控制电动机和电气设备的方法 本发明一般涉及电动机控制领域，更具体地涉及到控制电动机，特别是控制交流电动机和带有此类电动机的电气设备的方法。
控制可变速交流感应电动机的常规技术是利用电动机的电压-频率特性。在这种常规技术中利用了图1中所示的图形。图中的横轴表示电动机转子的频率fST，纵轴表示加于电动机定子绕组上的电压V。图1所示的频率-电压曲线仅适用于电动机的正常负荷。这类图通常是由电动机的制造厂家所提供的。它既可以通过测量特性得到，也可以近似地通过计算得到。频率-电压曲线1上的所谓基本点B表示在正常负荷下电动机运行的最佳条件。
参考图2较为详细地说明图1所示的频率-电压曲线是如何应用于现有技术的电动机控制的。
图2所示为有定子21和转子22的交流感应电动机20。电动机20是由微控制器24控制。
定子21的绕组连接到接在直流供电电压U上的逆变器26上。微控制器24通过6条线路32连接于逆变器26。6条线路32由3对双线组成。每一对线分配给电动机20的三相电压中的一相，在图2中由三条供电线路27，29和31表示。通过线路32中的每一对线，在逆变器26上加以适当地开关信号来控制一相的电压。通过属于微控制器24的脉冲宽度调制单元33产生开关信号。
微控制器24通过线路34接受输入信号，它表示电动机22所希望的旋转频率fdes。通过输入线路36，微控制器24接收表示电动机22实际旋转速度的速度信号。连接到电动机20及输入线路36上的测速发电机38提供这一速度信号。
输入线路34和36连接到电路40上，它使输入信号fdes和速度信号相减。
电路40的输出连接到滤波器42上，这一滤波器通常为比例-积分型或比例-积分-微分型滤滤器，用于平滑动机控制系统的脉冲响应。
滤波器42的输出经过线路43和44分别连接到逻辑电路45和脉冲宽度调制单元33上。滤波器42传递的信号代表所希望的定子频率fST，并应用于脉冲宽度调制单元33中，产生具有正确频率的适当开关信号序列，使得出现在供电线路27，29，31上的相电压各自负担了使得电动机20的定子绕组有所希望的定子频率fST的相电压。
需要有逻辑电路45来确定相电压所要求的幅值。参考图1中所示的图形来确定相电压幅值。通常是利用一张查阅表，将这类图形储存在逻辑电路45中。这样一来，便可以确定对应于所希望的定子频率fST所要求的定子电压或相电压。
所希望的定子电压VST由线路46传递到脉冲宽度调制单元33。在脉冲宽度调制单元33内，确定逆变器26的控制工作周期，它对应于产生供电线路27，29和31所希望的定子电压VST。。
这一电动机控制的现有技术的缺点在于使用了图1所示的固定型频率电压曲线，这条曲线仅仅在正常负荷情况下是最优的。当负荷非正常时，会降低电动机的效率：如果电动机过负荷，电动机的滑差较大，会造成较大的损耗。另一方面，如果负荷小于正常值，电动机便是过激的，它意味着滑差低，但定子电流高，所以损耗仍然高。因而需要改进电动机控制的方法和设备。
因此，本发明的重点问题是提供一种改进控制电动机的方法，并且改进包括这类电动机的电气设备。
本发明的问题基本上是通过应用独立权利要求中所述的特征来解决的。在从属权利要求中给出了本发明的进一步最佳实施例。
本发明的优点特别在于它不但在正常负荷下，而且在大范围的不同负荷下，提供了高效率的电动机控制。它最好是通过控制电动机来完成，不论负荷情况如何，电动机均能运行在最佳滑差频率下。其结果是电动机在宽的负荷范围内有最佳效率，因为最佳滑差频率是一个固定的电动机特性，它即不取决于施加于定子绕组的频率，又不取决于实际负荷。
