CN1032342C - 交流电动机驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种建筑材料及其制造方法的改进，这种矿渣砖是以硫铁矿烧渣为主要原料，加适量水泥、生石灰、水拌制，经过震动或加压成型、自然养护而成的一种新型墙体、路面建筑材料，它利用工业废渣代替粘土，石子，砂子，而且还解决了排放硫渣所占用农田。矿渣砖生产工艺简单，建厂投资小，不需要烧焙，也不需要增压或蒸汽养护，节约能源，成本低，经济效益显著，同时对消除污染和保护环境起到了良好的作用。

Description

交流电动机驱动系统
本发明总的说来涉及感应电动机驱动系统，更具体地说，涉及一种用以控制由两相供电电路供电的单相双绕组感应电动机的感应电动机驱动系统。
普通的分相电容器起动或电容器运行的单相感应电动机(在本技术领域中也叫做固定分相电容器式(PSC)电动机，以下也就这样命名)有两个定子绕组：一个“主”绕组和一个“起动”绕组。图1举例示出了一个PSC电动机100，该电动机有一个主绕组102和一个起动绕组104，两个绕组的一端连接在一起。主绕组102和起动绕组104都装在电动机100的定子(图中未示出)内，且在空间上彼此成一个与电动机100的额定转速有关的角度，例如，电动机为3600转/分的两极电动机时，这个角度为90度，这是本技术领域中所周知的。这类PSC电动机系设计成运行时其起动绕组104串联一个运行电容器，例如，运行电容器106。工业上电动机制造厂家一般的作法是，运行电容器不与电动机一起供应，而只规定足以使用户能采购和安装电容器所需要的电容器的参数，例如，电容值和额定功率。
PSC电动机100运行时，主绕组102以及串联连接的起动绕组104和电容器106彼此并联连接，直接跨接在单相电源110的两端。由于起动绕组104是通过电容器106励磁的，因而流经起动绕组104的电流，其相位角相对于流经主绕组102的电流偏移，从而当电动机运转时，使分别流经绕组102和104的电流之间的相位角为90度。由于绕组102和104中的电流之间具有一定的相位角，再加上这些绕组在空间上分开配置，因而产生一个旋转磁场，后者与电动机100的转子(图中未示出)感应耦合，从而给转子施加一个转动力。
电动机100的转与极力要与旋转磁场同步转动，但滞后旋转磁场一个“转差”系数，于是在转子上产生部分正比于转差值的转矩。
电动机100起动并加速到额定转速时的起动过程中，作用到电动机100的转子上的起动转矩也与流经绕组102和104的电流之间相位角的正弦成正比。因此，为使起动转矩达到最大值，在起动过程中需要达到90度的相位角。然而，由于运行电容器的指定参数只是取运行条件下而不是起动条件下的最优值，因而象电动机100这样的单相PSC电动机，其起动转矩通常是差的。因为制造厂家是根据绕组102和104在电动机100运转过程中而不是起动过程中的阻抗规定运行电容器106的电容值的。但本技术领域中都知道，电动机绕组阻抗的视在值在PSC电动机的起动过程中是变化着的，因而在起动过程中和运转过程中是不同的。由于电容器106的电容值是取运行时而不是取启动时的最优值，因而其大小在起动时是大小了。因此流经绕组102和104电流之间的相位角在起动过程中小于90度，而且起动转矩小于可能有的最大起动转矩。
本技术领域中补偿电容器106在起动过程中量不足的一个周知的解决方法是在电容器106两端接上一个起动电容器112来增加与起动绕组104串联的总电容值，从而增大流经起动绕组的电流、相位角以及电动机100的起动转矩。起动电容器112是在电动机一旦达到运行转速时借助于例如离心开关、正温度系数热敏电阻器(PTC器件)或继电器切断的。这样做的缺点是，尽管起动电容器112工作时通常提高了电动机100的起动转矩，但转矩仍然不因为使用了电容器112而在电动机100的整个起动过程中达到最大值。理想的情况下应该是，与起动绕组104串联的电容其大小在起动过程中必须不断地变化，以便在绕组102和104各自的阻抗变化时能保持所要求的相位角。
普通的单相PSC电动机通常是用于加热、通风和空调(HVAC)系统中驱动象风扇、泵和压缩机之类的系统负荷。出于各种各样的因素，例如，环境温度的日常和季节性的波动、受控环境中人们的活动以及受控环境中其它设备的间歇操作等，人们对HVAC系统各循环的要求其变化是很大的。因此，为确保受控制环境达到令人满意的温度，HVAC系统必须具有能适应“最坏情况”下各种条件的加热和/或冷却能力。因此，在比最坏情况较好的各种条件下，HVAC的超负荷能力通常是相当大的，而且必需在负荷不足的情况下运行。由于电动机(例如PSC电动机)的最高工作效率通常只是在电动机满负荷运行时获得的，HVAC系统负荷不足工作时就会使电动机在效率差的情况下运转。此外，为了满足HVAC系统负荷低于其容量的要求电动机需要开开停停，在这个意义上来说，它使电动机的工作效率大大下降。效率的这种进一步降低，包括电动机频繁起动所花的运行成本，以及这类电动机的使用寿命因起动过程中受到周知的热应力和机械应力而降低。
克服电动机的上述因HVAC系统过负荷而效率不足的解决办法是改变系统的容量以满足对系统的要求。改变HVAC系统容量的一种方法是按要求改变驱动HVAC系统负荷的电动机的转速。就诸如PSC电动机之类的单相电动机所驱动的HVAC系统负荷而论，为进行所要求的电动机转速控制，可能需要改变供到电动机的单相电源的频率。但就PSC电动机来说，其运行电容器(例如图1电动机100的电容器106)是取一系列特定运行条件(包括在标称频率，例如60赫，下运行)下的最佳值的。因此，PSC电动机在标称频率以外的频率下运行时，其转矩比最佳转矩小，工作效率也差。虽然可能在某些应用中，PSC电动机是通过微调单相电源的频率来达到很有限的转速控制的，但由于电动机终究系设计得使其在标称电源频率下达到最佳的工作特性的，因而这种偏离标称频率的调节只会降低其工作效率。
普通改变电动机的转速来调节HVAC系统容量的作法一般需要一台分别由两相或三相电源供电的两相或三相电动机。采用这类多相电动机和多相电源就可以通过改变加到电动机上的电压的频率来调节电动机的转速，同时保持电压/频率(伏/赫)比不变。伏/赫比保持不变相当于保持气隙磁通不变，并使电动机在传递额定转矩的同时保持高效率地运转。采用多相电动机比起单相电动机还具有其它一些优点，例如，由于取消了单相电动机所需用的起动和/或运行电容器，因而降低了锁定转子电流，提高了起动转矩，降低了满负荷电流，而且提高了可靠性。其缺点在于，这类多相电动机比同马力额定值的单相电动机贵。
这种采用多相电动机的应用通常需要提供通过供电电路从单相或多相线路电源引来的频率可调节的多相电力，该供电电路包括一个多相逆变器，耦合在电动机与线路电源之间。供电电路出故障时，这种布局的一个缺陷就显露出来了，而且不能将多相电动机直接接到线路电源上，例如，举例说，当三相电动机由一个由单相线路电源供电的逆变器驱动时，就是这种情况。因此供电电路出故障时必然使采用多相电动机的系统失灵，不能使用。
过去有人企图解决由单相电源馈电的多相电动机的备用电源问题，该解决办法需要过多的逆变器或附加电路装置供临时将多相电动机直接接到单相电源之用。然而，“模拟”多相电源所需用的附加电路装置可能不会真正提供多相电源，因而可能不会以最佳效率驱动多相电动机。
本发明的目的是提供一种能解决上述问题、克服普通驱动系统的缺点的交流电动机驱动系统。为达到上述目的。根据本说明书中的实施并广为介绍的本发明的用途，本发明提出一种驱动交流电动机的交流电动机驱动系统，该交流电动机有一个第一绕组和一个第二绕组，第一绕组具有第一端和第二端，以及第一绕组阻抗，第二绕组具有第一端和第二端，以及大于第一绕组阻抗的第二绕组阻抗。驱动系统包括两相供电装置，用以将输入电源电压变换成输出的两相交流电压。两相供电装置有一个公共端子、第一相输出端子和第二相输出端子。两相供电装置的公共端子适宜接到第一和第二绕组各自的第一端。两相供电装置的第一和第二相端子适宜分别接到第一和第二绕组的第二端。两相供电装置将输入电源电压变换成两相电压，加到第一、第二和公共端子上，以驱动电动机。
按照本发明的一个实施例，该两相供电装置包括一个脉宽调制(PWM)的逆变系统，输入电源为交流电源。驱动系统包括将输入的交流电源整流以提供直流电源电压的装置。PWM逆变系统包括一个三相逆变器电路，该电路的各输入端连接得使其接收直流电压，三个输出端分别对应于公共端子、第一相端子和第二相端子。PWM系统还包括开关装置和电压控制装置，开关装置在三相逆变器电路中，用以将直流电压变换成两相输出电压，电压控制装置用以控制开关装置的操作，使得第一相端子与公共端子之间产生两相输出电压的第一相，第二相端子与公共端子之间产生两相输出电压的第二相。
按照本发明的另一个实施例，交流电动机驱动系统适宜接到具有一个线路导线和一个中性导线的单相交流电源上。驱动系统包括两相供电装置，该供电装置有一个接单相电源线路导线的线路端子，用以将单相电源变换成两相输出电压。两相供电装置具有第一相输出端子和第二相输出端子。电动机第一和第二绕组各自的第一端连接驱动系统的中性端子，以连接单相电源的中性导线。电动机的第一和第二绕组的第二端分别耦合到两相供电装置的第一和第二相端子。
本发明的另外一些目的和优点将在下面的说明中部分介绍，从该说明中可以部分了解到，或者从本发明的实践中可以了解到。本发明的目的和优点将借助于本说明书所附的权利要求书中特别指出的元件和组合件付诸实现。
包括在本说明书中并作为本说明书的一部分的附图示出了本发明的一些实施例，这些附图连同上述说明用以说明本发明的原理。
图1是普通耦合到单相电源的PSC电动机的原理图。
图2是按照本发明的一个实施例耦合到两相电源的电动机的原理图。
图3示出了按本发明的一个实施例构制的电动机驱动系统。
