DE19546145A1 - System for controlling single phase permanent magnet synchronous motor - Google Patents

System for controlling single phase permanent magnet synchronous motor

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DE19546145A1
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Miroslav Oljaca
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Abstract

A system for controlling the performance of a mains supplied single phase synchronous motor (1) having a permanent magnet rotor energises the stator via a semiconductor switch (5) e.g. a triac or silicon controlled rectifier, signalled (11) by a controller (4). The system references (a) the supply voltage (U(t) across the switch (5) in the open condition and (b) the rotor position w.r.t. the stator field via a Hall-effect sensor (6) which latter is an index of the motor EMF. As a result of the measurements (a,b) the firing angle of the semiconductor switch (5) is adjusted by the controller (4) when a zero phase difference between the EMF and first harmonic of stator current affords maximum motor output and minimum load currents.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Permanentmagnet-Einphasensynchronmotors gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Weiters bildet einen Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for Control of a permanent magnet single-phase synchronous motor according to the preamble of the main claim. Furthermore forms one The invention relates to a device for performing of the procedure.

Bekanntlich kann bei einem Permanentmagnet-Einphasensynchron­ motor, der an das Versorgungsnetz von 50 oder 60 Hz ange­ schlossen ist, der Rotor mit der an ihn angeschlossenen Last nur bei Anwendung einer besonderen Eisenspalt-Asymmetrie und nur in Gegenwart von besonders geringen (trägen und resisten­ ten) Lasten zum Anlaufen gebracht werden. Es sind jedoch billige elektronische Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe es möglich ist, einen Permanentmagnet-Einphasensynchronmotor in der gewünschten Drehrichtung und in Gegenwart auch von nicht notwendigerweise geringen Lasten anlaufen zu lassen.As is known, can be synchronous with a permanent magnet single phase motor connected to the supply network of 50 or 60 Hz is closed, the rotor with the load connected to it only when using a special iron gap asymmetry and only in the presence of particularly small (sluggish and resistant ten) loads are started. However, there are cheap electronic devices known with the help it is possible to use a permanent magnet single phase synchronous motor in the desired direction of rotation and in the presence of not necessarily to start small loads.

In jedem Fall muß der Rotor ein solches Anlaufmoment entwic­ keln, daß die Trägheiten und die durch die Last geschaffenen Widerstandsmomente in einer Weise überwunden werden, daß sie in Synchronismus mit der Netzfrequenz gebracht werden. Zu diesem Zwecke erfordert der Motor, der einen genau definier­ ten elektromagnetischen Kreis aufweist, in der Anlaufphase eine Betriebsspannung, in Funktion von welcher man propor­ tional ein abgegebenes Moment erhält, das höher ist als das, welches theoretisch erforderlich ist, um ihn synchron laufen zu lassen (wo die Trägheits- und Widerstandsmomente nicht mehr vorhanden sind). Da die Netzspannung jedoch notwendiger­ weise einen konstanten wirksamen Wert besitzt (ausgenommen die in der Toleranz zulässigen Schwankungen der Betriebs­ spannung), folgt daraus, daß der Motor derart ausgelegt sein muß, daß er bei diesem Spannungswert und der betreffenden Toleranz arbeitet, vor allem jedoch, daß er die Anlaufphase (bzw. das Widerstandsmoment der Last, zu der sich die Träg­ heitsmomente addieren) auch unter der Bedingung einer Mini­ malspannung überwinden kann. In any case, the rotor must develop such a starting torque that the inertia and that created by the load Moments of resistance can be overcome in a way that they be brought into synchronism with the mains frequency. To this is what the motor requires, which precisely defines you th electromagnetic circuit in the start-up phase an operating voltage, in function of which one proportions tionally given a torque that is higher than that which is theoretically required to run it in sync to let (where the moments of inertia and drag do not there are more). However, since the mains voltage is more necessary has a constant effective value (except the tolerable fluctuations in operation voltage), it follows that the motor can be designed in this way must be at this voltage value and the relevant Tolerance works, but most of all, that it is the start-up phase (or the section modulus of the load to which the carrier adding moments) even under the condition of a mini can overcome paint tension.  

Wenn daher einmal ein Synchronismus zur Nominalspannung hergestellt ist, liegt keine Optimierung des Betriebes des Motors vor bzw. werden die Leistungen nicht voll ausgenützt.So if there is a synchronism with the nominal voltage is produced, there is no optimization of the operation of the Motors before or the services are not fully used.

Überdies werden die Betriebsparameter von den Schwankungen des Wertes der Betriebsspannung und von eventuellen Schwan­ kungen des Lastwiderstandes beeinflußt; diese bringen tat­ sächlich eine Veränderung der thermischen Verhaltensweise des Motors selbst mit sich, der auch überhöhte Temperaturen er­ reichen kann, welche seinen Wirkungsgrad herabsetzen. Um die vorgenannten Schwankungen in der Projektphase zu berücksich­ tigen, werden zurzeit Motoren der genannten Art mit beson­ derer Dimensionierung der aktiven Materialien (Eisen, Kupfer) hergestellt.In addition, the operating parameters of the fluctuations the value of the operating voltage and any swan influences of the load resistance; this bring did a change in the thermal behavior of the Motors themselves with themselves, which can also cause excessive temperatures can suffice, which reduce its efficiency. To the above-mentioned fluctuations in the project phase engines of the type mentioned are currently used the dimensioning of the active materials (iron, copper) manufactured.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ver­ fahrens und einer entsprechenden Vorrichtung zu seiner Durch­ führung, welche die Steuerung eines Permanentmagnet-Einpha­ sensynchronmotors in einer Weise ermöglichen, daß die Nach­ teile der bekannten Steuerungsverfahren und Steuerungsvor­ richtungen überwunden werden.The aim of the present invention is to create a ver driving and a corresponding device for its passage leadership, which is the control of a permanent magnet single phase enable sensynchronous motor in such a way that the after parts of the known control methods and control directions are overcome.

