CN1017017B - 微机控制的斩波器调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微机控制的斩波器调速方法，用于直流供电系统直流电机的调速。采用微机控制实现调宽和调频的混合调制，使本发明调速范围宽，调节平滑，启动和滑入金电压运行平稳。采用霍尔电流检测器检测过载电流，动作灵敏、快速、可靠。本发明所用斩波器为B型斩波器，斩波频率为250赫。

Description

本发明属于电机调速技术领域。

在直流供电系统中，一般负载都需要电压调节或速度调节，这必须在直流电源和负载之间加一调节器。以前用电阻器作为调节器，显然电阻器耗能、发热、易损，以后采用的可控硅直流一直流变换器（斩波器）接在直流电源和负载之间，通过对可控硅的控制可改变加到负载上的直流电压平均值，当负载为直流电动机时就可实现直流电动机调速。

通常斩波器分为A型和B型两种。和A型相比，B型斩波器有更多的优点，可使负载电流连续，改善电机的运行特性，同时可进一步节电。

至今有关用微机控制的B型斩波器调速的方法和装置未见有成功的报道。

本发明的目的在于：采用微机控制B型斩波器进行直流电动机负载的调速，使负载电流连续，改善电机的运行性能，节省电能;采用微机控制使混合调制（脉宽调制和频率调制两种调制方式）方便实现，扩大调速范围，即采用脉宽调制来实现直流电动机的正常工作时的调速，而采用频率调制于启动及全电压运行;另外采用霍尔电流检测器，用以准确、快速检测过流信号，确保装置的安全和可靠。

采用微机控制的B型斩波器调速方法的装置（如附图1所示），主要由直流电源（1）、B型斩波器（2）、功率放器（3）、缓冲器（4）、微处理机（5）、A/D变换器（6）、电抗器（7）、直流电动机负载（8）、霍尔电流检测器（9）、放大器（10）、比较器（12）、运行与检查转换用开关（13）、控制给定量电位器（14）、启动按钮（15）、正限幅值电位器（16）和负限幅值电位器（17）组成闭路调速系统，用微处理机（5）控制B型斩波器（2）。本调速装置采用霍尔电流检测器（9）作用负载电流过流检测器。

如附图2所示，本发明的控制系统采用Z80微处理机，Z80微处理机的时钟频率为2MHZ。符号中DB为数据总线，AB为地址总线，CB为控制总线。PIO的A口工作于输入工作方式，读取来自A/D变换器的8位数据。PIO的A口不需中断能力。PIO的B口工作于位控方式，PB₀、PB₁、PB₂、PB₃作输出用，用来分别输出G₁、G₂、G₁₁、G₂₂的触发脉冲，PB₅作为开关状态输入，当开关（13）接地时微处理机作脉冲检查，开关（13）接向+5V时控制系统执行正常操作程序，PB₆为过流信号输入端，当负载电流超过正的或负的限幅值时，由比较器（12）输出正信号通过PB₆将高电平信息输给微处理机以申请中断，使微处理机执行限流的中断服务子程序，因此要求B口能实现中断，PB₄、PB₇未用。

CTC的O通道工作于定时工作方式，用以保证准确的斩波频率。需要变频时，则改变时间常数控制字，要求CTC实现中断，即一旦周期结束，CTC输出中断信号，使程序又跳到周期开始的地址上。

直流电动机负载（8）的调速是通过改变控制给定量电位器（14）的上下位置实现。

本发明控制系统微处理机程序设计主要考虑以下原则：

1.取斩波器的斩波频率为250HZ，即周期为4000μS。

2.用高频载波脉冲列替代G₁、G₂的方波脉冲。这是为了不使脉冲变压器铁芯饱和并减小脉冲变压器的体积。

3.G₁与G₂之间要安排换相时间。

4.在每周期的末尾读一次A/D变换器数据为开始新周期作好准备。

5.与控制给定量从OV到+5V相对应，A/D变换器的输出数字量为0到256，即对应于电动机的转速自0到额定转速的范围。

6.当控制量小于10%时，固定G₁脉冲的宽度，采用频率调制方式（降低频率）控制斩波器直流输出电压V₀，以使最小导通比尽可能小，利于平滑启动与停车。

7.当控制量大于90%时，亦采用频率调制方式（降低频率）控制V₀，使最大导通比尽可能大，以利于电动机平滑地进入全电压运行。

8.当控制量大于10%、小于90%时采用脉宽调制方式控制Vo。

9.每个斩波周期内只允许实现一次中断。

10.当控制系统出现过流信号时，程序应能判断正过流或负过流，然后转入正过流或负过流子程序。

根据以上原则，本发明B型斩波器控制主程序流程方框图如附图5所示。B型斩波器CTC、PIO中断子程序方框图如附图6所示。

本发明实现了用Z80微处理机控制可使输出电流连续并可向电源回输电能的B型斩波器的直流调速。斩波器主电路工作可靠，利用微处理机软件控制其工作也获得了成功。程序的主要设计思想是采用脉宽调制来改变直流输出电压平均值实现直流电动机正常工作时的调速，而采用频率调制于启动及全电压运行过程。表明综合采用二种调制方式是有效和可行的。

附图1是微机控制的B型斩波器调速方法控制系统方框图，图中1为直流电源，2为B型斩波器，3为功率放大器，4为缓冲器，5为Z80微处理机，6为A/D变换器，7为电抗器，8为直流电动机负载，9为霍尔电流检测器，10为放大器，12为比较器，13为运行与检查转换用开关，14为控制给定量电位器，15为启动按钮，16为正限幅值电位器，17为负限幅值电位器。

附图2是本发明控制系统结构框图。

附图3是霍尔电流检测器电路图。图中HZ为霍尔元件，R₁-R₁₄为电阻，W₁-W₅为电位器，BJ₁、BJ₂为场效应晶体管，D₃-D₈为二极管，FC为运算放大器，C₃为电容，E₁、-E₁、-E₂、+E₂为直流电源，LM为比较器，F为与非门，PB₆为微处理机的接口。

附图4为B型斩波器电路图，图中ZD为直流电动机，HL为霍尔电流检测器，R_y、R^v、C^v、D^v为可控硅元件dv/dt保护元件，L_I、R_I为可控硅元件di/dt保护元件，Rc为换相电容C₁、C₂的充电回路电阻，R′c、Dc为换相电容C₁、C₂的放电回路电阻及二极管。Q₁、Q₂、Q₁₁、Q₂₂为快速可控硅元件，G₁、G₂、G₁₁、G₂₂为触发脉冲信号。Vs为电压表，V为直流电源电压。D_2B、D^A ₁为功率二极管。

附图5为B型斩波器控制主程序流程方框图。

附图6为B型斩波器CTC、PIO中断子程序方框图。

Claims (2)

1、一种微机控制的斩波器调速方法，直流电源(1)经斩波器(2)控制后接向直流电动机负载(8)；微处理机(5)经缓冲器(4)、功率放大器(3)给出控制斩波器(2)工作的G₁、G₂、G₁₁、G₁₂触发脉冲；由控制给定量电位器(14)输出的电压控制A/D变换器(6)，再输送至微处理机(5)PIO的A口进行直流电动机负载(8)转速的给定，本发明的特征是：采用脉宽调制来实现直流电动机负载(8)的正常工作时的调速，而采用频率调制于启动及全电压运行。

2、按权利要求1所述的一种微机控制的斩波器调速方法，其特征是：依靠与直流电动机负载（8）相串接的电抗器（7）和霍尔电流检测器（9）检测出直流电动机负载（8）中过渡信号，再经放大器（10）、比较器（12）输给微处理机（5），以申请中断。

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