图4示出了装在图3所示的逆变器电路中的一个电源开关装置。
图5是一个相量图，举例说明了图3的逆变器电路所产生的电压。
图6是控制图3逆变器电路的操作的电路方框图。
图7是图3和6中所示的电路在工作过程中所产生的电压波形曲线示意图。
图8A和8B是图3所示的逆变器电路在工作过程中所产生的电压波形的曲线示意图。
图9是图6所示电路另一个实施例的方框图。
图10是图9所示的电路在工作过程中所产生的电压波形示意图。
图11示出了按本发明的另一个实施例构制的电动机驱动系统。
图12是用于图11所示的系统中的控制电路的方框图。
现在仔细参阅本发明的一些最佳实施例，附图中示出了这些实施例的一些实例。只要可能的话，整个附图中采用同样的编号表示同样或类似的部件。
按照本发明所列举的一些实施例，提供了一种感应电动机驱动系统，其中双绕组单单相感应电动机(例如PSC电动机)耦合到一个两相供电电路上，使其两个绕组分别与供电电路的两相相连接。供电电路系构制和工作得使其提供使电动机在起动和运行期间其各绕组电流之间的相位角达到最佳相位角的电压。还使供电电路工作，而使单相电动机在工作过程中转速可以调节，同时以所有运转速度保持伏/赫比不变。
现在参看图2。图2图示了耦合到按照本发明的一个实施例提供的两相电源的单相感应电动机150。电动机150有两个定子绕组，即，主绕组152和起动绕组154，两绕组的绕组公共节点156处连接在一起。电动机150的绕组152和154跨接在两相电源的第一相电压VP1和第二相电压VP2两端。两相电源最好构制和使其工作得能提供其间的相位角合乎要求(例如90度)的相电压VP1和VP2，以便使电动机150达到最佳的工作特性。
电动机150最好是普通不带运行电容器的PSC电动机。因此，按照普通PSC电动机的一些特点，给绕组154配备的导线就较细，且绕组的匝数多于绕组152，从而使绕组154的阻抗大于绕组152。普通PSC电动机的另一个特点是，在由交流电源供电的工作过程中，加到起动绕组两端的电压比加到主绕组两端的电压大。绕组电压的这种差别，部分是由于运行电容器与起动绕组串联连接引起的。举例说，就普通通过一个运行电容器连接到一个单相交流230伏，60赫电源的交流230伏PSC电动机而论，加到主绕组两端的电压约为230伏，加到起动绕组两端的电压则可能提高20％左右，或为276伏。
考虑到绕组电压的这个差别，本发明所示实施例有这样的一个特点：电动机150所连接的两相电源系构制及工作得使VP2＞VP1。相电压VP1和VP2的相对值，最好选取电动机150如果不按本发明而是作为普通带有与起动绕组串联连接的运行电容器的PSC电动机在额定电压和频率下工作时其主绕组和起动绕组上电压的两倍。但在电动机150转速可调地工作的过程中，本发明的驱动系统改变了电压VP1和VP2绝对值，以维持各绕组的伏/赫比基本上恒定，同时保持以这些电压之间的比值(即VP2/VP1)表示的电压的相对值基本上恒定，这下面将更详细地介绍。
按照本发明所举的一些实施例，分别流入绕组152和154的电流之间的相位角差是通过操纵两相电源使其产生两相间的相位角合乎要求的电压VP1和VP2进行控制的，而不是由于装设与普通PSC电动机的起动绕组串联连接的运行电容器的结果。电动机150这样工作的好处在于，能够使各绕组电流之间保持在所选取的相移上，而与电动机转速无关。这样，只要伏/赫比保持不变，就可以使电动机在任何转速(包括对应于起动时的零转速在内)下提供的转矩在通常规定的范围内。由于加到电动机150各绕组上的电压其大小不一样，因而各绕组152和154能保持不同的伏/赫比。如下面将全面介绍的那样，提供两相电源的供电电路最好构制得使各电动机绕组在电动机轴转速整个范围内保持恒定的伏/赫比。
本发明可按几种不同的形式提供输送相电压VP1和VP2的两相电源。举例说，电源可作为两相交流发电机或由一根公共轴驱动的两个单相交流发电机提供，以便达到相移可调节的目的。交流发电机的输出电压是通过调节交流发电机的励磁电压进行调节的。在两个单相交流发电机的情况下，相位角可通过调节交流发电机的转子在公共轴上的角度进行调节。
电源也可作为一个“斯柯特连接”构制得使其将三相电源变换成两相电源的变压器提供。斯柯特变压器的相角是通过改变绕组的各抽头进行调节的。频率是通过改变输入电压的频率进行调节的。
这里，电源最好以供电电路的形式提供，该供电电路包括一个逆变器，用以通过电子学的方法产生两相电源。图3示出了按本发明的一个实施例构成的感应电动机驱动系统200。系统200最好构制得包括电动机150。系统200包括线路端子202和204，用以分别连接到单相交流电源的一条线路导线和一条基准或中性导线。系统200还包括一个全波整流电路206，该电路包括第一对串联连接、极性如图所示的二极管208和210以及第二对串联连接、极性如图所示且与第一对二极管并联连接的二极管212和214。整流电路206有一个正输出端子220和一个负输出端222，还有一个电容器224，跨接在输出端子220和222上，用以对整流电路206的直流电压输出进行滤波。二极管208和210之间的抽头节点226连接线路端子202，二极管212和214之间的抽头节点228接线路端子204。
整流电路206按周知的方式工作，将加到线路端子202和204上的单相交流电压进行整流，以便在其输出端子220和222上提供直流电压。输出端子220和222上直流电压的大小大致等于线路端子202和204上单相电压的均方根值乘以 。
系统200还包括一个三相逆变器电路230，该电路连接和使其工他得按下面将更详细介绍的方式给电动机150提供两相电源。逆变器电路230包括三个并联连接的桥式逆变器臂232、234和236，各臂由两个串联连接的电力开关器件构成。参看图4。各开关81—S6可作为一个与配套的反并接导通二极管242连接的晶体管、绝缘栅双极晶体管(inslated gate bipolatc transistor)、F.E.T.(场效应晶体管)、G.T.O.(闸门电路断开)器件或类似的电力开关器件240提供。再参看图3，逆变器电路230的各桥臂232、234和236分别包括抽头节点244、246和248，用以通过一个三刀双掷开关250接到电动机150上。抽头节点244可连接到绕组154的一端，抽头节点248可连接到绕组152的一端，抽头节点246则可连接到绕组公共节点156上。抽头节点244、246和248分别对应于逆变器电路230的A、B、C相输出节点，在图3中就是这样标示的。如下面更全面介绍的那样，开关S1—86是使其工作得在相对于负输出端子222确定的节点244、246和248处产生脉宽调制(PWM)电压，负输出端子222也作为确定PWM电压的参考端子R。
开关250通过将电动机150连接到单相电源或逆变器电路230的输出端而使电动机150运转。开关250包括第一组端子a-b-c、第二组端子d-e-f和第三组端子g-h-i。第一组端子a、b和c分别接绕组154的一端、绕组公共节点156和绕组152的一端。第二组绕组端子d、e和f分别接抽头节点244、246和248。至于第三组绕组端子，端子h和i分别直接接线路端子204和202。在端子g与线路端子202之间则接上一个运行电容器260。
当开关250处在第一位置分别将端子a、b和c连接到端子d、e和f时，电动机150由逆变器电路230的输出供电以两相方式运转。当开关250处在第二位置分别将端子a、b和c连接到端子g、h和i时，电动机150由单相交流电源供电以单相方式运转。在单相方式运转期间，运行电容器260串联连接在绕组154与线路端子202之间。鉴于电动机150最好是作为普通的PSC电动机提供，因而电容器260最好选取得具有电动机150制造厂家规定的运行电容器特性，这样电动机150就作为普通的PSC电动机以单相方式运转。
图5示出的相量图说明了如何将三相逆变器电路230连接并控制得使其给电动机150提供两相电力。图5中，三个电压相量VA、VB和VC对应于逆变器电路230的抽头节点244、246和248处的电压。由于逆变器电路230是按图3所示那样连接到电动机150上，因而等于电压相量VA和VB的差值电电压VAB加到绕组154的两端，且对应于图2中的电压VP2。等于电压相量VC和VB的差值的电压VCB加到绕组152的两端，且对应于图2中的电压VP1。
按照本发明所举的实施例，虽然逆变器电路230是个三相逆变器电路，但它工作时不产生平衡的三相电源。因此，从图5中可以看到，相量VC滞后相量VA180度，相量VB超前相量VA105度。此外，相量VA、VB和VC大小相等。按照本发明并以下面更详细介绍的方式，开关S1至S6的操作系控制得使其产生电压VAB和VCB，这两个电压构成逆变器电路230的两相输出，且彼此之间成一个所要求的对应于电动机150的最佳工作特性的相位角。
如上面所述，以及根据本发明所例示的一些实施例，加到起动绕组154两端的电压VAB其大小大于加到主绕组152两端的电压VCB。由于规定相量VA、VB和VC的大小相等，因而电压VAB和VCB之间的差值大小是通过选取相量之间的相位角控制的。熟悉本技术领域的技术人员都知道，通过改变相量VB的相位角并保持相量VA和VC的大小和相对相位角不变，就可以改变电压VAB/VCB的比值，同时使电压VAB和VCB之间的相位角差不变。此外，通过改变三个相量VA、VB和VC中的任意两个相量的相位和大小，就可以改变电压VAB/VCB的比值和该两电压之间的相位角。逆变器230的工作频率，因而电动机150的转速，是通过改变所有三个相量VA、VB和VC的大小和频率使其与所要求的工作频率成正比同时使各相量之间的相位关系保持不变而进行调节的，这样做的目的是为了使各绕组152和154的伏/赫比保持不变，而且使加到各绕组上的电压间的相位角0合乎要求。
