CN1047267C - 产生波幅耦合电压用于控制多相绕组电机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明可以产生波幅耦合电压，这些电压实质上相应于一个或多个预定的瞬时行进波(曲线)。发明的装置设有一个分接(抽取)装置，它包含由多个部件构成的网络，因在该处各自电压降所以产生各分接电压，它们至少相应于一预定的曲线。通过这些分接电压间的瞬时匹配地切换，产生相应于一个或多个预定瞬时曲线的各波幅耦合输出电压。本发明适用于供给多绕组电动机的电压。

Description

产生波幅耦合电压用于控制多相绕组电机的方法和装置
本发明涉及一种产生波幅耦合电压用于控制具有多相绕组电机的装置以及一种相应方法。
在本文中术语“波幅耦合”(amplitude-coupled)可理解为，利用单一触发信号来实现各电压峰值的共同改变。
众所周知，对于各种不同的应用，具有予定的瞬时行进(曲线)的按波幅进行耦合的电压一定要产生。
因此，例如为了起动多绕组的电动机，需要尽最大可能地应用具有正弦波形曲线的一些波幅和相位耦合电压。
用于产生相位移及正弦波形的电压的一种电路布置可从DE-OS3814562文件中得知。在该文中提出的系统是值得注意的，因为所应用的是一个电阻网络，各电阻是电气上串联地接于一个闭合回路中，并且能在接在一起的各电阻的结点处提取正弦波形的电压。在这种情况中，周期连续的一个正向电压被以下述方式送到该电阻网络，即具有同样数目电阻的两个并列分支被定位于该正向电压的两极之间。
该文所提供的系统只能获得逼近于正弦波形的电压曲线。
在其它应用中，期望提供若干波幅耦合电压，它们都符合于予定的各瞬时曲线，但不强制为相位耦合。
因此，按照本发明所提供的装置或方法其任务即在于产生各波幅耦合电压，它们尽可能准确地跟踪一个或多个予定的瞬时曲线。
本发明提供了一种产生波幅耦合电压用于控制具有多相绕组的电机(16)的方法，其特征在于包括以下步骤：
产生具有第一曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)，并在电机(16)的起动阶段，向电机(16)提供该具有第一曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)；
产生具有第二曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)，并在电机(16)的正常操作阶段，向电机(16)提供该具有第二曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)；
其中所述的电机(16)的起动阶段和正常操作阶段是瞬时的和/或根据电机(16)的操作参数来区分的。
本发明还提出了一种产生波幅耦合电压用于控制具有多相绕组的电机(16)的装置，包括：
一个控制装置(11)，用于控制电压源(10)，其特征在于所述的装置还包括：
一个分接装置，具有多个部件(12)互连，使得可以提供多个分接点(13)，在每个分接点分接出对应于第一曲线形状和第二曲线形状的分接电压(U0,…,Uk)；
一个转换装置(14)，利用它，分接电压(U0,…,Uk)被及时转换，产生用于电机(16)的具有第一曲线形状和第二曲线形状的控制信号；
一个定时部件和/或传感器(18)，通过它，利用瞬时控制和/或根据电机(16)的操作参数区分起始阶段和正常操作。
本发明的原理在于，以一个分接(抽取)设备提供各分接(抽取)电压，各分接电压的数值能够以一个附加的或倍增的方式借助于一个单一起动信号来改变，并且是相应于一个或多个予定曲线来改变的。
通过在这些分接的电压之间的一个瞬时匹配的切换，所产生的波幅耦合输出电压Ua1…Uax至少相应于一个予定的瞬时曲线f(t)即
Ua1=U×f1(t+d1)
Ua2=U×f2(t+d2)
…
Uax=U×fx(t+dx)
按照本发明提供的装置的进一步利益在于，至少有些输出电压Ua1…Uax能是相位耦合，以及/或各特定的输出电压跟踪一个曲线，该曲线象其余输出电压相同的方式行进，但具有一不同的瞬时弯曲。
如果该分接装置包含多个部件组成的网络，总电压能接到该网络并且通过该网络各分接电压可在各部件处发生，则可产生出一个简单而稳定的模式。
如果该予定的瞬时曲线相应于三角函数，则按本发明提供的装置最好用于起动具有多绕组(多线)的电动机。
