DE69622598T2

DE69622598T2 - Verfahren zur steuerung der leistung einer last durch ein system zur steuerung der phase und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens.

Info

Publication number: DE69622598T2
Application number: DE69622598T
Authority: DE
Inventors: Laurent Deschenes; Michel Guinet
Original assignee: Moulinex SA
Current assignee: SEB SA
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: WO1997019511A1; EP0938773B1; DE69622598D1; ES2179954T3; US5986440A; FR2741487A1; EP0938773A1; FR2741487B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leistung, die an eine Last abgegeben wird, die von einer Wechselspannungsquelle U mit der Periode T über ein allgemeines System zur Steuerung der Phase gespeist wird.
Um die Normen zu erfüllen, welche die Begrenzung von Störung betreffen, welche im Netz durch elektrische Geräte verursacht werden, gleich ob sie vom Typ resistiv oder induktiv oder eine Kombination der zwei Typen sind, hat die Anmelderin bereits ein erstes Steuerungsverfahren beschrieben, welches Gegenstand einer Patentanmeldung mit der Nummer FR 2726405 ist.
In einem solchen Verfahren wird der Last für eine bestimmte zuvor festgelegte Sollleistung periodisch eine Folge einer ganzen Zahl p von Elementen zugeleitet, wobei p größer als eins ist, wobei jedes Element mit der Ziffer i der Folge gekennzeichnet ist durch eine ganze Zahl ni von Perioden T, während derer die Wechselspannung U symmetrisch gemäß einem Phasenwinkel αi abgeschnitten wird, welcher einer Zeitdauer Ti entspricht, während derer die Last nicht versorgt wird, wobei die aufeinander folgenden Phasenwinkel αi des Elements i und αi+1 des Elements i+1 verschieden sind und die Kombination der Winkel α&sub1; ... αi ... αp so gewählt ist, daß sie die erwähnten Normen erfüllt.
Dieses erste Steuerungsverfahren kann in bestimmten Anwendungsfällen besonders bei Elektromotoren aufgrund des Zyklus der Modulation der Phasenwinkel mechanische Vibrationen verursachen.
Die Erfindung bezweckt besonders die Vermeidung dieses Nachteils und hat zur Aufgabe, ein effizientes und einfaches Verfahren zur Steuerung der Leistung zu schaffen, die an eine Last abgegeben wird, gleichgültig ob diese vom resistiven Typ, wie ein Heizwiderstand, oder vom induktiven Typ, wie ein Elektromotor ist.
Erfindungsgemäß liefert man für eine zuvor festgelegte Sollleistung der Last nacheinander periodisch eine Folge einer ganzen Zahl p von Elementen, wobei p größer als eins ist und jedes Element mit der Ziffer i der Folge gekennzeichnet ist durch eine ganze Zahl ni der Halbperiode T/2, während der die Wechselspannung U gemäß aufeinanderfolgenden verschiedenen Phasenwinkeln αi abgeschnitten wird, die von α&sub1; bis αn gehen und jeweils Zeitdauern ti entsprechen, welche von t&sub1; bis tn gehen, während derer die Last nicht versorgt wird, wobei die Phasenwinkel αi des Elements i und αi+1 des Elements i+1 ähnliche wiederholte Werte haben, so daß der mittlere Strom über einen vollständigen Zyklus null ist, dabei jedoch an die Last die gewünschte Leistung abgegeben wird.
Durch dieses neue Verfahren erfüllt man für alle Lasten die Normen, welche die Begrenzung von Störungen betreffen, die im Netz durch elektrische Geräte verursacht werden, besonders die Normen EN60555-2, CEI555-2 sowie deren kommende Entwicklungen EN61000-3-2 und CEI1000-3-2, welche die Niveaus von harmonischen Strömen begrenzen, und die Normen EN60555-3, CEI555-3 sowie deren kommende Entwicklungen EN61000-3-3 und CEI1000-3- 3, welche die Spannungsschwankungen in Abhängigkeit von der Zahl dieser Schwankungen pro Zeiteinheit über eine durch die Norm definierte Impedanzquelle begrenzen und welche die Ursache von unter dem Namen "FLICKER" bekannten Störungen sind.
Gemäß einem anderen wichtigen Merkmal der Erfindung ist die ganze Zahl ni von Halbperioden T/2 ungerade.
So verbessert man bei der besonderen Anwendung für Motoren erheblich die Probleme von mechanischen Vibrationen, besonders indem man höhere Schwingungsfrequenzen erzeugt, die kein Vielfaches von 50 Hz sind.