Insbesondere ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Optimierung der Betriebsparameter eines Permanentmagnet- Einphasensynchronmotors im Synchronzustand.In particular, an object of the present invention is Optimization of the operating parameters of a permanent magnet Single-phase synchronous motor in the synchronous state.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Optimie­ rung der Betriebsparameter des vorgenannten Motors auch in Gegenwart von Schwankungen der Betriebsspannung (bzw. Netz­ spannung) oder von Schwankungen des Lastwiderstandes.Another object of the present invention is optimization tion of the operating parameters of the aforementioned engine also in Presence of fluctuations in the operating voltage (or network voltage) or fluctuations in the load resistance.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Ermögli­ chung einer Dimensionierung der aktiven Materialien des Motors in Korrelation zu einem optimierten Betriebszustand desselben, ohne daß dabei diese Dimensionierung zwangsläufig unter Berücksichtigung der Schwankungen der Betriebsspannung oder der Last durchgeführt werden muß.Another object of the present invention is to make it possible dimensioning of the active materials of the Motors in correlation to an optimized operating state the same, without this necessarily dimensioning  taking into account the fluctuations in the operating voltage or the load must be carried out.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaf­ fung eines Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung der vorgenannten Art, die einfach durchführbar bzw. herstell­ bar sind, mäßige Kosten verursachen und mit erhöhter Zuver­ lässigkeit eingesetzt werden können.Another object of the present invention is sheep a method and a corresponding device of the aforementioned type, which is easy to carry out or manufacture are cash, cause moderate costs and with increased confidence casualness can be used.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaf­ fung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die es ermögli­ chen, den Motor in einer vorbestimmten Weise anzulassen und nachher dessen Betrieb nach den Eigencharakteristiken des Motors zu optimieren.Another object of the present invention is sheep use of a method and a device that make it possible Chen to start the engine in a predetermined manner and after its operation according to the characteristics of the Optimize the engine.

Diese und weitere, dem Fachmann erkennbare Ziele werden mit einem Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptan­ spruches erreicht.These and other goals recognizable to the person skilled in the art are shared with a procedure in accordance with the characterizing part of the main an reached.

Die oben genannten Ziele werden mit einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens gemäß den betref­ fenden bei geschlossenen Patentansprüchen erreicht.The above objectives are achieved with a device for Implementation of the aforementioned procedure in accordance with the fenden achieved with closed patent claims.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird der lediglich beispielhaften Erläuterung halber und ohne die Erfindung zu beschränken die beiliegende Zeichnung vorgelegt, worin:For a better understanding of the present invention, the purely by way of example and without the In order to limit the invention presented the attached drawing, wherein:

Die Fig. 1 ein Blockschema einer Steuerungsvorrichtung für einen Permanentmagnet-Einphasensynchronmotor gemäß der Erfindung zeigt;
die Fig. 2A und 2B jeweils einen typischen Verlauf der Leistung und des Stromes als Funktion der Betriebsspannung eines Permanentmagnet-Synchronmotors zeigen;
die Fig. 2C und 2D jeweils einen typischen Verlauf der­ selben Parameter wie in Fig. 2A und 2B zeigen, jedoch wäh­ rend der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
die Fig. 3 die Wellenformen der Größen wiedergibt: Figs. 1 according to the invention shows a block diagram of a control apparatus for a permanent-magnet single-phase synchronous;
. 2A and 2B respectively of a permanent magnet synchronous motor, Figures a typical profile of power and current as a function of operating voltage;
FIGS. 2C and 2D each show a typical course of the same parameters as in FIGS. 2A and 2B, but during the implementation of the method according to the invention;
. 3 shows the waveforms of the variables represents the Figure:

  • u(t) = Betriebsspannung des Motors;u (t) = operating voltage of the motor;
  • e(t) = EMK;e (t) = EMF;
  • i(t) = Strom in der Wicklung,i (t) = current in the winding,

in einem Permanentmagnetmotor im Synchronzustand ohne irgend­ eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung;
die Fig. 4 die Wellenform der in Fig. 3 angegebenen Größen wiedergibt, jedoch in einem erfindungsgemäß gesteuerten Motor; diese Figur zeigt auch die Wellenform UT(t) der Span­ nung auf einem statischen Schalter der Vorrichtung gemäß Fig. 1 während der Durchführung der Erfindung; in der Figur ist auch die erste Harmonische I₁(t) des Stromes i(t) gezeigt;
die Fig. 5 ein Blockschema einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.in a permanent magnet motor in the synchronous state without any control device according to the invention;
FIG. 4 shows the waveform of the quantities indicated in FIG. 3, but in a motor controlled according to the invention; this figure also shows the waveform U T (t) of the voltage on a static switch of the device according to FIG. 1 during the implementation of the invention; in the figure, the first harmonic I₁ (t) of the current i (t) is shown;
FIG. 5 is a block diagram of a possible embodiment of the device according to the invention.

