專利名稱：：一種抑制大功率交流電機諧波電流的方法
技術領域：
：本發明涉及的是一種抑制大功率交流電機諧波電流的方法，特別是涉及用于大功率吸塵器和電動工具等交流電機抑制諧波電流的方法。技術背景在交流吸塵器和電動工具中，廣泛采用的功率調節方法是可控硅移相控制方法，這是一種非常經典的控制方法，它具有可靠性高、成本低和輸出功率全量程連續可調等優點。但是，由于這種方法是通過對交流電的對稱斬波，調節電機的供電電壓，達到調節電機輸出功率的目的，因此會產生一定量的諧波電流，奇次諧波電流尤其明顯。經測試當電機額定功率小于1400W時，其諧波電流還較小能，還能符合EMC標準的要求；但當電機額定功率大于1400W時，其諧波電流中的奇次波電流就超出EMC標準的要求，針對上述情況，國內外多家公司都提出了各種抑制諧波電流的方法，其中主要的有德國KURZ公司的連續全波不對稱移相控制(俗稱兩長兩短)，抑制諧波電流的方法；意法(ST)半導體公司的在連續三個半波內，采用二個相等的小導通角結合一個大導通角進行互補的移相控制(俗稱二長一短)，抑制諧波電流的方法,并提供有專用控制芯片；中國專利公開的專利號為"ZL03142104.0"、"低諧波交流電機控制器和控制方法"，它是采用過零觸發結合移相控制的方法，來抑制諧波電流；中國專利公開的申請號為"200410069306.9"、"大功率吸塵器調速器"是采用雙可控硅結合抽頭電機分段移相控制的方法，來抑制諧波電流。以上幾種方法都可使諧波達到EMC標準要求，并對大功率電機連續地控制電機功率輸出。但是以上幾個方法也各有欠缺，如申請號為"200410069306.9"、的大功率吸塵器調速器成本較高，電機制造工藝相對復雜，并且當電機額定功率大到1800W以上時，必須再增加可控硅和電機抽頭數才能達到ECM標準要求；其它幾家公司的方法存在著輸出功率不穩定(電機抖動)的問題。專利號為"ZL03142104.0"、"低諧波交流電機控制器和控制方法"和ST公司的方法在電機額定功率大于1600W時電機抖動相當明顯，KURZ公司的方法在電機額定功率大于1800W時電機抖動相當明顯，所以這三種方法都會影響電機使用壽命。
發明內容本發明是針對上述現有技術的不足，提供一種可抑制大功率交流電機諧波電流的方法，以實現在現有的雙向可控硅移相控制技術基礎上，結合單片微處理器與控制程序，以使大功率電機(最高2400W)的諧波電流值符合EMC標準規定的諧波電流值要求，并能穩定地控制電機輸出功率的目的。為實現上述目的本發明所采取的技術方案是該抑制大功率交流電機諧波電流的方法，包括直流供電電路、波形整形電路、輸出功率設定電路、單片微處理器和雙向可控硅移相控制電路，在供給交流電機電壓的一個接一個的連續半波中，通過用不同的移相角，使偶次諧波電流值小量增加，而奇次諧波電流大大減小，以諧波電流值不超過EMC標準為界。所述在雙向可控硅移相控制時，可根據電機輸出功率所需移相角，采用大、中、小三種不同的移相角，并且按三個移相角的平均值與所需移相角相等的方法，抑制交流電機工作所產生的奇次諧波電流值。本發明采用連續三個半波內，將移相角在給定的移相角參考值范圍內采用不同的值進行移相控制的方法，只要對諧波電流超出EMC標準要求的電機輸出功率段，采用對雙向可控硅的導通角采用連續半波不對稱控制，抑制電機所產生的諧波電流，使諧波電流值符合EMC標準要求，而其余部份仍采用傳統的對稱式移相控制方法。本發明只要增加很少的控制步驟，用移相控制的方法，就能使大功率電機(最高2400W)達到EMC標準規定的諧波電流要求，也就是說不用對普通電機作任何改動，本發明就可達到較經濟利用資源的目的。圖1本發明交流供電電壓與時間的曲線圖。圖2控制電路的電原理框圖。圖3控制程序流程圖。具體實施例方式經對現有傳統的對稱斬波式可控硅移相電路測試發現，當移相角在90度時諧波電流值最大，嚴重超出EMC標準要求，往小于90度或大于90度方向調移相角則諧波電流值會明顯減小。因此，設想在移相角為90度的連續相連三個半波中使中間的移相角不變而前后兩個移相角一個增大一個減小，保持平均功率不變，這樣應能使諧波電流值大大減小而又能穩定地控制電機輸出功率。經試驗，偶次諧波電流值會小量增加，而奇次諧波電流則大大減小，說明此方法有效可行。如圖1所示，從控制電路輸出給電機的交流供電電壓基本上是正弦波。控制電路在第一個半波時的移相角為S1，第二個半波的移相角為S2，第三個半波的移相角為S3，從圖中可以看出Sl〈52〈S3，因此在第一個半波時輸出的實際功率較大，第二半波時輸出的實際功率較小，第三個半波時輸出的實際功率最小。