Die Erfindung wird mit weiteren Eigenschaften und Vorteilen erläutert durch die folgende Beschreibung anhand eines nicht begrenzenden Beispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, worin
Fig. 1 zeigt ein Zeitdiagramm der momentanen Spannung in Abhängigkeit von der Zeit bei einer erfindungsgemäßen Steuerung der Leistung;
Fig. 2 ist ein synoptisches Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Leistung.
In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung besonders in der Anwendung auf eine induktive Last, wie ein Elektromotor, beschrieben, wobei die Erfindung offensichtlich auch für jede andere Last mit resistiven Charakter anwendbar ist, wie ein elektrischer Heizwiderstand.
Das in Fig. 1 gezeigte Zeitdiagramm zeigt in der Abszisse die Zeit t und in der Ordinate die momentane Steuerspannung einer Last 1, wie ein Motor. Ein solcher Motor, der beispielsweise in einem Staubsauger benutzt wird, wird von einer Wechselspannungsquelle mit U = 230 V und Periode T = 20 ms über ein allgemeines System zur Steuerung der Phase gespeist, wie beispielsweise ein kontinuierlicher Regler mit einem elektronischen Schalter 2 vom Typ TRIAC, für den die Leistung auf 500 W eingestellt wurde.
In Fig. 1 ist der mittlere Strom über die Last schematisch gestrichelt gezeigt, der für das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren null ist.
Erfindungsgemäß gibt man für eine zuvor festgelegte Sollleistung an die Last (1) nacheinander periodisch eine Folge einer ganzen Zahl p von Elementen ab, wobei p größer als eins ist, und jedes Element der Nummer i der Folge gekennzeichnet ist durch eine ganze Zahl ni von Halbperioden T/2, während derer die Wechselspannung U gemäß verschiedenen aufeinanderfolgenden Phasenwinkeln αi, die von α&sub1; bis αn gehen und jeweils Zeitdauern ti entsprechen, die von t&sub1; bis tn gehen, abgeschnitten wird, während derer die Last (1) nicht versorgt wird, wobei die Phasenwinkel αi des Elements i und αi+1 des Elements i+1 ähnliche wiederholte Werte haben, so daß der mittlere Strom über einen vollständigen Zyklus null ist, dabei jedoch an die Last (1) die gewünschte Leistung abgegeben wird.
Im gezeigten Beispiel ist die ganze Zahl ni der Halbperiode T/2 ungerade und von den abwechselnden Werten der Winkel α&sub1;, α&sub2;, α&sub3; des Elements i und des Elements i+1, die ebenfalls mit α&sub1;, α&sub2;, α&sub3; bezeichnet sind, sind die einen auf der positiven Halbwelle, die anderen auf der negativen Halbwelle verteilt.
Als Beispiele sind die verschiedenen Werte der Phasenwinkel α&sub1;, α&sub2;, α&sub3; für Zeitdauern t&sub1; = 5,3 ms; t&sub2; = 6,5 ms und t&sub3; = 7,3 ms angegeben.
Wie gezeigt legt man nach der Synchronisation auf die positive Halbwelle die Folge t&sub1;, t&sub2;, t&sub3; auf die drei aufeinanderfolgenden Halbperioden, darauf synchronisiert man auf die negative Halbwelle, um von neuem die Folge von ähnlichen alternierenden Werten anzuwenden.
Durch dieses Steuerverfahren erhält man an einem Universalmotor von 1600 W bei 230 V eine Leistungsveränderung, welche die Normen hinsichtlich des Flickers und besonders die Normen für die Harmonizität des Stroms gemäß EN60555-2 erfüllt, deren Grenze, wie erinnerlich, für H02 = 1,08 A, H03 = 2,3 A, H04 = 0,434, H05 = 1 usw. ist.
Dieses Steuerungsverfahren der Leistung erzeugt mechanische Schwingungen, die auf 44 Hz und 66 Hz begrenzt sind. Das erklärt sich teilweise durch die Verringerung der Abstände zwischen den Steuerungswinkeln durch Einschieben eines Zwischenwinkels bei 6,5 ms. So werden zwei entgegengesetzte Bedingungen berücksichtigt, diejenige, welche größere Abstände zwischen den Steuerungswinkeln fordert, um die Grenzen der Harmonizität des Stroms zu beachten, und diejenige, welche die Abstände zwischen den Winkeln begrenzt, um die Schwingungsamplitude zu begrenzen.
Tests nach dem oben beschriebenen Verfahren haben gezeigt, was man bei den gewählten Leistungen erhält:
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Leistung ermöglicht eine gute Erfüllung der Normen und besonders die Begrenzung der dritten Harmonischen, welche als die unangenehmste angesehen wird.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, das nicht gezeigt ist, ist die ganze Zahl p von Elementen einer Folge gerade, und beispielsweise die verschiedenen Werte der Phasenwinkel α&sub1; und α&sub2; können durch die Zeitdauern t&sub1; = 5,3 ms und t2 = 6,5 ms gegeben sein.
In diesem Verfahren erstrecken sich die Zeitdauern t&sub1; und t&sub2; und damit die Winkel α&sub1;, α&sub2; des ersten Elements über eine Halbwelle, die folgenden Zeitdauern t&sub1; und t&sub2; des zweiten Elements erstrecken sich über die andere Halbwelle und so fort.
Ein solches Steuerungsverfahren abwechselnd auf zwei Halbwellen paßt besser zur Steuerung der Leistung einer resistiven Last wie eines Heizwiderstands, der beispielsweise bei einem Kochgerät oder einem Fön benutzt wird.
Gemäß noch einem anderen Gesetz der Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das nicht gezeigt ist, haben die Phasenwinkel i+1 abwechselnde umgekehrte Werte, beispielsweise α&sub1;, α&sub2;, α&sub1;, α&sub2; für das erste Element und α&sub2;, α&sub1;, α&sub2;, α&sub1; für das folgende Element und bilden so eine Folge einer geraden Anzahl von Halbperioden T/2.
Man läßt so unmittelbar auf eine Folge von Steuerungswinkeln die gleiche Folge jedoch umgekehrt folgen, damit sie den durch die erste Folge erzeugten Schwingungsfrequenzen entgegenwirkt, da die zweite Folge die gleichen Frequenzen jedoch in entgegengesetzer Phase erzeugt.
Die verschiedenen oben beschriebenen Verfahren werden durchgeführt mit einen elektrischen Schaltkreis (siehe Fig. 2), der außer dem elektronischen Schalter 2 eine Wählvorrichtung 3 aufweist, welche die Zeitdauern ti wählt und Steuersignale des Schalters erzeugt, um jeweils die Werte der Phasenwinkel αi und αi+1 festzulegen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Leistung, die an eine Last (1) abgegeben wird, die von einer Wechselstromquelle mit der Spannung U und der Periode T über ein allgemeines Phasenregelsystem gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß für eine zuvor festgelegte Sollleistung an die Last (1) nacheinander periodisch eine Folge einer ganzen Zahl p von Elementen, wobei p größer als eins ist, abgegeben wird, wobei jedes Element mit der Zahl i der Sequenz durch eine ganze Zahl ni der Halbperiode T/2 gekennzeichnet ist, während der die Wechselspannung U gemäß aufeinanderfolgenden verschiedenen Phasenwinkeln αi abgeschnitten wird, die von α&sub1; bis αn gehen und jeweils Zeitdauern ti entsprechen, welche von t&sub1; bis tn gehen, während derer die Last (1) nicht gespeist wird, wobei die Phasenwinkel αi des Elements i und αi+1 des Elements i+1 ähnliche wiederholte Werte haben, so daß der mittlere Strom über einen vollständigen Zyklus null ist, dabei jedoch an die Last (1) die gewünschte Leistung abgegeben wird.

2. Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl p von Elementen einer Folge gerade ist.

3. Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Zahl ni von Halbperioden T/2 ungerade ist.

4. Verfahren zur Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den ähnlichen wiederholten Werten von Phasenwinkeln αi der Elemente i und i+1 die einen über die positive Halbwelle, die anderen über die negativen Halbwelle verteilt sind.

5. Verfahren zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenwinkel αi des Elements i und αi+1 wiederholte umgekehrte Werte haben.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Steuerung eines Universalmotors verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elektronischen Schalter (2) aufweist, der in Reihe mit der Last (1) an den Klemmen der Wechselspannung U liegt und mit dem Ausgang S einer Wahlvorrichtung (3) verbunden ist, welche geeignet ist, die Zeitdauern ti zu wählen und Steuerungssignale für den elektronischen Schalter (2) zu erzeugen, um jeweils die Phasenwinkel αi festzulegen.