图6示出了控制电路300的方框图。该电路用以产生控制开关S1和S6的操作的控制信号，从而产生对应于图5中所示的相量VA、VB和VC的电压，加到电动机绕组上的电压之间的相位角0＝90度。
现在参看图6。电路300包括一个连接得使其接收外部产生的表示电动机150所要求的运转速度的转速控制信号的转速斜率(speed ramprate)电路302。转速控制信号可以通过检测装有电动机150的系统的一些参数或工作特性获得，以便根据所检测到的信息自动控制电动机的转速。不然的话也可以借助于适当的手动可调节的控制器(例如电位计)改变转速控制信号。电路302将转速控制信号转换成在其输出端304处的直流电压，其归一化范围为0至5伏。电路302的具体结构视转速控制信号的性质而定。然而，举例说，且并不局限于此，若转速控制信号是作为0至5伏直流信号提供的，则电路302可作为构制成低通滤波器的R-C网络提供。
电路302的直流电压输出加到压控振荡器(VCO)306的输入端上，压控振荡器306在其输出端308上提供频率与加到VCO306输入端的直流电压成正比的方波。举例说，VCO306提供其频率分别为对应于0，2.5和5伏直流电压的0赫、61.44千赫和122.88千赫的方波输出。VCO306可以采用麻萨诸塞州挪伍德市模拟装置公司制造的AD654JN型压控势荡器。
VCO306的输出端308连接12位二进制计数器310的倒相时钟输入端。只使用计数器310的11个计数器输出端子Q1至Q11。计数器310可以采用亚利桑那州凤凰城莫多罗拉公司制造的MC74HC4040N型的计数器。
电路300还包括2K×8位EEPROM320，该存储器连接得用以在其地址输入端AD1至AD11上接收计数器310在输出端子Q1至Q11上的输出。EEPROM320中存储含有确定分别对应于上述就图5所述的相量VA和VB的正弦波形WDA和WDB的数字数据值的查阅表。更具体地说，EEPROM320存储着波形WDA和WDB取分解成每正弦周期1024个递增段的数字加权形式的数字数据。数字波形WDA和WDB的递增数据交替存储在EEPROM320中连续的地址存储单元内，从而由计数器310所产生的连续地址值使EEPROM320在其输出端D1至D11上分别产生描述表示波形A和B的递增段的数字数据。EEPROM320可以采用加利福尼亚州，山打克拉拉市国家半导体公司National Semiconductor，Inc.)制造的NMC27C16Q型存储器。
下面所示的表一，示出了存储在EEPROM320中对应于波形A和B的逆增数据值的一个例子。
               表一
0000：80 FF 81 FF 82 FF 83 FF 83 FF 84 FF 85 FF 86 FF0010：87 FF 87 FF 88 FF 89 FF 8A FF 8A FF 8B FF 8C FF0020：8D FF 8E FF 8E FF 8F FF 90 FE 91 FE 92 FE 92 FE0030：93 FE 94 FE 95 FE 95 FE 96 FD 97 FD 98 FD 98 FD0040：99 FD 9A FD 9B FD 9C FC 9C FC 9D FC 9E FC 9F FC0050：9F FB AO FB A1 FB A2 FB A2 FB A3 FA A4 FA A5 FA0060：A5 FA A6 FA A7 F9 A8 F9 A8 F9 A9 F9 AA F8 AB F80070：AB F8 AC F7 AD F7 AE F7 AE F7 AF F6 BO F6 BO F60080：B1 F5 B2 F5 B3 F5 B3 F5 B4 F4 B5 F4 B6 F4 B6 F30090：B7 F3 B8 F3 B8 F2 B9 F2 BA F1 BA F1 BB F1 BC F000A0：BD F0 BD F0 BE EF BF EF BF EE CO EE C1 EE C1 ED00B0：C2 ED C3 EC C3 EC C4 EC C5 EB C5 EB C6 EA C7 EA00C0：C7 E9 C8 E9 C9 E9 C9 E8 CA E8 CA E7 CB E7 CC E6OOD0：CC E6 CD E5 CE E5 CE E4 CF E4 CF E3 D0 E3 D1 E200E0：D1 E2 D2 E1 D3 E1 D3 E0 D4 E0 D4 DF D5 DF D5 DE00F0：D6 DE D7 DD D7 DD D8 DC D8 DC D9 DB D9 DB DA DA0100：DB D9 DB D9 DC D8 DC D8 DD D7 DD D7 DE D6 DE D50110：DF D5 DF D4 E0 D4 E0 D3 E1 D3 E1 D2 E2 D1 E2 D10120：E3 D0 E3 CF E4 CF E4 CE E5 CE E5 CD E6 CC E6 CC0130：E7 CB E7 CA E8 CA E8 C9 E9 C9 E9 C8 E9 C7 EA C70140：EA C6 EB C5 EB C5 EC C4 EC C3 EC C3 ED C2 ED C10150：EE C1 EE C0 EE BF EF BF EF BE F0 BD F0 BD F0 BC0160：F1 BB F1 BA F1 BA F2 B9 F2 B8 F3 B8 F3 B7 F3 B60170：F4 B6 F4 B5 F4 B4 F5 B3 F5 B3 F5 B2 F5 B1 F6 B00180：F6 B0 F6 AF F7 AE F7 AE F7 AD F7 AC F8 AB F8 AB0190：F8 AA F9 A9 F9 A8 F9 A8 F9 A7 FA A6 FA A5 FA A501A0：FA A4 FA A3 FB A2 FB A2 FB A1 FB A0 FB 9F FC 9F01B0：FC 9E FC 9D FC 9C FC 9C FD 9B FD 9A FD 99 FD 9801C0：FD 98 FD 97 FD 96 FE 95 FE 95 FE 94 FE 93 FE 9201D0：FE 92 FE 91 FE 90 FF 8F FF 8E FF 8E FF 8D FF 8C01EO：FF 8B FF 8A FF 8A FF 89 FF 88 FF 87 FF 87 FF 8601F0：FF 85 FF 84 FF 83 FF 83 FF 82 FF 81 FF 80 FF 7F0200：FF 7F FF 7E FF 7D FF 7C FF 7C FF 7B FF 7A FF 790210：FF 78 FF 78 FF 77 FF 76 FF 75 FF 75 FF 74 FF 730220：FF 72 FF 71 FF 71 FF 70 FE 6F FE 6E FE 6D FE 6D0230：FE 6C FE 6B FE 6A FE 6A FD 69 FD 68 FD 67 FD 670240：FD 66 FD 65 FD 64 FC 63 FC 63 FC 62 FC 61 FC 600250：FB 60 FB 5F FB 5E FB 5D FB 5D FA 5C FA 5B FA 5A0260：FA 5A FA 59 F9 58 F9 57 F9 57 F9 56 F8 55 F8 540270：F8 54 F7 53 F7 52 F7 51 F7 51 F6 50 F6 4F F6 4F0280：F5 4E F5 4D F5 4C F5 4C F4 4B F4 4A F4 49 F3 490290：F3 48 F3 47 F2 47 F2 46 F1 45 F1 45 F1 44 F0 4302A0：F0 42 F0 42 EF 41 EF 40 EE 40 EE 3F EE 3E ED 3E02B0：ED 3D EC 3C EC 3C EC 3B EB 3A EB 3A EA 39 EA 3802C0：E9 38 E9 37 E9 36 E8 36 E8 35 E7 35 E7 34 E6 3302D0：E6 33 E5 32 E5 31 E4 31 E4 30 E3 30 E3 2F E2 2E02E0：E2 2E E1 2D E1 2C E0 2C E0 2B DF 2B DF 2A DE 2A02F0：DE 29 DD 28 DD 28 DC 27 DC 27 DB 26 DB 26 DA 250300：D9 24 D9 24 D8 23 DB 23 D7 22 D7 22 D6 21 D5 210310：D5 20 D4 20 D4 1F D3 1F D3 1E D2 1E D1 1D D1 1D0320：D0 1C CF 1C CF 1B CE 1B CE 1A CD 1A CC 19 CC 190330：CB 18 CA 18 CA 17 C9 17 C9 16 C8 16 C7 16 C7 150340：C6 15 C5 14 C5 14 C4 13 C3 13 C3 13 C2 12 C1 120350：C1 11 C0 11 BF 11 BF 10 BE 10 BD 0F BD 0F BC 0F0360：BB 0E BA 0E BA OE B9 0D B8 0D B8 OC B7 OC B6 0C0370：B6 0B B5 0B B4 0B B3 0A B3 0A B2 0A B1 0A B0 090380：B0 09 AF 09 AE 08 AE 08 AD 08 AC 08 AB 07 AB 070390：AA 07 A9 06 A8 06 A8 06 A7 06 A6 05 A5 05 A5 0503A0：A4 05 A3 