Vor einem näheren Eingehen auf die Erfindung wird vorange­ stellt, daß beim Synchronbetrieb der Permanentmagnet-Syn­ chronmotor gewöhnlich durch den Verlauf der Betriebsspannung u(t), der EMK e(t), die in der Wicklung vom rotierenden Magnetfeld, erzeugt von den auf dem Rotor angeordneten Per­ manentmagneten, induziert wird, und dem Verlauf des Stromes i(t), der, wie in Fig. 3 gezeigt ist, in der Statorwicklung fließt, gekennzeichnet ist. Wenn man diese Größen analysiert, ist es gewöhnlich möglich, festzustellen, daß die EMK e(t) um einen Winkel (δ) verzögert und der Strom i(t) um einen Winkel (Φ) in bezug auf die Spannung u(t) phasenverschoben ist. Die Phasenverschiebung, die zwischen dem Strom und der EMK resul­ tiert, ist durch den Winkel Ψ dargestellt. Die oben genannten Größen haben, wie bekannt, folgende analytische Ausdrücke:Before going into more detail on the invention, it is provided in advance that during synchronous operation of the permanent magnet syn chronomotor usually by the course of the operating voltage u (t), the EMF e (t) generated in the winding by the rotating magnetic field from the on the Rotor arranged by permanent magnet, is induced, and the course of the current i (t), which, as shown in Fig. 3, flows in the stator winding, is characterized. If one analyzes these quantities, it is usually possible to find that the emf decelerates e (t) by an angle (δ) and the current i (t) by an angle (Φ) with respect to the voltage u (t) out of phase is. The phase shift that results between the current and the EMF is represented by the angle Ψ. As is known, the above quantities have the following analytical expressions:

  • u(t) = U·sin (ωt)u (t) = Usin (ωt)
  • e(t) = E·sin (ωt-δ)e (t) = Esin (ωt-δ)
  • i(t) = I·sin (ω-t)i (t) = Isin (ω-t)
  • Y = Φ-δY = Φ-δ

worin U, F und T die Maximalwerte (oder Spitzenwerte) der genannten Größen darstellen.where U, F and T are the maximum (or peak) values of the represent named sizes.

Aus der technischen Literatur ist bekannt, daß, wenn Y=0 wird bzw. wenn die EMK e(t) in Phase mit dem Strom i(t) liegt, das Verhältnis Drehmoment-Strom maximal wird bzw. daß man die geringste aufgenommene Leistung für einen gegebenen Motor und eine vorbestimmte Last erzielt; wenn man in jedem Augenblick des Betriebes des Motors derart arbeitet, daß Ψ=0, erhält man folglich die Optimierung des Betriebes und reduziert dabei die Verluste (maximaler Wirkungsgrad) und den Strom.It is known from the technical literature that when Y = 0 or if the EMF e (t) is in phase with the current i (t), the Torque-current ratio becomes maximum or that the lowest power consumed for a given engine and achieves a predetermined load; if you look at every moment the operation of the engine works in such a way that Ψ = 0 consequently, the optimization of operations and reduced the losses (maximum efficiency) and the current.

Da, wenn man dermaßen verfährt, gleichzeitig eine Steuerung der Betriebsspannung des Motors erfolgt, wird somit die Opti­ mierung des Betriebes auch in Gegenwart von Schwankungen der Netzspannung und/oder der Last gewährleistet.Because if you do this, there is a controller at the same time the operating voltage of the motor, the opti operation in the presence of fluctuations in the Mains voltage and / or the load guaranteed.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, einen Permanentmagnet-Einphasensynchronmotor 1 (Fig. 1) derart zu steuern, daß ,die Phasenbedingung zwischen Strom i(t) (oder besser von dessen ersten Harmonischen i₁(t)) und der EMK e(t), wie sie oben erwähnt sind, verwirklicht wird.The present invention has set itself the goal of controlling a permanent magnet single-phase synchronous motor 1 ( Fig. 1) such that the phase condition between current i (t) (or better from its first harmonic i₁ (t)) and the EMF e (t) as mentioned above is realized.

