[发明专利]控制交流马达转速的系统

说明书

本发明涉及控制交流马达、尤其是电容马达或罩极马达转速的系统，在这种情况下，连接在该马达上游的可控电子开关器件由控制装置激励，使得正弦输入交流电压用来产生可变的马达交流电压，以改变转速。

电容马达或罩极马达一般都用单相交流电源工作，并且，例如，用来驱动风扇、泵等。在这种驱动的情况下，例如，在驱动风扇的情况下，对于不同的工作方式往往需要通常是特定步进方式的各种可用的功率电平(气流等级)。这样，例如，在排烟罩的情况下，可以使用各种风扇转速，以便改变(增/减)空气流量。在空调系统、热交换器中，或者一般地说，在风扇和泵驱动(流动机械)的情况下，也往往调整转速，尤其是以步进的方式。

对于较低的功率电平，为此目的，一般都通过分档开关在马达的电流通路上串联不同大小的电阻，以此达到降低马达电压，从而改变转速的目的。但是，由于降落在电阻上的电压引起功率损失，就是说转变为热，在许多情况下还要散热，所以这种方法是非常不经济的。

德国专利DE 42 22 431 A1公开了一种分级绕组切换系统，用于单相马达，其中可以借助于多个三端双向可控硅开关器件或闸流管，在多个辅助绕组之间切换，以改变转速。但是，这样的绕组切换很复杂，因为绕组的起端和绕组的末端都必须引出到外面，以便连接它们。另外，每一个切换级都必须设置单独的切换元件(三端双向可控硅开关器件、闸流管)。

DD 94 666公开了上述一般类型的系统。该文献专门描述了一种调整无刷感应马达，特别是异步鼠笼转子式马达转速的方法。在这种情况下，把两个背靠背连接的闸流管形式的开关器件连接在马达的上游，或马达绕组的上游，用控制装置驱动它们，分别使电源电压的整个半周或整个周期断开或接通(直通)。这可以改变马达电压的频率。但是，已经发现，这样操作的结果是效率相对较差。

民主德国专利DD 216 586和德国专利DE 28 42 391 A1都公开了类似的方法，尽管它们专门涉及三相或多相马达的应用。但在这种情况下，在所有情况下也都把作为马达电压的电源电压的整个周期断开或直通。

德国专利DE 38 30 196 A1公开了一种利用相位选通控制器作为变频器的方法。在这种情况下，也是在所有情况下都总是通过预设一个相应地大而不变(恒定)的选通角把电源电压的整个周期断开。因而在传统意义上这实际上并非相位选通控制器，因为各个周期总是或者完全直通，或者完全通不过，实际上从来没有仅仅部分选通。在断开和直通的半周之间周期地改变，结果得到其基频是要求的、希望的频率的电压分布曲线。

另一方面，德国专利DE 34 27 479 A1现已公开了一种鼠笼转子式马达用的每相有两个(可以平行地但相反地控制的)电流通路的三相控制器电压半周的选通控制方法。在这种情况下，为了使三相马达运行在分级工作转速下，以这样一种方法以不同的模式选通正半周和/或负半周，以便获得一种不同于电源频率的频率，从而以适当的方法改变转速。但是，该方法只涉及三相马达，而不涉及单相交流马达，诸如电容马达或罩极马达。

所有这些已知的控制系统都有一个效率较差的主要缺点，在某些情况下还出现干扰性噪声。

本发明的目的是提供这种一般类型的控制系统，藉此实现最优的、低噪声马达运转，尤其是在一个宽阔的转速调整范围内具有改进了的效率和改进了的转矩特性，而且最好是在很大程度上不依赖于负载。在这种情况下，还希望能够实现一种利用技术上简单而成本低的的装置的控制方法。

按照本发明实现这一点的方法是，用这样一种方法设计控制装置，即通过相位选通，使各半周具有周期循环的触发角，从而改变马达交流电压的基频和/或振幅。在这种情况下，周期的长度决定了基频。按照本发明，这样就可以利用输入的交流电压(一般来自电源电压)来产生实际上任意要求个数的具有不同基频和/或波形的马达交流电压，从而有可能做到使马达运转总是最优的、尤其是具有良好效率和高的启动转矩。