[发明专利]由一种相位调节系统控制负载功率的方法和设备

说明书

本发明涉及由一种广义的相位调节系统控制由一个周期为T的交流电压源U向一个负载供给的功率的方法和装置。

已往用于依靠变换器控制负载功率的技术，或者使用根据随需要功率而改变的相位角部分截取供电电压，或者在负载整个供电期间使用波列进行控制，按照使用者选取的频率将负载交替地接入电路和脱离电路。

当所谓全波控制功率变高时，第一种切割相位的控制方式导致相位角的整个调节范围的停止，引起极高的电流谐振从而对同一供电源上分出的用户加以限制。

至于称为波列的第二种控制方式，它被证明特别对于控制例如吸尘器和洗衣机上装备的电动机的速度是不能用的。事实上，这样的控制引起速度变化同时产生对使用者很不好受的声音。

本发明的目的是克服这些不便并满足特别是涉及限制电气设备带来的对系统的干扰的标准，特别是标准EN60555-2和CEI555-2及其将来的演变体、限制谐振电流大小的EN61000-3-2和CEI1000-3-2，以及标准EN60555-3和CEI555-3及其将来的演变体EN61000-3-3和CEI1000-3-3，限制在由标准规定的并为一种名为“FLICKER”的已知干扰之原因的阻抗源上电压随每单位时间内这种变动的次数而发生的相对变化。

根据一个预先规定的额定功率，向所说的负载连续地周期性地传送一列整数P个元素，其中P大于1，该序列的序号为i的每个元素以周期为T的整数ni为其特征，在周期T中交流电压U按照相位角αi被对称截除，相位角αi相应于负载不被供电的时间长度ti，相继的两个相位角元素i的αi和元素i+1的α(i+1)不相同，而角度α1…αi…αp的组合选择使得在完全供给负载所希望的功率的同时，一方面满足将电流谐振有效值限制在一定值的要求，另一方面能将预先确定的阻抗源上随单位时间内的变动数而变化的电压的相对变化ΔU/U保持在由一个预先规定的曲线限定的许可区域内。

由于元素的这种交替，可以在较重大的功率范围上使得有效电压变化，完全遵照谐振和“FLICKER”标准提出的限制。

本发明的特性和优点可从随后的说明、以非限定性的实例并参考附图而得出，附图中：

-图1为表示一个电阻性负载在典型的相位控制中瞬时电压随时间的变化的示意图；

-图2为表示一个电阻性负载在典型的用波列对功率的控制中瞬时电压随时间的变化的示意图；

-图3为一个和图1类似的视图，表示一个例如通用马达那样的轻微自感性负载的典型的相位控制情况；

-图4为表示按照标准EN60555-3预先确定的曲线的示意图，该曲线代表相对电压的变化ΔU/U和标记为R的每分钟这种变化数的关系；

-图5作为一个例子表示标准EN60555-2对每种电流谐振给出的电流谐振限定值的表；

-图6为表示按照本发明的第一种实施方式的功率控制中瞬时电压随时间的变化的示意图；

-图7为表示按照本发明的第二种优选实施方式的功率控制中瞬时电压随时间的变化的示意图；

-图8为按照本发明的一种功率控制装置的概要简图。

如同在图1和图3可见，用于一个电阻性负载或一个如同马达那样的轻微自感性的负载的典型的相位控制的实质在于将供电源的交变电压进行截除，使得例如按照一个相位角为α0不变、相应于一段所说的交流电压为0的时间长度t0，典型的电网电压为U＝230V.50HZ。相位角这样重复使得可以在必需的使用期间得到一定的功率。为了获得大的功率可以使用通常的例如TRIAC型的调节器使所说的相角改变。

图2表示一个和图1相同类型的、正弦供电电压U，由一包含有延续时间t3和随后的t4的波列切割。t3期间提供电阻性的负载而t4期间负载供电截止。这种供电很适合加热型的电阻性负载而不适合照明型的电阻性负载或电动机型的电感性负载，因为能引起电压变化因而产生处于有害谱中的频率，或者是看得见的，引起闪光，或者是发动机的声音和振动，引起不可容忍的噪声。

图4中的示意图表示按照标准EN60555-3描绘的表示电压的相对变化ΔU/U和每秒的变化数的关系的曲线。此曲线划定一个许可区，位于它和横座标轴之间，且在其中“FLICKER”效应处于可接受的水平。

图5的表在第一栏上是不同的谐振等级，第二栏是特别由标准EN60555-2给出的对有效电流的限制。