借助于一个时间函数元件进行时间函数的控制用于产生各输出电压，这在时间关系上是特别准确的。如果用本发明的装置作为测量的目的，则它是特别有利的。
为了控制该予定的瞬时函数应用了一个检测器，由它来检测输出电压对电气负荷(例如一台电动机)的影响，这是特别有利的，即使对具有不同转数的一台电动机，也能获得最佳起动。
如果该检测器与时间函数元件一起用于控制该时间函数，则在控制以外，在各测量值之间的瞬时插入值即能依据各被测值来实现。
如果分接设备是由电子控制装置以下述方式起动，即各分接电压相应于各予定值，则特别有利于对各输出电压用的任意曲线都能予先确定。
当利用一个输入设备时，通过它即能予定各输出电压的瞬时曲线，则按照本发明提供的装置即能通用于所有各种应用领域。
如果结合应用了附加的减小和/或放大的装置，它能减小或放大该分接的电压，则按照本发明提供的装置还能实现至少一个输出电压的波幅曲线也能够变化。
除较好地对一予定的瞬时曲线进行匹配外，本发明的一个实施例还可实现：多个各有其峰值的瞬时曲线能被予先确定，它们跟踪各波幅耦合输出电压。
如果在各个时间处的一个或多个输出电压对应于各不同的曲线和/或瞬时曲线，则会有这样的利益，其中包括，在一个电气负荷的升速或减速阶段中各输出电压能够最佳化。
因此，以一个第一曲线作为具有一个或多个绕组电动机的起动或升速之用，而以一第二曲线作为其额定运行之用。这样的起动能够用本发明的装置或其它适用的装置来实现。在升速阶段和额定运行阶段之间的区分是能够得到的，例如借助于一个门槛转数，一个门槛负荷值和/或其它数值，它们代表各种变化值，以致能够实现电动机的旋转方向相应于所期望的旋转方向和/或所需要的运行平稳。(平滑)
本发明的最佳实施例以各附图来说明，并紧密结合它们详述如下：
图1，是起动具有三个绕组的电动机的第一实施例；
图2，是按照图1所示实施例子置的各分接的和各个电压值的瞬时曲线；
图3，是具有可调节部件的第二实施例；
图4，是用于检测电动机转数和/或位置的一个检测器的各输出信号；
图5，是以第一曲线用于该起动阶段的一个电动机起动信号；
图6，是根据图5进行起动的各合成电压；
图7，是以第二曲线用于正常运行的一个电动机起动信号。
在阐述各实施例之前，而进一步指出：各图中所绘的各个方框仅作为更好地理解本发明之用。通常由一个或数个这种方框组合起来形成各单元。这个能用综合的或混合的技术来实现，或是作为一个程控的微型计算机或适合于其控制的一部分程序一样。
此外，还应指出，包含在该装置和各元件中的各步骤也能分别地完成。
图1中示出一个分接设备9，其中具有一个可控的电压源10，它提供的一个取决于一个电子控制装置11的控制脉冲的输出电压U，以及具有一个由部件12.1…12.K形成的网络。这就造成多个分接(抽取)点13.0…13.k，从这些点引出的多路线接到一个转换装置14上，该装置包括有切换开关24a、24b、24c并接受从该电气控制装置来的脉冲和为一台电气负荷15提供各输出电压。
图1中示出的一个电气负荷是一个具有三个绕组的电动机16，每个绕组接有一个相应的放大器级17a、17b、17c。位于电气负荷15上的一个检测器18检测出负荷15的运行变化，例如象位置和/或转数的变化，以及发送信号给电子控制装置11。
图1所示本发明装置实施例的目的解释在图2中。这里说明一个具有正弦波曲线的输出电压Ua，该曲线被移位到没有负值。因此，Ua=1/2(U+U×sin(t))。所以图2中曲线的行进首先被峰值U所确定，进一步被瞬时函数Sin(t)所确定。
电压U借助于电子控制装置11在电压源10处进行调节。正弦曲线的瞬时行进是由该曲线的行程被分成各个区段来实现的。因此，从图2可见，例如，在横座标的O点处是曲线Sin(t)的最小值，以及在k点处相应于电压U的最大值，该曲线在最小和最大值之间被分成有意义的各点1,2,3…k，在这些地方形成各分接的电压U1、U2、U3,…,Uk。对于任意的分接电压Um+1下述是真：
Um+1=Um+Dm+1
所以，在图1的电路中部件12.1+12.k的大小使在其上的电压降为各予定的电压D，即相应于D1…DK。结果是总电压在各分接点13.0…13.k处产生出各分接电压U0…Uk。
该转换装置14在各个分接点13(即相应于13.0…13.k)之间以这样的方式进行切换，致使一个正弦波输出信号Ua在其各输出的每一输出信号上有效。
举例来说，如果与切换开关24a相关连的输出提供一个正弦波输出信号Ua1，首先具有递升值，则它被电子控制装置11进行转换，以致它首先从一任意输入端(相应于分接点13.m)向各较高电压值(相应于分接点13.m+1,13.m+a…13.k)的方向转换，随后再向较低电压值转换，然后再向较高电压值转换，等等。