05 A2 04 A2 04 A1 04 A0 04 9F 04 9F 0303B0：9E 03 9D 03 9C 03 9C 03 9B 02 9A 02 99 02 98 0203C0：98 02 97 02 96 02 95 01 95 01 94 01 93 01 92 0103D0：92 01 91 01 90 01 8F 00 8E 00 8E 00 8D 00 8C 0003E0：8B 00 8A 00 8A 00 89 00 88 00 87 00 87 00 86 0003F0：85 00 84 00 83 00 83 00 82 00 81 00 80 00 7F 000400：7F 00 7E 00 7D 00 7C 00 7C 00 7B 00 7A 00 79 000410：78 00 78 00 77 00 76 00 75 00 75 00 74 00 73 000420：72 00 71 00 71 00 70 00 6F 01 6E 01 6D 01 6D 010430：6C 01 6B 01 6A 01 6A 01 69 02 68 02 67 02 67 020440：66 02 65 02 64 02 63 03 63 03 62 03 61 03 60 030450：60 04 5F 04 5E 04 5D 04 5D 04 5C 05 5B 05 5A 050460：5A 05 59 05 58 06 57 06 57 06 56 06 55 07 54 070470：54 07 53 08 52 08 51 08 51 08 50 09 4F 09 4F 090480：4B 0A 4D 0A 4C 0A 4C 0A 4B 0B 4A 0B 49 0B 49 OC0490：48 0C 47 OC 47 OD 46 OD 45 OE 45 OE 44 OE 43 OF04A0：42 OF 42 OF 41 10 40 10 40 11 3F 11 3E 11 3E 1204B0：3D 12 3C 13 3C 13 3B 13 3A 14 3A 14 39 15 38 1504C0：38 16 37 16 36 16 36 17 35 17 35 18 34 18 33 1904D0：33 19 32 1A 31 1A 31 1B 30 1B 30 1C 2F 1C 2E 1D04E0：2E 1D 2D 1E 2C 1E 2C 1F 2B 1F 2B 20 2A 20 2A 2104F0：29 21 28 22 28 22 27 23 27 23 26 24 26 24 25 250500：24 26 24 26 23 27 23 27 22 28 22 28 21 29 21 2A0510：20 2A 20 2B 1F 2B 1F 2C 1E 2C 1E 2D 1D 2E 1D 2E0520：1C 2F 1C 30 1B 30 1B 31 1A 31 1A 32 19 33 19 330530：18 34 18 35 17 35 17 36 16 36 16 37 16 38 15 380540：15 39 14 3A 14 3A 13 3B 13 3C 13 3C 12 3D 12 3E0550：11 3E 11 3F 11 40 10 40 10 41 OF 42 OF 42 OF 430560：0E 44 OE 45 OE 45 OD 46 OD 47 OC 47 OC 48 OC 490570；0B 49 08 4A 0B 4B 0A 4C 0A 4C 0A 4D 0A 4E 09 4F0580：09 4F 09 50 08 51 08 51 08 52 08 53 07 54 07 540590：07 55 06 56 06 57 06 57 06 58 05 59 05 5A 05 5A05A0：05 5B 05 5C 04 5D 04 5D 04 5E 04 5F 04 60 03 6005B0：03 61 03 62 03 63 03 63 02 64 02 65 02 66 02 6705C0：02 67 02 68 02 69 01 6A 01 6A 01 6B 01 60 01 6D05D0；01 6D 01 6E 01 6F 00 70 00 71 00 71 00 72 00 7305E0：00 74 00 75 00 75 00 76 00 77 00 78 00 78 00 7905F0：00 7A 00 7B 00 7C 00 7C 00 7D 00 7E 00 7F 00 800600：00 80 00 81 00 82 00 83 00 83 00 84 00 85 00 860610：00 87 00 87 00 88 00 89 00 8A 00 8A 00 8B 00 8C0620：00 8D 00 8E 00 8E 00 8F 01 90 01 91 01 92 01 920630：01 93 01 94 01 95 01 95 02 96 02 97 02 98 02 980640：02 99 02 9A 02 9B 03 9C 03 9C 03 9D 03 9E 03 9F0650：04 9F 04 A0 04 A1 04 A2 04 A2 05 A3 05 A4 05 A50660：05 A5 05 A6 06 A7 06 A8 06 A8 06 A9 07 AA 07 AB0670：07 AB 08 AC 08 AD 08 AE 08 AE 09 AF 09 B0 09 B00680：0A B1 0A B2 0A B3 OA B3 0B B4 0B B5 0B B6 OC B60690：0C B7 0C B8 0D B8 OD B9 OE BA OE BA OE BB OF BC06A0：0F BD OF BD 10 BE 10 BF 11 BF 11 CO 11 C1 12 C106B0：12 C2 13 C3 13 C3 13 C4 14 C5 14 C5 15 C6 15 C706C0：16 C7 16 C8 16 C9 17 C9 17 CA 18 CA 18 CB 19 CC06D0：19 CC 1A CD 1A CE 1B CE 1B CF 1C CF 1C D0 1D D106E0：1D D1 1E D2 1E D3 1F D3 1F D4 20 D4 20 D5 21 D506F0：21 D6 22 D7 22 D7 23 D8 23 D8 24 D9 24 D9 25 DA0700：26 DB 26 DB 27 DC 27 DC 28 DD 28 DD 29 DE 2A DE0710：2A DF 2B DF 2B E0 2C E0 2C E1 2D E1 2E E2 2E E20720：2F E3 30 E3 30 E4 31 E4 31 E5 32 E5 33 E6 33 E60730：34 E7 35 E7 35 E8 36 E8 36 E9 37 E9 38 E9 38 EA0740：39 EA 3A EB 3A EB 3B EC 3C EC 3C EC 3D ED 3E ED0750：3E EE 3F EE 40 EE 40 EF 41 EF 42 FO 42 FO 43 FO0760：44 F1 45 F1 45 F1 46 F2 47 F2 47 F3 48 F3 49 F30770：49 F4 4A F4 4B F4 4C F5 4C F5 4D F5 4E F5 4F F60780：4F F6 50 F6 51 F7 51 F7 52 F7 53 F7 54 F8 54 F80790：55 F8 56 F9 57 F9 57 F9 58 F9 59 FA 5A FA 5A FA07A0：5B FA 5C FA 5D FB 5D FB 5E FB 5F FB 60 FB 60 FC07BO：61 FC 62 FC 63 FC 63 FC 64 FD 65 FD 66 FD 67 FD07CO：67 FD 68 FD 69 FD 6A FE 6A FE 6B FE 6C FE 6D FE07D0：6D FE 6E FE 6F FE 70 FF 71 FF 71 FF 72 FF 73 FF07E0：74 FF 75 FF 75 FF 76 FF 77 FF 78 FF 78 FF 79 FF07FO：7A FF 7B FF 7C FF 7C FF 7D FF 7E FF 7F FF 80 FF
表一的左列以十六进制的形式列出了EERPOM320各连续的第十七个存储地址。表一其余的各列列出了也是呈十六进制形式的波形数据值。特别是，地址右侧的十六个数据值对应于存储在该地址的数据值以及分别存储在其后的十五个连续地址的十五个数据值。举例说，数据值BD存储在地址00A0，数据值FO、BD、FO等分别存储在地址00A1、00A2、00A3等中。此外，由于波形WDA和WDB的各数据值系交替存储在连续的存储单元中，因而波形WDA的数据值存储在地址00A0、00A2等中，波形WDB的数据值则存储在地址00A1、00A3等中。
再参看图6。EEPROM320的数据输出D1至D8加到乘法双重数/模转换器(DAC)电路330的数字输入端。DAC电路330包括DAC选择输入端332，该输入端连接成使其接受计数器310的Q1计数输出。DAC电路330将其从EEPROM320所收到的数字数据转换成模拟形式，并根据加到其DAC选择输入端332的二进制值将模拟结果提供给其输出端334或336上。由于计数输出Q1为计数器310的最低有效位，因而DAC电路330将对应于各连续数字数据输入的各连续模拟输出交替提供到其输出端334和336上。在所举的实施例中，表示电压相量VA和VB的正弦模拟波形A和B分别在输出端336和334上提供。图7示出了在DAC电路330的输出端336和334上所提供的正弦模拟波形A和B。根据所举的实施例和表一中所列的数据，波形A和B的大小和相同，且两者间的相位角为105度，如上面就相量VA和VB(图5)所谈到的那样。