在實際應用中我們假設目標輸出功率的移相角為70度(當然這個值可根按實際所需的輸出功率設定為其它值)，那么第一個半波的移相角為30度，第二個半波的移相角為60度，第三個半波的移相角為120度，這樣三個移相角和的平均值為70度。在一個接一個連續的半波中通過采用不同的移相角是基于上述已經提到的認知，在相鄰半波中采用不同的移相角偶次諧波慢慢增加而奇次諧波會迅速下降，這完全適合電機的輸出控制。總之在連續的半波中采用不同的移相角可使大功率交流電機諧波電流達到在EMC標準規定的諧波電流限定值內。圖2給出了控制電路的電原理框圖，整個電路由交流電源供電，經直流供電電路輸出直流電，為電路提供工作所需的直流電源，波形整形電路將交流正弦波轉換成方波，波形整形電路與單片微處理器的一輸入口相聯；輸出功率設定電路用于設定所需的電機輸出功率，輸出功率設定電路與單片微處理器的輸入口相聯；單片微處理器的一個輸出口、觸發電路和雙向可控硅依次串聯。當單片微處理器檢測到波形整形電路輸出的電平發生變化時，按輸出功率設定電路所設定的值，通過査表運算，由與觸發電路相聯的輸出口輸出控制觸發脈沖，經觸發電路控制雙向可控硅通、斷，以達到控制電機輸出功率的目的。圖3為控制程序的流程圖，程序中預設有對應不同輸出功率所需的三份半波的移相延遲時間數值表，整個控制程序首先是對單片微處理器的各輸入或輸出口、定時器等硬件按工作要求進行初始狀態設置，以及對半波計數器等控制程序所用到的變量進行初始值的設置的初始化程序部份。初始化程序結束后控制程序進入到主程序部份，這部分是一個循環往復執行的循環程序。第一步單片微處理器從輸出功率設定電路讀入輸出功率設定值，第二步單片微處理器檢測波形整形電路的輸出電平，如電平沒有變化則繼續檢測，如變化說明交流電壓已經過零，則半波計數器的值加l，第三步是判別半波計數器的值，也就是判斷正弦波是處于哪一個半波狀態，如半波計數器的值為1，則按輸出功率值査第1半波數值表;如半波計數器的值為2，則按輸出功率值査第2半波數值表；否則就認為是第三半波，這時首先將半波計數的值清為零，然后按輸出功率值査第3半波數值表，第四步開單片微處理器內部的定時器，開始移相延遲時間延遲，第五步判斷定時器的值是否與査表所得值相同，如不同則繼續判斷，如相同則說明移相延遲時間到，單片微處理器輸出觸發脈沖，觸發雙向可控硅導通，最后控制程序返回到主程序入口處循環往復執行。由此控制程序可以得到如圖1所示的交流電壓波形。采用本發明的方法所測得的交流電機最大諧波電流結果由下列附表所示測量所采用標準EN/IEC61000-3-2A14(2000)Shortcyclic—EquipmentclassA測量所用儀器EM-TestDPA500測量所用電壓AC230V50Hz測量對象:寧波富佳實業有限公司所生產的FJ-133型真空吸塵器電機功率1600W<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1、一種抑制大功率交流電機諧波電流的方法，包括直流供電電路、波形整形電路、輸出功率設定電路、單片微處理器和雙向可控硅移相控制電路，其特征在于在供給交流電機電壓的一個接一個的連續半波中，通過用不同的移相角，使偶次諧波電流值小量增加，而奇次諧波電流大大減小，以諧波電流值不超過EMC標準為界。2、根據權利要求1所述的抑制大功率交流電機諧波電流的方法，其特征在于所述的雙向可控硅移相控制對于電機輸出功率所需的移相角，采用大、中、小三種不同的移相角，并且按三個移相角的平均值與所需移相角相等的方法，抑制交流電機工作所產生的奇次諧波電流值。全文摘要一種抑制大功率交流電機諧波電流的方法，包括直流供電電路、波形整形電路、輸出功率設定電路、單片微處理器和雙向可控硅移相控制電路，在供給交流電機電壓的一個接一個的連續半波中，通過用不同的移相角，使偶次諧波電流值小量增加，而奇次諧波電流大大減小，以諧波電流值不超過EMC標準為界；所述雙向可控硅移相控制時，可根據電機輸出功率所需移相角，采用大、中、小三種不同的移相角，并按三個移相角的平均值與所需移相角相等的方法，抑制交流電機工作所產生的奇次諧波電流值。本發明只要增加很少的控制步驟，用移相控制的方法，就能使大功率電機達到EMC標準規定的諧波電流要求，不用對普通電機作任何改動，就可達到較經濟利用資源的目的。文檔編號H02P27/02GK101119097SQ20071006980公開日2008年2月6日申請日期2007年6月29日優先權日2007年6月29日發明者宏徐,王躍旦申請人:王躍旦