Gemäß den Zeichnungsfiguren wird der Motor 1 aus der Netz­ spannung u(t) über die elektrischen Leitungen 2 und 3 gespeist und in seinem Betrieb von einer Steuerungs- und Regeleinheit 4, vorzugsweise einer solchen mit Mikroprozes­ sor, gesteuert und geregelt. Diese Steuerung wird auf der Basis der Messung von nur zwei Größen durchgeführt, und zwar eine motoreigene Größe und eine betreffend das ihn speisende elektrische Signal. Diese Größen sind die Position des Rotors des Motors und der Wert der Betriebsspannung UT(t), gemessen auf einem in Serie zum Motor 1 geschalteten Schalter 5. Die­ ser Schalter ist vorzugsweise ein statischer Schalter, wie ein Triac, ein SCR oder ein anderes äquivalentes elektroni­ sches Organ. Um die vorgenannten Größen zu ermitteln ist ein Positionssensor 6 vorgesehen, beispielsweise ein Hall-Sensor, der funktionell mit dem Rotor zusammenwirkt; für die Funk­ tionsweise der Spannung ist ein elektrischer Zweig 9 vor­ gesehen, der an einen elektrischen Zweig angeschlossen ist, welcher den Schalter 5 und den Motor 1 an einem zwischen letzteren liegenden Knotenpunkt 10 verbindet. Der Sensor 6 und der Zweig 9 sind mit der Einheit 4 verbunden, welche die Schließung des Schalters 5 über einen elektrischen Zweig 11 steuert. Diese Einheit ist mit der elektrischen Versorgungs­ leitung 3 über einen Knotenpunkt 12 verbunden, der vor dem genannten Schalter liegt.According to the drawing figures, the motor 1 is fed from the mains voltage u (t) via the electrical lines 2 and 3 and its operation is controlled and regulated by a control and regulating unit 4 , preferably one with a microprocessor. This control is carried out on the basis of the measurement of only two variables, namely an engine-specific variable and one relating to the electrical signal feeding it. These variables are the position of the rotor of the motor and the value of the operating voltage U T (t), measured on a switch 5 connected in series with the motor 1 . This water switch is preferably a static switch, such as a triac, an SCR or another equivalent electronic organ. In order to determine the aforementioned variables, a position sensor 6 is provided, for example a Hall sensor, which cooperates functionally with the rotor; for the mode of operation of the voltage, an electrical branch 9 is seen before, which is connected to an electrical branch which connects the switch 5 and the motor 1 at a node 10 located between the latter. The sensor 6 and the branch 9 are connected to the unit 4 , which controls the closing of the switch 5 via an electrical branch 11 . This unit is connected to the electrical supply line 3 via a node 12 , which is located in front of the switch mentioned.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 besteht die Einheit 4 im einzelnen aus: einem Schaltungsblock 20, der als Signal­ wandler fungiert, welcher die vom Sensor 6 erzeugten Signale erhält und mit einem Summierknotenpunkt 21 verbunden ist; einem mit dem Block 20 und dem Knotenpunkt 10 verbundenen Schaltungsblock 22, der das von diesem Knotenpunkt abgenommene Spannungssignal u(t) aufnimmt und umwandelt; und einem Schaltungsblock 23, über den ein Steuerungssignal VA für den Schalter erzeugt wird. Ein Ausgang 24 des Blocks 22 ist mit dem Block 20, einem ersten Eingang 23A des Blocks 23 und einen Eingang eines Schaltungsblocks 25 verbunden, zu dem auch das Ausgangssignal aus dem Block 20 und ein Ausgangs­ signal aus einem Schaltungsblock 27 gelangt. Letzterer erhält ein Ausgangssignal aus dem Summierknotenpunkt 21, zu dem die Ausgangssignale des Blockes 25 und des Blockes 20 gelangen. Das Ausgangssignal des Blocks 27 gelangt auch zu einem zweiten Eingang 23B des Blocks 23. Als Beispiel kann man die Tatsache zitieren, daß der Block 20, wie erwähnt, ein Signal­ verarbeiter ist, und ebenso auch die Blöcke 23 und 25; der Block 22 ist ein Widerstandsnetz bzw. ein Block, der ein logisches Signal aussendet; der Block 27 ist ein Regler, beispielsweise von der Art "Deadbeat". . Referring to Fig 5 4, the unit in detail: a circuit block 20, which acts as a signal transducer that receives the signals generated by the sensor 6 and is connected to a summing junction 21; a circuit block 22 connected to block 20 and node 10 , which receives and converts the voltage signal u (t) taken from this node; and a circuit block 23 , via which a control signal V A for the switch is generated. An output 24 of the block 22 is connected to the block 20 , a first input 23 A of the block 23 and an input of a circuit block 25 , to which the output signal from the block 20 and an output signal from a circuit block 27 arrives. The latter receives an output signal from summing node 21 , to which the output signals of block 25 and block 20 arrive. The output signal of block 27 also reaches a second input 23 B of block 23 . As an example, one can cite the fact that block 20 , as mentioned, is a signal processor, as well as blocks 23 and 25 ; block 22 is a resistor network or a block that sends out a logic signal; block 27 is a controller, for example of the "deadbeat" type.

Es wird nun die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit der Benützung der oben erläuterten Vor­ richtung beschrieben.It is now the implementation of the method according to the invention in connection with the use of the above explained direction described.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung dreht es sich darum, zu den Phasenverschiebungswinkeln zwischen EMK und Statorstrom zu gelangen und so eine solche Steuerung durch­ zuführen, daß der Winkel auf Ψ=0 gesetzt wird, indem der Wert der an der Wicklung anliegenden Spannung beeinflußt wird, und das alles durch Abnahme von wenigstens nur zwei Größen: Position des Rotors und Spannung am statischen Schalter 5. Zu diesem Zweck wird die Betriebsspannung (Netz) uT(t) ermittelt, die am genannten Schalter meßbar ist, wenn sich dieser in nichtleitender Stellung befindet: es ist daher möglich, in der Einheit 4 den Nulldurchgang und die Periode dieser Größe auch in einer Anfangsphase des nichtlaufenden Motors (vor dem Anlassen) zu speichern, um sodann hiervon in jedem Moment durch vorbestimmte Vergleichsalgorithmen den Nulldurchgang dieses Signals zu rekonstruieren, da die Netz­ frequenz gewöhnlich fix ist.In the practical application of the invention, it is a matter of obtaining the phase shift angles between the EMF and the stator current and thus carrying out such a control that the angle is set to Ψ = 0 by influencing the value of the voltage applied to the winding, and all by taking at least two sizes: position of the rotor and voltage at the static switch 5 . For this purpose, the operating voltage (network) u T (t) is determined, which can be measured at the switch mentioned when it is in the non-conductive position: it is therefore possible in unit 4 to pass through zero and the period of this variable in one To store the initial phase of the non-running engine (before starting), and then to reconstruct the zero crossing of this signal at any moment using predetermined comparison algorithms, since the network frequency is usually fixed.