DAC电路330又连接成使其接受VREF输入端338上的电压换算信号。根据电压换算信号的大小，DAC电路330通过履行其乘法功能，与电压换算信号成比例地将其模拟输出进行换算。电压换算信号由一个连接成使其接受在电路302的输出端304上提供的直流电压的电平转换电路340产生。电路340系设计得使其产生作为与所要求的电动机150的运转速度成比例的直流电压的换算信号，从而在电压加到电动机150的各绕组上时能保持伏/赫比不变。结果，举例说，DAC电路330在输出端334或336上所输出的模拟正弦波形电压的峰间值大约在0伏至2.5伏的范围，这分别对应于电路302的输出端304上0至5伏范围的输出电压。电路340可采用阻性分配器电路。DAC电路330可采用麻萨诸塞州，挪伍德市模拟器件公司制造的AD7528型CMOS双8位缓冲乘法DAC。这种型式的DAC有两个导通地连接在一起的VREF输入端，用以实施这里所举的实施例。
再参看图6。DAC电路330的输出端334和336上所提供的分别对应于数字波形WDB和WDA以及对应于相量VB和VA(图5)的模拟波形B和A，通过普通的模拟缓冲电路350和352加到比较器电路354和356的第一输入端上。按照本发明所举的这个实施例，电压相量VC与相量VA大小相同，但滞后相量VA180度，如图5中所示。因此，缓冲器电路352的输出由一个模拟倒相器电路358倒相，以产生表示加到比较器电路360的第一输入端上的相量VC的模拟波形C。图7中示出了波形C。
电路300还包括一个在其输出端372上产生三角波形T的三角波发生器370。所产生的三角波形T，其峰间值可以在例如1.25至3.75伏的范围，其频率在大约900赫至1100赫的范围。三角波形T的频率确定产生要加到逆变器电路200的开关S1至S6的开关信号的频率。三角波发生器370可以采用具有一个运算放大器和一个比较器的电路，其结构是本技术领域所周知的。就电路300而论，三角波形T的峰间值最好为2.5伏，频率为1000赫。
在发生器370的输出端372上产生的三角波形T加到各比较器354、356和360的第二输入端上。图7示出了分别为比较器354、356和360所接收的叠加到各波形A、B和C上的三角波形T。各比较器354、356和360根据所加的模拟波形电压A、B或C分别大于或小于三角波形T的大小而在其输出端上产生高逻辑电平电压(例如5伏)或低逻辑电平电压(例如0伏)。结果，各比较器的输出构成脉宽调制波形。
比较器354、356和360输出的脉宽调制波形分别加到欠重叠(underlap)和输出驱动器电路380、382和384上。电路380系设计得使其产生基本上与加到其上的脉宽调制波形同形状的第一开关驱动信号B+和足以驱动开关装置S3(图3)的电压电平。电路380还包括一个逻辑倒相电路，用以产生波形B+的逻辑反波形且电压电平足以驱动开关装置S4(图3)的开关驱动信号B-，电路380还包括欠重叠电路，以确保信号B+和B-不致使它们所加的各开关器件同时接通，从而使逻辑电平截止指令与开关器件把电流实际中断之间有一个时延。
电路382和384按电路380同样的方式构制，使电路382给各驱动开关S1和S2提供开关驱动信号A+和A-，电路384给各驱动开关S5和S6提供开关驱动信号C+和C-。图7示出了开关驱动信号A+、B+和C+。
逆变器电路230和控制电路300工作时，电路300产生开关驱动信号A+、A-、B+、B-、C+和C-，这些信号分别加到驱动开关S1-S6上，从而当加到其上的驱动信号取正逻辑值时可以将某一开关驱动得使其闭合。开关S1-S6因脉宽调制(PWM)而闭合的结果使PWM电压加到电动机150的绕组152和154上。举例说，开关S1和S2动作时使节点244上产生PWM电压VAR，该电压加到绕组154的一端上。同样，开关S3-S6动作时促使PWM电压VBR和VCR的产生，这些电压分别加到绕组公共节点156和绕组152的一端，图7中示出了PWM电压VAR、VBR和VCR，它们分别对应于上述相量VA、VB和VC(图5)。应该指出的是，PWM电压VAR、VBR和VCR的大小是整流电路206所提供的直流电压值的函数。
PWM电压VAR、VBR和VCR加到电动机150上促使电压VAR和VBR(图5)作为PWM电压分别加到绕组154和152两端。图8A示出了PWM电压VAR、VBR和VCR，图8B示出了PWM电压VAR、VBR和VCR。控照脉宽调制逆变器电路周知的工作情况，加到电动机150上的脉宽调制电压波形精密地模拟它们所对应的正弦波形。电动机150的运转速度可根据转速控制信号加以调节。在这个转速调节的过程中，可以借助DAC电路330乘法功能根据电平转换器电路340所提供的电压换算信号所起的作用，在有电压加到电动机150的各绕组152和154上时保持伏/赫比不变。另外，尽管加到电动机150上的电压VAB和VCB的大小在调节转速操作的过程中是变化的，但由于电压相量VA、VB和VC之间的相对相位角为存储在EEPROM320中的数据所固定，所以这些电压之间的比值(即它们的相对值)保持不变。
在电动机150起动的过程中，假设想使电动机在额定转速下运转，转速控制信号开始时会要求这种全速运转，从而使全电压开始时就加到电动机各绕组两端。这一来使电动机中产生大的起动电流。因此需要配备其电流额定值足以承受这个起动电流的开关S1-S6。不然的话，仍然假设要想使电动机在额定转速下运转，且根据周知的逆变器的工作实践，可以使转速控制信号开始时就产生，而需要对应于电动机的额定转差率(即额定转速的大约2-5％)的低转速，从而使初始流动的电流不大于额定电流。然后电动机就可以通过平稳地增加转速控制信号的大小加速到额定转速。
图9示出了图6所示的控制电路300的另一个实施例：控制电路400。除了图9所示的部分外，控制电路400的结构与电路300相同。电路300和400的差别在于，后者在EEPROM320中存储波形WDC的递增数字数据，因而模拟波形C可独立产生而不是通过倒相模拟波形A产生。
参看图9。控制电路400包括一个乘法四重数/模转换器(DAC)电路402，后者被改变成用以接收来自EEPROM320的11位数字数据输出。DAC电路402包括由两个选择输入端404和406组成的两位DAC选择输入。DAC电路402将其自EEPROM320接受的数字数据转换成模拟的形式，并根据加到其DAC选择输入端404和406上的两位二进制值在三个输出端408、410和412中的一个输出端提供模拟输出。输出端408、410和412分别通过普通缓冲器电路414、416和418接到比较器电路356、354和360。DAC电路402也连接成使其在VREF输入端420接收电压换算信号，从而按上述介绍DAC电路330时同样的方式和同样的目的履行乘法功能。DAC电路402可以采用麻萨诸塞州，挪伍德市模拟器件公司制造的AD7225型四重的8位DAC。这种DAC有四个VREF1输入端，它们导通地连接在一起实施例举的本实施例。
电路400还包括一个定时电路430，用以产生一序列两位信号，供加到DAC选择输入端404和406之用。定时电路430包括一个连接成使其接收计数器310的输出Q1—Q11的“与”门432，其中输出Q1和Q2在加到“与”门432之前先由图中未示出的线路加以倒相。电路430还包括触发器电路434和436，该两电路各有一个连接成使其接收“与”门432所提供的和输出信号的复位输入端R。“与”门432的输出信号还加到计数器310的复位输入端R。各触发器434和436还连接成使其在倒相时钟输入端 C上接收VCO306的输出端308上提供的信号。各触发器434和436的倒相数据输出 Q加到“与”门440上，“与”门440的输出则加到触发器434的数据输入端D上。触发器434的数据输出端Q连接到触发器436的数据输入端D和DAC电路402的DAC选择输入端404。触发器436的数据输出端Q连接到DAC选择输入端406。
控制电路400工作时，定时电路430产生两位重复序列的逻辑信号00，10，01，00，10，01，……，加到DAC选择输入端404和406上。图10示出了VCO306和定时电路430所产生、加到DAC选择输入端404和406的信号相对于公用时间轴线描出的曲线。图10中，VCO306产生的信号其频率为122.76千赫。因此，DAC电路402被控制，使其在其输出端408、410和412顺序地提供模拟波形A，B和C呈模拟形式的递增数据。由于在所举的实施例中，EEEPROM320配备有大约2千字节的存储容量，因而波形WDA、WDB和WDC的数字数据以分解成每正弦周期682递增段的经数字加权的形式存储起来。加到计数器310的复位输入端R上的和信号使计数器在通过EEPR0M320的地址范围排序之后使其输出复位。
图11示出了按照本发明的另一个实施例构成的一个感应电动机驱动系统500。系统500最好构制成使其包括上述电动机150。系统500包括线路端子502和504，用以分别连接到单相电源的线路导线和基准即中性导线上。系统500还包括一个全波整流电压二倍器电路510，该电路由电容器512和514以及二极管516和518所组成。电容器512和514串联连接，其间的中性端节点520连接线路端子504和电动机的绕组公共节点156。二极管516(其极性如图11中所示)连接在线路端子502与电路510的正输出端端子节点522之问。同样，二极管518按图示的极性连接在线路端子502与电路510的负输出端节点524之间。