将带有根据本发明的控制方法的控制电路的电动机安装到电气设备中是有好处的，由于优良的电动机性能使电气设备的总效率得到提高。由于根据本发明的电动机控制器可以用低成本来实现，本发明的一个特别应用领域是用于高价值的生活产品，诸如洗碗机，洗衣机或者汽车的动力转向装置。
图1所示为电动机的频率-电压曲线图；
图2所示为现有电动机控制系统的方块图；
图3所示为电动机滑差和电动机效率之间的相互关系；
图4所示为本发明的电气设备最佳实施例的方块图；
图5所示为本发明方法实施例的流程图。
图3所示为电动机的典型滑差-效率曲线2。图3所示图形的横轴为滑差S，它是出现在定子绕组上的电动机电压频率与转子的旋转频率之间的频率差。图3所示图形的纵轴为效率E。效率E表示加在电动机上的电能转换为转子机械运动的百分数。当电动机运行于它的最佳滑差频率Sopt时，效率E达到它的最大值EMAX。
现在参考图4，对应于本发明的一个实施例详细说明电动机是如何根据本发明来控制的，使它能在宽的负荷范围内运行在它的最佳滑差频率下。
图4的电气设备55带有电动机20。以下将采用相同的参考标号表示图2和图4中的相同元件。
如同参考图2的说明，电动机20从由脉冲宽度调制单元33所控制的逆变器26供电。
电气设备55进而包括有一个微控制器50。微控制器50通过线路34接受到表示电动机20的转子22所希望的旋转频率的输入信号。微控制器50也接受到表示转子22实际旋转频率的信号，这一信号是由测速度电动机38所产生，通过电路40，从通过输入线路34所接受的输入信号中减去。如同现有技术，由电路40输出的差信号由滤波器42滤波。所得到的信号表示了所希望的定子电压VST的幅值。
不采用图1所示的频率-电压型曲线来产生表示所希望的定子频率fST的信号。取而代之的是利用电路41，将输入线路34上的信号与由存储器52送来的表示电动机20最佳滑差频率Sopt的信号相加。典型的滑差频率是4Hz。
存储器52可以是能够贮存最佳滑差频率Sopt值的任何类型的存储元件。
最佳滑差频率Sopt与转子22所希望的旋转频率相加的结果是一个信号，它表示了用于电动机20最佳运行的定子21的定子绕组所希望的定子频率，该信号通过线路56供给脉冲宽度调制单元33。在该输入的基础上，脉冲宽度调制单元33确定控制逆变器26的切换频率。结果，电动机20的定子频率为转子22所希望的旋转频率加上最佳滑差频率Sopt。
其优点是不论负荷条件如何，最佳滑差频率Sopt总是加到转子22所希望的旋转频率上，这样一来，可以控制电动机20以最佳滑差，或者换言之以与负荷无关的最佳效率运行。
图5所示为根据本发明方法的一个实施例。在步骤60中，将电动机的最佳滑差频率Sopt与表示转子所希望的旋转频率的输入值相加，来确定所希望的定子电压频率。对应于图4所示的实施例，它由电路41执行，将出现在输入线路34上的输入信号与存贮器52中表示最佳滑差频率Sopt的信号相加。
在步骤62中，确定转子的实际旋转频率。
仍然参考图4，它由测速发电机38测量旋转频率完成。也可以利用其它测量技术，或者从可以测量的电动机的其它电气或物理特性推导出旋转频率。
在步骤64中，利用定子电压控制参数确定定子电压的幅值，或者换言之定子电压的幅度。从所希望的旋转频率减去转子实际旋转频率来确定定子电压控制参数。所得到的表示定子电压控制参数的差信号被滤波，以确定定子电压幅值。合适的滤波器是比例-积分或比例-积分-微分型滤波器。
参考图4，由电路40确定定子电压控制参数，由滤波器42对电路40的输出信号进行滤波，确定所得到的定子电压幅值。
在步骤66中，具有在步骤60中确定的所希望定子电压频率和在步骤64中确定的所希望定子电压幅值的定子电压供给电动机。