对切换开关24b和24c以同样的方式进行这样的程序。如果通过切换开关24a、24b、24c提供的输出电压Ua1、Ua2、Ua3是相位耦合的，则在各切换开关24之间必须具有一种固定的耦合。这可用电子控制装置11供出的控制信号或该转换装置14的某些手段(图1中未示出)来实施。
从切换开关24a、24b、24c提供的输出电压Ua1、Ua2、Ua3被传送到电气负荷15，在图1所示的实施例中它是一个具有三个绕组的电动机16，从而每个绕组被接到一个放大器的一级17a、17b、17c。则各输出电压必须有120度的相位移。电动机16被从该放大器各级17a、17b、17c放大的功率来驱动。电动机16的转速和/或位置由检测器18进行检测，例如该检测器18可以嵌入作为测速发电机用。检测器18提供的各信号传送到电子控制装置11，于是应用与该转换有关的控制脉冲来起动转换装置14，并用与转矩或转速有关的控制脉冲投入电压源10。
在根据图1改动的实施例中，在接除了各部件12.1…12.k接成串联之外，还有些部件(未示出)设置成与上述各元件并联连接，这是可能的。从而在正弦条件下，能得到使分接电压U0…Uk被较好地与所期望的曲线匹配。
图3示出的是第二个实施例，其中的各装置和部件与图1实施例中具有相同功能者用等同的标号来指示。这些将叙述在下面，只为达到深刻理解本发明的程度为止。
根据图3所示的实施例，设置一个输入装置19来传送各脉冲到电子控制装置11。此外，各部件12.1…12,k的电气特性可以改变，例如电阻和电容器，由电子控制装置11提供的控制脉冲来改变。
这里具有这样的效果，即各部件12上的各个电压降D能被改变。因为分接电压U1…Uk由各个电压D产生是可能的，所以能通过输入装置19来予确定所期望的各输出电压的瞬时曲线所需的数值。电压U的数值也能通过输入装置19来予定。此外，在图3的实施例中示出：该转换装置14可包含3个以上的切换开关，所以还可以产生若干个输出电压Ua1…Uax。
另外，该实施例也能被设计成，该电子控制装置11可不依靠检测器18的信号，和/或通过一个时间函数元件(未示出)来控制它送到分接装置9上的输出脉冲。
此外，可考虑，在该分接装置9中设置另外电压源和/或至少一些部件12.1…12.k被建成各电压源。因此，可得到使分接的电压U1…UK也能描绘出一个非对称的曲线。
在另一改变的方案中，它不仅参照图1的实施例，而还参照了图3的实施例，它可进一步考虑，各分接的电压代表各不同曲线的各数值。这可理解为U0,U2…相应于第一曲线，而U1、U3…相应于第二曲线。还有，可考虑将曲线1细分成U0…Um，曲线2细分成Um+1…Uk。如果多于两条曲线则进行相应分割是有效的。
此外，可认为，各输出电压Ua0…Uax实际上是波幅耦合，也即，可用一单一起动信号对各输出电压的各峰值进行共同的改变，但它们没有一个等同的峰值。这可以因放大元件或衰减器(未示出)来实现，例如它们可形成转换装置14的一部分，并且也能由电子控制装置11来起动。
在进一步改形中，还可能这样，即一个或几个输出电压相应于各不同曲线和/或瞬时曲线的各不同时间。
这可用于起动具有一个或多个绕组的电动机是有利的，借此可做出起动和正常运行之间的鉴别。
在下面，假定电动机16被输出电压Ua1、Ua2、Ua3来起动，并假定它的转速和/或位置检测器18来检测。这样送出的一个输出信号如图4所示是位置P的一个函数。
当电动机16处于其起动位置时，即P=0度，确定下某一定记号，它导致一个与其它各输出脉冲不同的信号。此外，在一个转子或一个转子圆盘上固定下这些记号，以致对电动机每隔15度的位置处即由检测器18接连发出合适的输出信号。
根据从检测器18输出的这些信号，电子控制装置11在所测量的旋转速度n处即能借助于为电动机16各绕组用的各个放大器各级17送出按图5的附和第一曲线的各信号。
在图5起动信号的幅值-1、0和+1之间的陡峭变化导致出图6所示的一个电压曲线。可清楚地看出，出现了各种干扰波峰a、b、c、d。然而，在此例中，干扰波峰c、d是由其它电动机绕组的各起动信号造成的交调失真波峰，干扰波峰a、b是由相关的绕组造成的，它们能影响在一个装置中的其它信号，例如，一个录象器，在所示装置中设计有为其控制所用的电动机16和所示的各种措施。
具有较佳的第二曲线的起动信号说明在图7中。
对于该最佳实施例，图7的信号与图5的信号相对于电动机16的位置为同相位。这意味着各极限值或零值交叉发生在一等同位置P处，即电动机16的一个转子的角位置。
这样的一个第二曲线相对于第一曲线具有一圆滑的进程，它能通过合适地起动该电压源10和/或转换装置14而产生。
此外，可想而知，被放大器17处理过的各输出信号Ua或各信号通过一个圆滑波形装置(未示出)被整得圆滑了。例如这包含用适合的RC组件构成各模拟级，或用一适合的计数器构成数字级，该计数器计数一项振荡频率，其振荡频率比最大速度的扫描脉冲者大，但比可能的干扰峰值者慢。
从而，例如可以取得具有最接近正弦波行程的起动信号。
因此，总的来说，为产生具有予定瞬时曲线的波幅耦合电压的一个装置被提供出来，较好地是它具有由各部件形成一个网络的分接级，在该处，各个电压降从而产生各分接的电压，它们至少代表一个予定的曲线。
该瞬时曲线由一个电子控制装置来的各控制信号来确定，从而各切换开关使分接的电压转换以至可以得到各予定的输出电压。这些能够是相位耦合，或是具有各种不同瞬时进程的曲线形状，并且能通过电子控制装置和/或通过未在这里提到的装置来实现。
按本发明提供的装置具有特别的利益在于，对所提供的各输出电压的各峰值可由该电子控制装置发出的一个单一起动信号确定进行共同的改变。因此，当采用数字部件时，只需用一个数-模转换器，它可为该控制装置11或电压源10的一部分，这个转换器对各输出电压的共同触发是必需的。
本发明装置的一种结构允许按照曲线的行进产生各波幅耦合输出电压，各曲线行进是根据一个外电源予定的。
如果各输出电压的各曲线借助于检测一个要被起动项目的运行变化的检测器送来的信号进行控制，则能对这个项目取得一个改进的起动过程。
如果被起动的该项目是一台电动机，则各不同输出电压曲线能够独立地实现，与是否为一个起动阶段或是正常方式的运行无关。
在下述的本发明附属权利要求中也体现了上述的各实施例。

Claims (9)

1．一种产生波幅耦合电压用于控制具有多相绕组的电机(16)的方法，其特征在于包括以下步骤：
产生具有第一曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)，并在电机(16)的起动阶段，向电机(16)提供该具有第一曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)；
产生具有第二曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)，并在电机(16)的正常操作阶段，向电机(16)提供该具有第二曲线形状的控制信号(Ua1,…,Ua3)；
其中所述的电机(16)的起动阶段和正常操作阶段是瞬时的和/或根据电机(16)的操作参数来区分的。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于第二曲线形状的信号在产生时被圆滑化。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于第一曲线形状是阶梯状的。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二曲线的形状是正弦状的。
5．一种产生波幅耦合电压用于控制具有多相绕组的电机(16)的装置，包括：
一个控制装置(11)，用于控制电压源(10)，其特征在于所述的装置还包括：
一个分接装置，具有多个部件(12)互连，使得可以提供多个分接点(13)，在每个分接点分接出对应于第一曲线形状和第二曲线形状的分接电压(U0,…,Uk)；
一个转换装置(14)，利用它，分接电压(U0,…,Uk)被及时转换，产生用于电机(16)的具有第一曲线形状和第二曲线形状的控制信号；
一个定时部件和/或传感器(18)，通过它，利用瞬时控制和/或根据电机(16)的操作参数区分起始阶段和正常操作。
6．根据权利要求5的装置，其特征在于控制装置(11)、电压源(10)和/或转换装置(14)被控制，使得通过适当地改变从电压源得到的总电压和/或适当地转换分接电压(U0,…,Uk)来产生第二曲线形状的信号。
7．根据权利要求5或6的装置，其特征在于还包括一个圆滑装置，用于圆滑所述的控制信号，从而产生第二曲线形状的控制信号。
8．根据权利要求5的装置，其特征在于第一曲线形状是阶梯状的。
9．根据权利要求5的装置，其特征在于第二曲线形状是正弦状的。
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