Die Bewertung der EMK e(t) und folglich der Verschiebung der­ selben in bezug auf die Netzspannung bzw. des Nulldurchganges dieser Größe wird durch Ermittlung der Position des Rotors des Motors 1, bzw. wenn der Rotor mit der Achse des Statorflusses fluchtet, bestimmt: über das durch den Posi­ tionssensor 6 erzeugte Signal ist es daher möglich, die Verzögerungszeit δ der EMK in bezug auf die Betriebsspannung u(t) zu messen.The evaluation of the EMF e (t) and consequently the displacement of the same with respect to the mains voltage or the zero crossing of this variable is determined by determining the position of the rotor of the motor 1 or when the rotor is aligned with the axis of the stator flux: Via the signal generated by the position sensor 6 , it is therefore possible to measure the delay time δ of the EMF in relation to the operating voltage u (t).

Wenn man nun den Augenblick kennt, in welchem die EMK e(t) durch Null geht, ist es möglich, auf die Zündung (bzw. die Schließung) des statischen Schalters 5 derart einzuwirken, daß sich die erste Harmonische I₁(t) des aufgenommenen Stro­ mes i(t) des Motors in Phase mit der EMK e(t) befindet. Im Zusammenhang mit Fig. 4, welche die Wellenformen der Span­ nung der Stromversorgung und der Spannung am statischen Schalter während der Benützung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zeigt, kann man feststellen, daß der Verlauf des Stromes i(t) in Gegenwart der über diese Vorrichtung durchgeführten Steuerung nicht mehr kontinuierlich ist (wie in Fig. 3), sondern Diskontinuitäten aufweist. Wenn man den Löschwinkel des Stromes i(t) mit "γ" (in bezug auf den Nulldurchgang der Betriebsspannung) und mit "α" den Zündwinkel das Stromes i(t) bezeichnet, kann man, die Phasenverschiebung der ersten Har­ monischen des Stromes i(t) in bezug auf die Betriebsspannung U(t) bestimmen.If you now know the moment when the EMF e (t) goes through zero, it is possible to act on the ignition (or the closing) of the static switch 5 such that the first harmonic I₁ (t) of the recorded Stro mes i (t) of the motor is in phase with the EMF e (t). In connection with Fig. 4, which shows the waveforms of the voltage of the power supply and the voltage at the static switch during the use of the device according to the invention, it can be seen that the course of the current i (t) is carried out in the presence of the device Control is no longer continuous (as in Fig. 3), but has discontinuities. If one designates the extinction angle of the current i (t) with "γ" (with reference to the zero crossing of the operating voltage) and with "α" the ignition angle of the current i (t), one can, the phase shift of the first harmonic of the current i Determine (t) in relation to the operating voltage U (t).

Um den Zustand einer maximalen Leistung und minimalen Strom­ aufnahme i(t) zu erreichen, wirkt das Steuerungssystem daher auf "α" derart, daß der Winkel "δ" in Phase mit dem Winkel Φ1 bzw. die EMK e(t) in Phase mit der ersten Harmonischen I₁(t) des Stromes i(t) gebracht wird.To the state of maximum power and minimum current The control system therefore works to achieve i (t) to "α" such that the angle "δ" is in phase with the angle Φ1 or the EMF e (t) in phase with the first harmonic I₁ (t) of the current i (t) is brought.

Bezugnehmend auf das Blockschema gemäß Fig. 5 wird das vor­ genannte Verfahren in folgender Weise durchgeführt. Zu Beginn des Betriebes der Vorrichtung wird eine Synchronisierung des Elektronikkreises mit der Betriebsspannung vorgenommen. Der Block 22 ermittelt den Augenblick der Löschung des elektro­ nischen Schalters und bei dem von dieser Seite der Vorrich­ tung erzeugten Signal werden die Verzögerungen der EMK und der Zündung des statischen Schalters definiert. Der Block 20 erhält am Eingang das Signal des Hall-Effektsensors und be­ stimmt die Verzögerung desselben in bezug auf das Löschen des statischen Schalters.Referring to the block diagram of FIG. 5 is carried out before the method mentioned in the following manner. At the beginning of the operation of the device, the electronic circuit is synchronized with the operating voltage. The block 22 determines the moment of deletion of the electronic switch and in the device generated by this side of the device, the delays of the EMF and the ignition of the static switch are defined. The block 20 receives the signal from the Hall effect sensor at the input and determines the delay of the same with respect to the deletion of the static switch.

Der Block 23 schätzt ab, wann der elektronische Schalter, immer in bezug auf das Löschen des statischen Schalters, eingeschaltet werden soll. Block 23 estimates when the electronic switch should always be turned on with respect to the static switch being cleared.

Der Block 25 bestimmt auf der Basis der Verzögerungen δ, γ und α die Phase der ersten Harmonischen des Stroms.Block 25 determines the phase of the first harmonic of the current based on delays δ, γ and α.