至于整流电路510的工作情况，在所加的单相交流电源的各正半周期间，当线路端子502上的电压相对于线路端子504上的电压为正时，电流流经二极管516，使电容器512充电。在线路端子502上的电压的负半周期间，电流流经二极管518，使电容器514充电。电路510各电路元件最好选择得使电容器512和514两端的直流电压大小相等，但极性相反。这样，电容器512和514就构成一个具有正输出端节点522、负输出端节点524和中性端节点520的平衡直流电压源。输出端节点522或524上电压的大小都大致等于线路端子502上的均方根值单相电压乘以
Figure C9210098000331
。
系统500还包括一个逆变器电路530，该电路由半桥式逆变器臂532和534组成，用以产生两相电压。逆变器臂532由串联跨接在电路510的输出节点522和524两端的电力开关器件536和538组成。逆变器臂534由串联跨接在输出节点522和524两端因而与逆变器臂532并联的电力开关器件540和542组成。各器件536、538、540和542是与上面就图3和4中所示的器件S1-S6介绍的同类型的器件，且各自都装有反并联导通二极管，如图11所示。
系统500另外包括一个双刀双掷开关或继电器550，这样就可以通过连接到单相线路电源或逆变器电路530的输出端而使电动机150运转。开关550具有第一对端子a-6、第二对端子c-d和第三对端子e-f。开关550的第一对端子a和b分别接逆变器臂532和534的中心抽头端节点552和554。开关550的第三对端子e和f分别接电动机150的绕组152和154。第二对端子c-d接线路端子502，端子c直接连接线路端子502，运行电容器560则接在端子d与线路端子502之间。
当开关550在第一位置将端子a和b分别连接到端子e和f上时，电动机150由逆变器电路530的输出供电以两相的方式运转。当开关550在第二位置将端子c和d分别连接到端子e和f时，电动机150由单相交流电源供电，以单相的方式运转。在单相方式运转期间，运行电容器560在绕组154与线路端子502之间串联连接。由于电动机150最好采用普通的PSC电动机，因而电容器560最好选取得使其具有电动机150制造厂家规定的运行电容器的工作特性，这样，电动机150就可以作为普通PSC电动机以单相的方式运转。
按照本发明，逆变器电路530工作时提供两相脉宽调制输出在两相方式运转期间加到电动机150上。开关器件536、538、540和542由开关驱动信号A+、A-、B+和B-操纵。图6中所示的控制电路300可用以产生所需要的驱动信号。来控制逆变器电路530的操作。但为使系统500内的电动机150运转，需要在EEPROM320中存储对应于其间的相位角合乎要求(例如90度)的模拟波形A和B的信息。就是说，由于在抽头节点552和554处产生的电压系分别加到绕组152和154上的，因而这些电压之间的相位角必须是电动机150运转所要求的相位角。此外，还需要修改电路300使其提供对应于如上所述使电动机150正常运转的不同大小的模拟波形A和B。实现这一点的一个办法是不要把上述AD7528型DAC的各VREF输入端连接在一起而将电平转换器340所输出的电压换算信号直接加到对应于波形B的VREF输入端，并且还将电平转换器340的电压换算信号输出经一个衰减器加到另一个VREF输入端上。衰减器可以采用例如电阻分配器电路或增益小于1.0的运算放大器电路。若使衰减过程进行得使其提供加到相应的各VREF输入端的对应于所要求的加到电动机各绕组的电压之间比值的电压比值，则DAC330通过履行其乘法功能会产生同比值大小的波形。
另外，应该指出的是，若用控制电路300来控制逆变器电路530的操作，则不需要电路300为产生驱动信号C+和C-而设的各部分。
图12示出了控制逆变器电路530操作用的较理想的控制电路600。电路600包括一个正弦波发生器602，用以在输出端604上产生正弦波电压信号和在输出端606上产生余弦波电压信号。发生器602有一个转速控制输入端608，用以接收电动机转速控制信号(例如就电路300所述的控制信号)，从而根据所要求的电动机转速改变所产生的正弦和余弦波的频率，发生器602可以采用阿里桑那州，他克森市波耳·布朗公司制造的4423型信号发生器。
为了在电动机转速改变时使逆变器电路530所产生的电压的伏/赫比保持恒定，分别令发生器602在输出端604和606上所产生的正弦和余弦电压信号通过高通滤波器610和612。高通滤波器610和612由串联连接的电容器614和616以及并联连接的电阻器618和620所组成。各高通滤波器610和612具有6分贝/倍频程滚降特性，其截止频率高于电动机150工作频率范围的上限。因此，高通滤波器610和612使发生器602所产生的正弦和余弦波电压信号分别衰减，其衰减量与正弦/余弦波信号的频率成反比。6分贝/倍频程滚降特性使频率和电压变化之间成1∶1的反比(inverse relationship)关系。这样，分别在高通滤波器610和612的输出端上的正弦和余弦波电压信号的幅值随发生器602的频率变化而变化，而且与该频率变化成正比，从而使各滤波器输出的伏/赫比不变。举例说，电容器614和616以及电阻器618和620的工作特性对应于上述高通滤波器工作特性，各电容器614和616为0.1微法，各电阻器618和620为10千欧。
仍然参看图12。电阻器618最好采用带调节臂622的电位计。臂622，因而高通滤波器610的输出端，连接比较器电路630的第一输入端。高通滤波器612的输出端接比较器电路632的第一输入端。电路600还包括一个三角波发生器640，该发生器连接成将其三角波信号输出加到两个比较器630和632各自的第二输入端上。发生器640可以和上述就图6介绍的发生器370一样。各比较器630和632根据所加的正弦或余弦信号的幅值系大于或小于所加的三角波的幅值而在其输出端上产生高或低逻辑电平电压。因此，各比较器630和632所进行的比较和所产生的输出基本上与上述就图7中所述的比较器354、356和360一样，即，各比较器产生脉宽调制控制信号。
比较器630和632的各输出分别加到欠重叠和输出驱动器电路650和652上，这些电路各自基本上与上述就图6所述的电路380、382和384的结构和功能相同。因此，电路650提供开关驱动信号A+和A-，供分别驱动开关536和538之用(图11)。同样，电路652提供开关驱动信号B+和B-，供分别驱动开关540和542之用(图11)。
采用电阻器618作为电位计可以调节滤波器610的设定值，从而相对于余弦波电压信号减小发生器602所产生的正弦波电压信号的幅值。这一下又使比较器630和电路640产生信号，这种信号使逆变器电路530产生加到主绕组152上的脉宽调制电压，该脉宽调制电压的幅值小于加到绕组154上的电压的幅值。这样，就实现了上述所举诸实施例的特点，因而VP2＞VP1(图2)。
电动机驱动系统500工作时，系统可如上所述的那样，根据开关550的位置以两相方式工作，或以单相方式工作。在两相方式工作期间，控制电路600产生开关驱动信号A+、A-、B+和B-，这些信号分别加到驱动开关536、538、540和542上，从而当开关上所加的驱动信号取正逻辑值时，就迫使开关闭合，各开关因脉宽调制而闭合的结果使逆变器电路530产生两相脉宽调制电压，以及使之加到电动机150的绕组152和154上。从图11中可以看到，各逆变器臂532和534所产生的电压是相对于中性端节点520确定的。此外，按照开关驱动信号产生的方式，加到电动机150的各绕组上的电压之间的相位角差为90度。此外，在两相方式工作期间，驱动系统500能使电动机150的转速按照转速控制信号而变化，同时使准备加到电动机150的绕组152和154两端而产生的各电压的伏/赫比保持不变。以两相方式起动电动机150应考虑的问题与上述就逆变器电路200所述的一样。
以单相方式时，电动机150可直接由单相交流电源供电作为普通的PSC电动机运转。因此，即使逆变器电路530不能用来驱动电动机150，电动机150仍然可以运转。
尽管装有控制电路600的驱动系统500已就其在两相方式工作期间取90度相位角差进行介绍，但本发明并不局限于此。电路600可以修改成用产生相位角差可达任意要求的两种波的正弦波发生器代替发生器602。如上所述，发生器602或取代它的某一种发生器所产生的各正弦波，它们之间的相位角即为加到电动机150各绕组的电压之间的相位角。
虽然逆变器电路230(图3)所产生的电压的相对值是由相量VA和VB(图5)之间的相位角控制的，但本发明并不局限于此。电压的相对值还可以这样控制：在EEPROM320中存储具有能导致为加到电动机150而产生的电压之间的相对值合乎要求的不同值的波形的数据。这个方法还可用于控制电路300适宜产生开关驱动信号来控制逆变器电路530(图11)的开关器件的情况。
还应该指出的是，上述对电路300进行的使其能够控制逆变器电路530的修改，特别是对电平转换器输出进行的使其能提供加到DAC电路的VREF输入端的不同电压的调整，也可以由控制电路300(图6)或400(图9)控制逆变器电路230而加以实施。按这种方案实施时，以数字形式存储的波形其值完全相同，且对应于波形A和B的数字波形和对应于波形B和C的数字波形之间的相位角差为90度。
尽管本发明所举的一些实施例是就电动机150各绕组的伏/赫比保持不变的情况进行介绍的，但本发明并不局限于此。就某些电动机所驱动的负荷(例如风扇)来说，负荷的大小随转速而变化。对这类负荷来说，如果按转速的预定函数改变各电动机的伏/赫比，则可以提高效率。至于电动机驱动系统200和500在控制电路300(图6)的控制下工作时，可以通过修改电平转换器电路340使其根据转速的预定函数产生换算信号来实现伏/赫比的这种调节。
