再参考参数t1。
因此面积值SI可用以下方式表态：SI=(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>
现在来描述计算双向晶闸管15触发延迟时间的一个计算方式。电动机的起动以渐进方式进行，直到该面积值达到一个最小值SImin为止。超过该值时，根据本发明的调节方法开始工作并执行以下操作：
-a)在每个扇形周期或每半波上计算面积值SI；
-b)使用以下关系计算双向晶闸管的下一截止时间的初始持续时间(t’)：t′=Tv2-kv·PI]]>
式中kv是与电动机类型及所需速度相关的正比系数，及
PI是代表面积值SI的一个参数，
及在截止时间逐渐变化的情况下，
-c)计算一个功率校正系数C，及
-d)计算施加给双向晶闸管的有效截止时间。
在这样的工作区域中参数PI相应于SI，对于这些工作区域参数t’及面积值SI之间被证实是线性的。在相反的情况下，参数PI被用作存储截止时间t’的存储区的指针。在线性区域中，截止时间t’可由下列关系式确定：t′=Tv2-kv(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij)]]>
实际上，为了避免电动机的所有泵激现象，双向晶闸管触发时间的校正以下列方式执行：
-在双向晶闸管导通时间增加方向上持续地迫近调节；
-在双向晶闸管导通时间减小方向上急剧地进行调节。
事实上，如果电动机需要被减少功率，可直接地施加新的触发时间，而无需特别的注意。电动机的惯性通常缓冲了可能出现的速度跳变。
相反地，如果电动机需要被增加功率，双向晶闸管的新触发时间应以渐变的方式施加。为此，计算双向晶闸管最后截止时间t”及计算的新截止时间t’之差的一个预定分数，例如八分之一。所施加的最后截止时间t-及这样计算的分数值之差给出双向晶闸管下一暂定截止时间t+。于是对于暂定截止时间t+可获得以下关系式：
t+＝t-+f(t’-t-)
t+＝t-(1-f)+(f.t’)或为，t+=t-(1-f)+f(Tv2-kv(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij))]]>
使用以下关系进行功率校正系数C的计算：C=2(1,5-sin(2.π.t+Tv))]]>
该功率校正系数的使用能给电动机带来正比于双向晶闸管导通时间的功率，而与其在正弦波中的位置无关。
因此，双向晶闸管的最后截止时间tc为：tc=(C-fC)t-+fC(Tv2-kv(I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij))]]>
作为电流强度采样值及在先截止时间t-的函数，该截止时间tc的完全表达式如下地给出：tc=(2(1,5-sin2.π.(Tv)-1(t-(1-f)+f(Tv2-kv|I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij|))))(-1)×]]>(((2(1,5-sin2.π.(Tv)-1(t-(1-f)+f(Tv2-kv|I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij|))))-f)t-+f(Tv2-kv|I1+In2+Σj=2j=(n-1)Ij|))]]>
该计算可在8位微控制器、如Intel公司的微控制器8051中毫无困难地进行。
应该指出，刚才所述的方法步骤将在供电电压的每个周期或半周期上周期性地重复进行。对于由微控制器执行这些步骤所需的计算时间在供电电压波周期的前面实际可被忽略。对吸取电流的测量值用8位模-数转换，原则上对于获得电动机的正确调节是能满足的。
当然，本发明并不被限制在刚才所述的例子上，在不脱离本发明的范围的情况下可对这些例子作出各种修改。并且，根据本发明的方法可被使用在比这里所述的系统更复杂的供电及调节系统中。此外，还可以考虑其它方式的功率校正及截止和导通时间的逐渐变化。