Insbesondere tritt das Signal des Positionssensors 6 in den Block 20 ein, wo es zusammen mit dem am Ausgang 24 des Blocks 22 vorhandenen Signal derart verarbeitet wird, daß am Ausgang die oben erwähnte Phasenverschiebung δ erhalten wird. Die mit UT(t) bezeichnete Spannung am statischen Schalter 5 tritt in den Block 22 ein, wo sie verarbeitet wird, um am Ausgang 7 zu erhalten, das den Löschmoment des Stromes darstellt. Insbe­ sondere wird jedes Mal, wenn der elektronische Schalter ge­ löscht wird, die Spannung an seinen Enden gleich der Be­ triebsspannung, weshalb man bei Ermittlung dieses Wertes γ erhält, das ein temporales Signal ist, auf welches die Verzö­ gerungen von δ und α bezogen werden.In particular, the signal from the position sensor 6 enters the block 20 , where it is processed together with the signal present at the output 24 of the block 22 in such a way that the above-mentioned phase shift δ is obtained at the output. The voltage at the static switch 5 , designated U T (t), enters the block 22 , where it is processed in order to obtain at the output 7 , which represents the erasing moment of the current. In particular, each time the electronic switch is cleared, the voltage at its ends is equal to the operating voltage, which is why, when determining this value, γ is obtained, which is a temporal signal to which the delays of δ and α are related .

Wie bereits erwähnt wurde, stellt der Ausgang aus dem Block 22 einen Eingang für den Block 20, einen Eingang für den Block 23 und einen Eingang für den Block 25 dar.As already mentioned, the output from block 22 represents an input for block 20 , an input for block 23 and an input for block 25 .

Der Block 25 erhält am Eingang auch die Ausgangssignale aus dem Block 20 und aus dem Block 27. Gleichzeitig erzeugt der Block 27 ein Signal α, welches dem Zündwinkel der Stromes i(t) entspricht. Nach der Anlaufphase arbeitet der Motor, vor der Intervention der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit einem Strom i(t) (verzögert phasenverschoben um einen Winkel δ in bezug auf die Spannung U(t)), der von den Belastungsbedin­ gungen und den elektrischen Eigenschaften des Motors abhängt; dieser Winkel δ wird als Ausgangswert von α benutzt. Sodann wird- von der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiederholt neu bearbeitet, um auf diese Weise den Phasenzustand zwischen EMK e(t) und der ersten Harmonischen i₁(t) des Stroms zu "verfol­ gen".Block 25 also receives the output signals from block 20 and from block 27 at the input. At the same time, the block 27 generates a signal α which corresponds to the ignition angle of the current i (t). After the start-up phase, before the intervention of the device according to the invention, the motor operates with a current i (t) (delayed out of phase by an angle δ with respect to the voltage U (t)), which depends on the loading conditions and the electrical properties of the motor depends; this angle δ is used as the initial value of α. Then the device according to the invention is repeatedly reworked in order to "track" the phase state between EMF e (t) and the first harmonic i 1 (t) of the current.

Die Signale γ, δ und α werden an den Block 25 geleitet, der sie verarbeitet und nach an sich bekannten Algorithmen vergleicht und ein Ausgangssignal Φ1 erzeugt. Der Block 25 ist ein mathematischer Rechenblock (oder ein Datenverarbeiter im weitesten Sinn des Wortes), in welchem der Wert Φ1 der ersten Harmonischen des Stromes i(t), ausgehend von den Werten von α, Φ und Ψ, unter Verwendung eines geeigneten Satzes von Gleichungen oder einer Tabelle von vorberechneten Daten, verarbeitet wird. Die Signale Δ und Φ1 werden an den Summierer 21 geleitet, der am Ausgang ein Signal Ψ entspre­ chend der Phasenverschiebung zwischen der EMK und der ersten Harmonischen des Stromes erzeugt. Letzteres Signal tritt in den Schaltungsblock 27 ein, der den Zündwinkel "α" des sta­ tischen Schalters bestimmt. Der Ausgang α aus dem Block 27 wird mit jenem des Blocks 22, γ, dem Block 23 zugeführt, der den Zündmoment des statischen Schalters bestimmt bzw. seinen "duty cycle" kontrolliert, um eine Phasenverschiebung Null zwischen der EMK und dem Statorstrom im Motor 1 zu erreichen, und dies in Abhängigkeit von den Werten von α und von γ, die zu diesem Block gelangen. Tatsächlich erhält der Block 23 am Eingang den Wert α, der relativ zum Signal Ψ sein kann, und bezieht es auf den Nulldurchgang der Betriebsspannung und führt die Schließung des statischen Schalters in dem in betracht gezogenen Augenblick durch.The signals γ, δ and α are passed to block 25 , which processes them and compares them according to algorithms known per se and generates an output signal Φ1. Block 25 is a mathematical calculation block (or a data processor in the broadest sense of the word) in which the value Φ1 of the first harmonic of the current i (t), starting from the values of α, Φ and Ψ, using an appropriate set of Equations or a table of pre-calculated data that is processed. The signals Δ and Φ1 are passed to the summer 21 , which generates a signal Ψ accordingly at the output corresponding to the phase shift between the EMF and the first harmonic of the current. The latter signal enters the circuit block 27 , which determines the ignition angle "α" of the static switch. The output α from block 27 is fed to that of block 22 , γ, to block 23 , which determines the ignition torque of the static switch or controls its "duty cycle" by a phase shift of zero between the EMF and the stator current in the motor 1 depending on the values of α and γ that arrive at this block. In fact, the block 23 receives the value α at the input, which can be relative to the signal Ψ, relates it to the zero crossing of the operating voltage and closes the static switch at the instant considered.

Das Steuerungsverfahren und die Steuerungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurden, erlauben die Optimierung des Betriebes eines Permanentmagnet-Einphasensynchronmotors auf einfache und zuverlässige Art auf der Basis der Ermittlung von zwei Größen, von denen eine an den Motor (an die Position seines Rotors) und eine an seine elektrische Speisung (die Netzspannung) gebunden ist.The control method and the control device, such as described above allow the optimization of the Operation of a permanent magnet single-phase synchronous motor simple and reliable type based on the determination of two sizes, one of which is attached to the motor (to the position of its rotor) and one of its electrical supply (the Mains voltage) is bound.

Die Erfindung ermöglicht, was die Leistung des Motors und den Wert des in diesem fließenden Stromes anbetrifft, die Erzie­ lung optimaler Ergebnisse. Wie man aus den Fig. 2A, 2B, 2C und 2D ersehen kann, geht aus dem Vergleich zwischen der Fig. 2B und der Fig. 2D hervor, daß der Stromwert in dem erfindungsgemäß geregelten Motor im wesentlichen konstant zu den üblichen Spannungswerten ist, wogegen der Strom in einem nicht geregelten Motor im wesentlichen linear mit dem Anstieg der Netzspannung ansteigt. Folglich werden entsprechende Vorteile hinsichtlich des thermischen Verhaltens des Motors und seiner Dimensionierung erreicht.The invention enables, with regard to the performance of the motor and the value of the current flowing in this, the development of optimal results. As can be seen from FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D, from the comparison between Fig. 2B and FIG. 2D show that the current value is in the inventive controlled motor is substantially constant at the usual voltage values, whereas the current in a non-regulated motor increases essentially linearly with the increase in the mains voltage. Accordingly, corresponding advantages with regard to the thermal behavior of the motor and its dimensioning are achieved.

Ein Vergleich der Fig. 2A mit der Fig. 2C zeigt schließ­ lich, daß die Leistung eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geregelten Permanentmagnet-Elektromotors mit dem Ansteigen der Netzspannung im wesentlichen konstant bleibt, wogegen die Leistung eines nach bekannten Verfahren und Vor­ richtungen geregelten Motors mit dem Ansteigen der Netz­ spannung abnimmt.A comparison of FIG. 2A with FIG. 2C finally shows that the power of a permanent magnet electric motor controlled with a device according to the invention remains essentially constant with the increase in the mains voltage, whereas the power of a motor controlled according to known methods and devices the increase in the mains voltage decreases.

Andere Lösungen können eine Einregelung auf der Basis von drei Ermittlungen oder bei Verwendung mehrerer Sensoren ermöglichen; diese anderen Lösungen sind als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend zu betrachten.Other solutions can be based on a settlement three determinations or when using multiple sensors enable; these are other solutions than under the to consider the present invention lying.