尽管本发明解决了上述在HVAC系统运行过程中所遇到的问题，但至此熟悉本技术领域的技术人员可以看出，本发明也可用于其它系统中而同样可以体现出本发明的优点。
上述对本发明的一些最佳实施例所作的说明仅仅是为了举例说明和介绍而进行的。我们的意图是不想将本发明局限于完完全全如所公开的上述内容，而且上述内容也不可能作到完全详尽，而根据上述教导或通过对本发明的实践是可以对上述诸实施例进行种种修改和改进的。选择和介绍上述诸实施例是为了说明本发明的原理及其实际应用，使熟悉本技术领域的技术人员可以各种不同的实施例应用本发明，并进行各种修改使其适合预期的具体用途。我们的意图是，本发明的范围限定于在所附的权利要求及等效文件中。

Claims (34)

1.一种用以驱动交流电动机的交流电动机驱动系统，该交流电动机具有第一绕组和第二绕组，第一绕组具有第一端和第二端以及第一绕组阻抗，第二绕组具有第一端和第二端以及大于所述第一绕组阻抗的第二绕组阻抗，其特征在于所述驱动系统包括：
两相供电装置，用以将输入来的电源电压变换成两相交流输出电压，所述两相供电装置有一个公共端子、一个第一相输出端子和一个第二相输出端子；
所述公共端子用以连接到第一和第二绕组各自的第一端上；
所述第一相端子和所述第二相端子用以分别连接到所述第一和第二绕组各自的第二端上；
因此所述两相供电装置将输入来的电源电压变换成在所述第一、第二相输出端子和公共端子上所提供的两相电压，以便驱动电动机，所述两相电压在所述第一相输出端子和公共端子之间有第一相电压、在所述第二相输出端子和公共端子之间有第二相电压，所述第一相电压的值不同于所述第二相电压的值。
2.如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置产生所述第一和第二相电压之间的预选定相位角关系。
3.如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置产生所述第二相电压对第一相电压各自值之比具有大于1的预选值。
4.如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置响应外加的转速控制信号而改变两相交流输出电压的频率，从而根据该转速控制信号改变交流电动机的转速。
5.如权利要求4所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置还响应转速控制信号而改变第一和第二相电压各自的值，从而使所述交流电动机的各第一和第二绕组的电压/频率比基本上保持不变。
6.如权利要求5所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置保持第二相电压对第一相电压的各自值的预选比值，该预选比值大于1。
7.一种交流电动机驱动系统，供连接到具有一个线路导线和一个中性导线的单相电源上，用以驱动交流电动机，该交流电动机具有一个第一绕组和一个第二绕组，第一绕组具有第一端和第二端以及第一绕组阻抗，第二绕组具有第一端和第二端以及大于所述第一绕组阻抗的第二绕组阻抗，其特征在于所述驱动系统包括：
两相供电装置，包括一个连接到单相电源的线路导线的线路端子，用以将单相电源电压变换成两相输出电压，所述两相供电装置具有一个第一相输出端子和一个第二相输出端子；
一个中性端子，用以连接到单相电源的中性导线，且用以连接到第一和第二绕组各自的第一端上；且
所述第一和第二相端子用以分别连接到所述第一和第二绕组各自的第二端上；
因此，所述两相供电装置将自单相电源所接受的电力变换成两相电压，以便驱动电动机，所述两相电压在所述第一相输出端子和公共端子之间有第一相电压、在所述第二相输出端子和公共端子之间有第二相电压，所述第一相电压的值不同于所述第二相电压的值。
8.如权利要求7所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置产生所述第一和第二相电压之间的预选相位角关系。
9.如权利要求7所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置产生所述第二相电压对第一相电压各自值的比值具有大于1的预选值。
10.如权利要求7所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置响应外加的转速控制信号而改变两相交流电压的频率，从而根据转速控制信号改变交流电动机的转速。
11.如权利要求10所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，其中所述两相供电装置还响应转速控制信号而改变第一和第二相电压各自的值，从而使交流电动机的第一和第二绕组各自的电压/频率比基本上保持不变。
12.如权利要求11所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置保持第二相电压对第一相电压各自值的预选比值，该预选比值大于1。
13.一种交流电动机驱动系统，其特征在于包括：
两相供电装置，用以将输入来的电源电压变换成两相交流输出电压，所述两相供电装置具有一个公共端子、一个第一相输出端子和一个第二相输出端子；
一个交流电动机，具有第一绕组和第二绕组；
所述第一绕组具有第一端和第二端以及第一绕组阻抗；
所述第二绕组具有第一端和第二端以及大于所述第一绕组阻抗的第二绕组阻抗；
所述第一和第二绕组各自的第一端连接所述两相供电装置的公共端子；且
所述第一和第二绕组各自的第二端分别接所述两相供电装置的所述第一相端子和所述第二相端子；
因此所述两相供电装置将输入来的电源电压变换成在所述第一端子、第二端子和公共端子上所提供的两相电压，以便驱动所述电动机，
所述两相电压在所述第一相输出端子和公共端子之间有第一相电压、在所述第二相输出端子和公共端子之间有第二相电压，所述第一相电压的值不同于所述第二相电压的值。
14.如权利要求13所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置包括一个脉宽调制(PWM)逆变器系统。
15.如权利要求14所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，输入电源是交流电源；
所述驱动系统包括用以整流所述输入交流电源电压，以便提供直流电源电压的装置；且
所述脉宽调制逆变器系统包括：
一个三相逆变器电路，具有一些连接成接收直流电压的输入端子，和三个分别对应于所述公共端子、第一相端子和第二相端子的输出端子；
开关装置，包含在所述三相逆变器电路中，用以将直流电压转换为两相输出电压；和
电压控制装置，用以产生开关控制信号，该信号用以控制所述开关装置的操作，从而使所述两相输出电压的第一相在所述第一相端子与公共端子之间产生，所述两相输出电压的第二相在所述第二相端子与公共端子之间产生。
16.如权利要求15所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述三相逆变器电路包括并联连接的第一、第二和第三逆变器桥臂；
所述开关装置包括串联连接在各所述第一、第二和第三桥臂中的第一电力开关器件和第二电力开关器件，所述三个输出端子分别配置在所述第一、第二和第三桥臂的串联连接的第一和第二开关器件之间。
17.如权利要求16所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述电压控制装置包括：
振荡器装置，用以产生其脉冲信号频率表示所要求的所述电动机的运转速度的脉冲信号；
存储器地址信号发生装置，耦合到所述振荡器装置上，用以响应脉冲信号产生存储器地址信号；
存储装置，耦合到所述地址信号发生装置上，用以响应各地址信号提供数字数据信号；
波形信号发生装置，对数字数据信号作出响应，用以产生第一模拟正弦波形信号和第二模拟正弦波形信号，所述第一和第二正弦波形信号各自的频率由脉冲信号频率所确定；
波形信号倒相装置，用以将第一正弦波形信号倒相成第三正弦波形信号；
固定频率比较信号发生装置；
比较器装置，耦合成接收所述固定频率比较信号和各第一、第二和第三正弦波形信号，用以提供第一、第二和第三正弦加权脉宽调制(PWM)开关信号；和
输出装置，用以提供所述第一、第二和第三PWM信号及其各自的逻辑反信号(Logical complements)，作为所述开关控制信号，并用以施加所述第一、第二和第三PWM信号及它们的逻辑反信号以分别控制所述第一、第二和第三逆变器臂的所述第一和第二电力开关器件的操作。
18.如权利要求17所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述电压控制装置响应表示所要求的电动机运转度速的外部产生的转速控制信号，控制所述电动机的运转速度；
所述振荡器装置产生脉冲信号，该脉冲信号频率由转速控制信号确定；且
所述波形信号发生装置产生的第一和第二模拟正弦波形信号其各幅值由转速控制信号确定，从而使所述两相输出电压的各相的伏/赫比基本上保持预定不变。
19.如权利要求18所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述波形信号发生装置是个乘法双重数/模转换器；且
其中所述比较信号发生装置是个三角波发生器。
20.如权利要求16所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述电压控制装置包括：
振荡器装置，用以产生其脉冲信号频率表示所要求的所述电动机的运转速度的脉冲信号；
地址信号发生装置，耦合到振荡器装置上，用以响应脉冲信号而产生地址信号；