Die vorliegende Erfindung funktioniert im Falle von Schwan­ kungen in der Belastung und der Betriebsspannung. Falls eine dieser Größen als konstant betrachtet werden kann, ist es möglich, eine vereinfachte Vorrichtung zu erstellen, bei der vorberechnete Werte von α der variablen Größe verwendet werden können.The present invention works in the case of swan kung in the load and the operating voltage. If one of these quantities can be regarded as constant, it is possible to create a simplified device in which precalculated values of α of variable size are used can be.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung eines von einer an sich bekannten Betriebs- oder Netzspannung gespeisten Permanentmagnet- Einphasensynchronmotors (1), das befähigt ist, die Betriebs­ parameter auch in Gegenwart von Spannungsschwankungen oder einer angelegten Last zu optimieren, dadurch gekennzeichnet, daß es die Bewertung der Phasenverschiebung (Ψ) zwischen der Elektromotorischen Kraft oder EMK dieses Motors und des in ihm fließenden Stroms umfaßt, welche Bewertung über Ermitt­ lung wenigstens zweier Größen, einer die den Motor und einer die seine elektrische Speisung betrifft, durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit von dieser Bewertung auf den Wert der Phasenverschiebung (Ψ) derart eingewirkt wird, daß er anulliert wird.1. A method for controlling a permanent magnet single-phase synchronous motor ( 1 ) fed by a known operating or mains voltage, which is capable of optimizing the operating parameters even in the presence of voltage fluctuations or an applied load, characterized in that it evaluates the Phase shift (Ψ) between the electromotive force or EMF of this motor and the current flowing in it includes, which evaluation is carried out by determining at least two variables, one that affects the motor and one that affects its electrical supply, depending on this evaluation the value of the phase shift (Ψ) is acted on in such a way that it is canceled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die EMK des Motors über die Ermittlung der Position des Rotors des Motors ausgewertet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the EMF of the motor by determining the position of the rotor of the engine is evaluated. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der EMK in bezug auf die Netzspannung über die Ermittlung des Durchganges durch Anullierung der EMK, bestimmt durch die Fluchtung des Rotors mit der Achse des Statorflusses, ausgewertet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the Phase shift of the EMF in relation to the mains voltage determining the passage by canceling the EMF, determined by the alignment of the rotor with the axis of the Stator flux is evaluated. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromsignal diskontinuierlich ist, wobei ein Löschwinkel (γ) und ein Zündwinkel (α) dieses Stroms zum Zweck der Bestimmung der Phasenverschiebung (Φ1) in bezug auf die Netzspannung einer ersten Harmonischen des Stromes i(t) ausgewertet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the Current signal is discontinuous, an extinction angle (γ) and an ignition angle (α) of this current for the purpose of determination the phase shift (Φ1) with respect to the mains voltage a first harmonic of the current i (t) is evaluated. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung (Φ1) der ersten Harmonischen des Stromes in bezug auf die Netzspannung ausgewertet wird, indem man eine Datenverarbeitung, ausgehend von den Löschwinkeln (γ) und Zündwinkeln (α) und der Phasenverschiebung (δ) der EMK in bezug auf diese Spannung, durchführt.5. The method according to claim 4, characterized in that the Phase shift (Φ1) of the first harmonic of the current with respect to the mains voltage is evaluated by data processing based on the extinguishing angles (γ)  and firing angles (α) and the phase shift (δ) of the EMF in in relation to this tension. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anullierung der Phasenverschiebung (Ψ) zwischen der EMK und der ersten Harmonischen des im Motor fließenden Stroms durch­ geführt wird, indem man auf den Zündwinkel (α) des Stromes einwirkt.6. The method according to claim 4, characterized in that the Cancellation of the phase shift (Ψ) between the EMF and the first harmonic of the current flowing in the motor is performed by looking at the ignition angle (α) of the current acts. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Steuerung eins Permanentmagnet-Einphasensynchronmotors (1), umfassend einen statischen Schalter (5), der in Serie zum Motor (1) geschaltet ist, erste Ermittlungseinrichtungen (6) für die Ermittlung der Position des Rotors des Motors (1) und wenigstens zweite Ermittlungseinrichtungen (22) zur Er­ mittlung der Spannung am statischen Schalter, Einrichtungen (4) für die Steuerung und Regelung der Schließung des sta­ tischen Schalters (5), dadurch gekennzeichnet, daß sie Rech­ nereinrichtungen (20) für die Erzeugung eines Signals (δ) entsprechend dem Wert der Phasenverschiebung der EMK in bezug auf die Betriebsspannung, mehrere Rechnereinrichtungen (25), die befähigt sind, ein Signal (Φ1) entsprechend der Phasen­ verschiebung des im Motor (1) fließenden Stroms in bezug auf die Betriebsspannung zu erzeugen, zweite Vergleichseinrich­ tungen (21), die befähigt sind, die von den Rechnereinrich­ tungen (20) und den ersten Rechnereinrichtungen (25) erzeug­ ten Signale (δ, Φ1) zu vergleichen und ein Ausgangssignal (Ψ) entsprechend der Phasenverschiebung zwischen der EMK und dem Strom im Motor zu erzeugen, welches Ausgangssignal (Ψ) Regeleinrichtungen (27) und Rechner- und Steuerungseinrich­ tungen (23) zugeführt wird, die befähigt sind, den genannten Schalter (5) zu steuern, um einen nutzbaren Betriebszyklus zu erzielen, so daß das Ausgangssignal aus den zweiten Ver­ gleichseinrichtungen (21) Null ist.7. The device for performing the method according to claim 1 for controlling a permanent magnet single-phase synchronous motor ( 1 ), comprising a static switch ( 5 ), which is connected in series with the motor ( 1 ), first determining devices ( 6 ) for determining the position of the Rotor of the motor ( 1 ) and at least second determining devices ( 22 ) for determining the voltage at the static switch, devices ( 4 ) for controlling and regulating the closure of the static switch ( 5 ), characterized in that they compute devices ( 20th ) for the generation of a signal (δ) corresponding to the value of the phase shift of the EMF with respect to the operating voltage, several computing devices ( 25 ) which are capable of a signal (Φ1) corresponding to the phase shift of the current flowing in the motor ( 1 ) to produce with respect to the operating voltage, second comparison devices ( 21 ) which are capable of being operated by the computer devices n ( 20 ) and the first computer devices ( 25 ) generate signals (δ, Φ1) to compare and generate an output signal (Ψ) corresponding to the phase shift between the EMF and the current in the motor, which output signal (Ψ) control devices ( 27 ) and computer and control devices ( 23 ) are supplied which are capable of controlling said switch ( 5 ) in order to achieve a usable operating cycle, so that the output signal from the second comparison devices ( 21 ) is zero. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtungen (20) an wenigstens einen Positionssensors (6) angeschlossen sind, der befähigt ist, die Position des Rotors des Elektromotors in jedem Moment seines Betriebes zu ermitteln.8. The device according to claim 7, characterized in that the computer devices ( 20 ) are connected to at least one position sensor ( 6 ) which is capable of determining the position of the rotor of the electric motor at any moment of its operation. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einen ersten und einen zweiten charakteristischen Parameter des im Motor fließenden Stromes wirkt, und zwar den Löschwinkel (γ) und den Zündwinkel (α) des genannten Stromes.9. The device according to claim 7, characterized in that them to a first and a second characteristic The parameter of the current flowing in the motor acts, namely the Extinguishing angle (γ) and the ignition angle (α) of the current mentioned. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Vergleichseinrichtungen (21) durch einen Summie­ rer gebildet sind, welcher vom Wert der Phasenverschiebung (δ) der EMK den Wert der Phasenverschiebung (Φ1) des Stromes abzieht.10. The device according to claim 7, characterized in that the second comparison means ( 21 ) are formed by a summie rer, which subtracts from the value of the phase shift (δ) of the EMF the value of the phase shift (Φ1) of the current.
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