存储装置，耦合到所述地址发生装置上，用以响应各地址信号而产生数字数据信号；
波形信号发生装置，对数字数据信号作出响应，用以产生第一、第二和第三正弦波形信号，该三个正弦波形信号各自的频率由脉冲信号频率确定；
固定频率比较信号发生装置；
比较装置，耦合成接收固定频率比较信号和各第一、第二和第三正弦波形信号，用以提供第一、第二和第三正弦加权脉宽调制(PWM)开关信号；和
输出装置，用以提供所述第一、第二和第三PWM信号及它们各自的逻辑反信号，作为所述开关控制信号，并用以施加所述第一、第二和第三PWM信号和它们的逻辑反信号，以分别控制所述第一、第二和第三逆变器臂的所述第一和第二电力开关器件的操作。
21.如权利要求20所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述电压控制装置响应表示所要求的电动机运转速度的外部产生的转速控制信号而控制所述电动机的运转速度；
所述振荡器装置产生脉冲信号，该脉冲信号的频率由转速控制信号确定；且
所述波形信号发生装置产生第一、第二和第三模拟正弦波形信号，各信号的幅值由转速控制信号确定，从而使所述两相输出电压预定的伏/赫比基本上恒定。
22.如权利要求21所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述波形信号发生装置是个乘法数/模转换器；且
其中所述比较信号发生装置是个三角波发生器。
23.如权利要求17或20所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述输出装置还包括欠重叠装置，用以提供所述第一、第二和第三PWM信号及它们各自的逻辑反信号，从而使各PWM信号及其逻辑反信号不致使分别加上这些信号和反码的第一和第二电力开关器件同时接通。
24.一种交流电动机驱动系统，用以连接到一个具有一根线路导线和一根中性导线的单相交流电源上，其特征在于所述驱动系统包括：
两相供电装置，具有一个用以耦接到单相电源的线路导线的线路端子，用以将单相电源变换成两相输出电压，所述两相供电装置具有第一相输出端子和第二相输出端子；
一个中性端子，用以连接到单相电源的中性导线；
一台交流电动机，具有第一绕组和第二绕组；
所述第一绕组具有第一端和第二端以及第一绕组阻抗；
所述第二绕组具有第一端和第二端以及大于所述第一绕组阻抗的第二绕组阻抗；
所述第一和第二绕组各自的第一端连接所述中性端子；且
所述第一和第二绕组的第二端分别耦合到所述两相供电装置的所述第一和第二相端子上，所述两相供电装置产生两相交流电压，所述两相交流电压在所述第一相输出端子和公共端子之间有第一相电压、在所述第二相输出端子和公共端子之间有第二相电压，所述第一相电压的值不同所述第二相电压的值。
25.如权利要求24所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述两相供电装置包括：
整流装置，用以整流单相电源，在正负极端子上提供直流电源电压；和
脉宽调制逆变器装置，耦合到正负极端子上，用以变换直流电源电压，提供两相输出电压。
26.如权利要求25所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述脉宽调制逆变器装置包括：
一个第一半桥式电路，包括：
第一电力开关器件和第二电力开关器件，两器件串联连接在正负极端子之间；和
第一抽头节点，在串联连接的第一和第二电力开关器件之间，所述第一抽头节点耦合到所述第一相输出端子上；
一个第二半桥式电路，包括：
第三电力开关器件和第四电力开关器件，两器件串联连接在正负极端子之间，和
第二抽头节点，在串联连接的第三和第四电力开关器件之间，所述第二抽头节点连接到第二相端子上；和
电压控制装置，用以产生开关控制信号以控制所述第一、第二、第三和第四电力开关器件的工作，从而在所述第一和第二相端子上提供两相两输出电压。
27.如权利要求26所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，电压控制装置包括：
固定频率比较信号发生装置；
波形信号发生装置，用以产生第一正弦波形信号和第二正弦波形信号，该两波形信号之间的相位角差是预定的，两信号的公共频率对应于所要求的所述电动机的运转速度；
第一比较器装置，耦合成接受所述第一正弦波形信号和固定频率信号，用以提供第一正弦加权脉宽调制(PWM)开关信号；
第二比较器装置，耦合成接受所述第二正弦波形信号和固定频率信号，用以提供第二正弦加权脉宽调制(PWM)开关信号；和
输出装置，用以提供所述第一和第二PWM信号及其各自的逻辑反信号，作为所述开关控制信号，用以施加所述第一PWM信号及其逻辑反信号，以分别控制所述第一半桥的所述第一和第二电力开关器件，并用以施加所述第二PWM信号及其逻辑反信号，以分别控制所述第二半桥的所述第三和第四电力开关器件。
28.如权利要求27所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述电压控制装置响应表示所要求的电动机运转速度的外部产生的转速控制信号，控制所述电动机的运转速度；
所述波形信号发生装置产生所述第一和第二正弦波形信号，该信号的公共频率由转速控制信号确定；
所述电压控制装置还包括：
第一滤波装置，耦合在所述波形信号发生装置与所述第一比较器装置之间，用以根据其公共频率改变第一正弦波形信号的幅值，以便能有效保持加到所述第一比较器装置上的第一正弦波形信号的幅值与公共频率之间的比值基本不变；和
第二滤波装置，耦合在所述波形信号发生装置与所述第二比较器装置之间，用以根据其公共频率改变第二正弦波形信号的幅值，以便有效地保持加到所述第二比较器装置上的第二正弦波形信号的幅值与公共频率之间的比值基本不变。
29.如权利要求28所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述第一滤波装置包括滤波器设定值调节装置，从而通过调节该滤波器设定值，可以使第一正弦波形的幅值的衰减量大于所述第二滤波装置使所述第二正弦波形信号衰减的量。
30.如权利要求28所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，第一和第二正弦波形信号之间预定的相位角为90度。
31.如权利要求28所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，各所述第一和第二滤波装置是包括一个串联连接的电容器和一个并接的电阻器的高通滤波器。
32.如权利要求27所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述比较信号发生装置是个三角波发生器。
33.如权利要求24、25、26或27所述的交流电动机驱动系统，其特征在于，所述电动机是个固定分相电容器式电动机，所述第一绕组为主绕组，所述第二绕组为起动绕组；
所述驱动装置包括一个双刀双掷(DPDT)开关，该开关的第一和第二开关端子分别耦合到所述主绕组和起动绕组的第二端，第三和第四开关端子分别耦合到所述第一和第二相端子，该开关还有第五和第六开关端子；
所述第五开关端子耦合到所述线路端子上；和
一个运行电容器，耦合在所述第六开关端子与所述线路端子之间；
从而使所述DPDT开关工作时能将所述电动机由单相电源或两相供电装置供电运转。
34.一种交流电动机驱动系统，其特征在于包括：
两相供电装置，用以把输入来的单相交流电源的单相交流电压变换成两相交流输出电压，所述两相供电装置具有一个公共端子、一个第一相输出端子和一个第二相输出端子，所述两相交流电压在所述第一相输出端子和公共端子之间有第一相电压、在所述第二相输出端子和公共端子之间有第二相电压，所述第一相电压的值不同于所述第二相电压的值；
一个线路端子和一个中性端子，供连接到单相交流电源之用；
一个固定分相电容器式感应电动机，具有一个主绕组和一个起动绕组；
所述主绕组具有第一端和第二端和主绕组阻抗；
所述起动绕组具有第一端和第二端和大于所述主绕组阻抗的起动绕组阻抗；
一个三刀双掷(TPDT)开关，其第一、第二和第三端子分别耦接所述起动绕组第二端、所述主绕组和起动绕组的第一端以及所述主绕组的第二端，所述TPDT开关的第四、第五和第六端子分别耦接所述第一相输出端、公共输出端子和第二相输出端子，所述TPDT开关的第八和第九端子分别耦接所述线路输入端子和中性输入端子；
所述TPDT开关的第七个端子；
一个运行电容器，连接在所述第七端子与所述线路输入端子之间；且
在两相工作方式时，所述TPDT开关将所述第一、第二和第三端子分别连接到所述第四、第五和第六端子上；且
在单相工作方式时，所述TPDT开关将所述第一、和第二和第三端子分别连接到所述第七、第八和第九端子上；
因此，所述两相供电装置将输入的单相电压变换成在所述第一相输出端子、第二相输出端子和公共端子上所提供的两相电压，且所述TPDT开关能使其在工作时将所述电动机接单相电源或接两相供电装置运转。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C15 Extension of patent right duration from 15 to 20 years for appl. with date before 31.12.1992 and still valid on 11.12.2001 (patent law change 1993)
OR01 Other related matters
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee