CN1059626A

CN1059626A - 可控硅交流调速装置

Info

Publication number: CN1059626A
Application number: CN 90107549
Authority: CN
Inventors: 翟佑华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-08
Filing date: 1990-09-08
Publication date: 1992-03-18

Abstract

本发明设计了一种可控硅交流调速装置，其主要特点是采用中央微处理器、可控硅整流器、可控硅逆变器和光盘，完成对电机的速度信号、变频频率和电流负反馈的处理控制，与现有技术相比，具有控制精度提高的优点。

Description

本发明属于电机控制调节技术领域，是关于一种可控硅交流调速装置。

现有的可控硅交流调速装置，如《交流调速技术》中所公开的（参见图1），其目的是随着△W（△W＜△Wmax）变化调节交流电动机定子电流I₁，以维持磁通φ即I_m为恒定，使转矩与I₂、△W成正比，从而实现一种可控硅交流调速装置。但是，它存在以上不足之处，①、由于它的数学模型是一个非线性方程，对这种非线性环节无法写出精确传递函数，因此保证不了控制精度;②、它是按模拟电路给出的数据，在测速发电机，W_m+W_S计算，电压频率转换。函数发生器中均会产生较大误差，并受电源电压的影响，控制精度大于1%，③、由于滑差频率很小（△W＜S%W₁），如W₁产生1%的误差，△W就会产生20%的误差，使得该装置很难满足滑差频率控制精度的要求，④、该装置成本较高。

本发明的目的是研制一种成本较低、控制精度较高的可控硅交流调速装置，克服现有技术的不足之处，较理想地控制交流电动机的电流和频率，从而实现对交流电动机调速的目的。

本发明的主要技术措施是采用中央微处理器、可控硅整流器、逆变器和光盘，完成对速度处理、变频频率控制和电流负反馈控制。

结合附图和实例具体描述本发明可控硅交流调速装置的具体结构特征。

图1表示现有的可控硅交流调速装置硬件结构框图;

图2表示本发明的可控硅交流调速装置控制原理框图;

图3表示本发明的可控硅交流调速装置的一种硬件结构框图;

图4表示本发明的可控硅交流调速装置的另一种硬件结构框图;

图5表示本发明的一种实施例结构示意图。

参见图3，本发明的可控硅交流调速装置由中央处理器、存貯器、定时器、输入输出接口、中断输入器、模/数转换器、驱动电路。整流器、逆变器、光盘、互感器、电源组成。

中央处理器CPU可由Z80或MCS-51或其他八位微处理器构成，完成对存貯器、定时器、输入输出接口、中断输入、模/数转换器的信号的控制和运算，从而实现对电动机速度信号处理，频率和电流负反馈的控制;反过来，存貯器、定时器、输入输出接口、中断输入、模/数转换器也对中央处理器的工作过程进行控制。存貯器可由4KEPROM八位只读存貯器和32字节RAM存貯器构成，它作为本发明的应用程序、I₂-I₁表、W-T表、T-W表、变量、参数的存貯单元，也可作为用户的应用程序的存貯单元。定时器可由六个独立的定时/计数器构成，分别完成本发明装置的计时、同步、变频、触发角四种定时功能，除1个计时的定时/计数器外，其余5个均在中断状态工作。

中断输入器，可由中央处理器或其它的输入输出电路构成，完成对各种中断的输入判断和排队。输入输出接口，可用Z80-PIO或8755构成，它主要完成可控硅触发信号的输出，〔在控制精度和性能要求较高的场合（参见图4），可作为电流指令值从CPU₁传入CPU₂的数据通道）。驱动电路，可由三极管和脉冲变压器等元件构成，其作用是将输出接口输出的微弱信号放大，以达到能驱动整流器、逆变器的目的。整流器，由三相可控硅全控桥构成，完成对电动机电流的控制。逆变器，由三相可控硅无源逆变桥构成。完成对电动机定子电源的频率的控制。光盘，装在电动机输出轴上，通过中断输入器将电动机转速反馈到中央处理器，供处理速度使用。互感器HL，将电机电流通过模/数转换器反馈到中央处理器，作电流负反馈控制。电源，与同步定时器的同步，是在电源A相过零时，产生中断来实现的。

参见图4，为了进一步提高本发明装置的精度和性能，可采取由中央处理器CPU₁通过存貯器1、定时器1、中断输入、输入输出接口1完成对电动机速度信号的处理和频率的控制，由CPU₂通过存貯器2、定时器2、模/数转换器。中断输入、输入输出接口2完成对电机电流负反馈的控制的措施方案。

总之，本发明可根据不同的精度要求，采取由一个中央处理器完成对速度、频率、电流的处理和控制，或采用由二个中央处理器分别完成对速度、频率以及对电流的处理和控制，或采用三个中央处理器分别完成对速度、对频率、对电流的处理和控制。随着中央处理器个数的最佳增加，本发明装置的调速性能和精度将得到进一步提高。

参见图2，本发明装置的控制处理原理过程简述如下。

其中符号We代表角速度。Wm代表反馈角速度，W1代表电机电流角速度指令值，I2代表电机转子电流指令值。I1代表电机定子电流指令值，I_f代表定子电流反馈值，T1代表从一个透光孔，到另一个透光孔所用的时间。Ne代表指令速度，T2代表变频定时时间常数，Q代表可控硅触发角定时常数，Qmax代表触发角最大定时常数，LED代表红外对管。

1、采用微处理器完成速度处理，并用查表的方法完成非线性的计算，减少程序处理时间，提高处理精度;用高速时、低的比例系数，低速时，高的比例系数和积分系数基本不变的方法来提高调速的动态性能。其实现方法如图2中I区，当与电机同轴转动的光盘的透光孔通过红外线对管LED时，产生中断（用光盘可使测速精度比测速发电机提高一个数量级），使中央处理器进入速度中断处理程序。①先根据光盘透光孔产生中断的周期T1长短，确定放大倍数K0，并将周期T1时间缩小K0倍到T1;②根据T1查T-W表求得Wm，并将指令速度存入存貯器;③，将指令速度Ne放大K0倍变成We;④.完成△W的比例积分最大转差（△WS），即最大转子电流（I2）的限制，根据I2查I2-I1表求得I1，并将I1送入定子电流指令存貯器，供电流调节使用，将Ws与Wm相加成W1;⑤根据W1查W-T表求得T2′;⑥。将T2′放大K0倍形成T2，存入电频率时间存貯器，供电频率处理使用。

比例放大倍数随速度成反比变化，是通过将速度中断周期与高速时的周期比较，看是高速的多少倍，这个倍数就是K0，并将速度中断周期T1缩小K0，指令电频率周期扩大K0倍，即完成了比例放大倍数与速度成反比的变化。设高速时中断频率为1，比例系数为1，则积分系数K1＝1。低速时，中断频率降到1/KO，而比例系数升高到KO，其积分系数K2＝ 1/(K0) ×K0＝1＝K1，因此，保证了积分系数的恒定。采用微处理器完成比例积分，查表计算等，其精度很容易满足速度处理要求，并无需调试。

2、变频频率也由微处理器控制，其控制原理如图2中Ⅱ区，当内部电频率定时器产生中断时，将电频率高位计数器减1，如定时时间到，给电频计数器送入新的时间常数，并根据速度方向左移或右移环形脉冲计数器，并将环形脉冲计数器的内容通过输出接口，驱动电路触发相应的可控硅导通。当定时时间未到时，此时判断转速是否低于额定转速的1/8，和剩余时间是否小于10ms，如两个条件都成立，就将整流可控硅触发角变到最大，以利于逆变可控硅的换相。采用微处理器控制电频率，可使电频率控制精度比模拟V/f电路提高一个数量级。并且成本低无需调试，精度不受电源波动的影响。

3、电机电流负反馈控制也采用微处理器控制，如图2中Ⅲ区。电机电流由A相电压过零信号产生中断，使同步定时器与电源同步。在电源自然换相点时，同步定时产生中断，给对应的触发定时器送入新的触发定时常数。当触发定时到时，产生中断，触发相应的可控硅导通。触发定时常数由同步定时器过零时，启动模/数转换电路，由模/数转换电路产生中断。反馈电流与指令电流相减，比例积分，最大，最小触发角限制后，就形成了可控硅的触发角的定时常数。

参见图5，表示采用TP-801单板机的一种实施例。采用TP-801单板机首先代替了中央处理器、存貯器、输入输出接口和若干个定时器，然后扩充若干片定时器和一片模/数转换器，再增设驱动电路、整流器、逆变器、电源、光盘。

见图5B，由控制电源变压器B0，将A相电源变成8V和18V两种低压交流电。8V经二极管D17～D20电容C6、C7、三端稳压器7805后变成+5V电源供单板机和其它控制电路用+5V电源。18V经D13～D16，电容C4、C5后变压约为+24V电源，电源同步信号在A处由R14、R15、U4.2产生。通过PA7产生中断，其中R14是保证A刚为正时，就有对零一个正电压，R15是限制流入U4.2中的电流小于0.5mA。速度中断信号由LED、光盘、R16、R17、R18、R19、U4.3、U4.4、PB6产生，其中R16将流过发光管的电流限制在许用范围内，R17是当接收管反向电阻减少时，在其上产生一个压降。R18、R19、U4.3、U4.4构成一个正反馈电路以提高抗干扰能力。

见图5C，电机电流经HL1～HL2，D40～D45，电容C20滤波，在R20上产生0～5V直流电压，经R13，电容C3输入到ADC0809的IN7口由ADC0809变模拟信号成数字信号，提供给单板机。其中R13、C3起ADC0809输入保护作用。

参见图5A，U3将单板机系统时钟分频后，变成ADC0809所需的500KHZ的时钟。为了减少软件开销，模数转换的启动由Z/TO产生。由于本调速装置需要6个定时计数器，而单板机只为用户提供三个定时计数器，因此，需扩展一片Z80～CTC，其接线方式按常规接线方式。

由U5、U6、BG1～BG12、B1～B12、D1～D24、R1～R12构成可控硅触发驱动电路，其中，D1～D12是保证BG1～BG12在关断时，不致产生过高的电压而损坏。D13～D24使可控硅触发极不承受反向电压，R1～R12限制可控硅触发电流在允许范围内。

图5C，由TA1～TA6构成三相可控硅整流桥，由TB1～TB6等构成三相可控硅变频桥，其中D31～D36为隔离二极管，C10～C15为换相电容，L5～L10构成电流上升率限制电抗器，D21～D26、C16、L2、L3构成换相毛刺吸收电路，L1为平波电抗器。

本发明比现有技术具有以下几个优点：

1、由于按微处理器的特点设计了控制方法，并采用高速时，低的比例系数，低速时高的比例系数和用查表的方法完成非线性运算，因而提高了控制精度和调速系统的动态性能，使得可控硅交流调速变得更容易实现。

2、由于全部采用微处理器控制，外围电路简单，从而不仅使控制精度有可能达到要求1%以下，可靠性高，而且成本可降低近一倍，调试、维修方便。

3、由于采用微处理器，使得电机速度与位移或时间可按用户指令变化很容易实现，从而该装置具有数控数显功能，使得用户在不改变硬件结构和数量的情况下，就能扩展功能。

Claims

1、一种可控硅交流调速装置，具有整流器、逆变器，其特征是还具有一个或一个以上的中央处理器、存貯器、定时器、输入输出接口、中断输入器、模/数转换器、驱动电路、互感器、电源和光盘组成，中央处理器与存貯器、定时器、输入输出接口、中断输入器、模/数转换器相互控制；实现对电动机速度信号、频率、电流的处理和控制，驱动电路将输出接口的输出信号放入以驱动整流器、逆变器，光盘装在电动机输出轴上，通过中断输入器将转速反馈到中央处理器，互感器将电流通过模/数转换器反馈到中央处理器，电源与同步定时器的同步，是在电源A相过零时产生中断实现的。

2、如权利要求1所说的可控硅交流调速装置，其特征是其中中央处理器可为Z80·MCS～51或其它八位微处理器，存貯器可为4KEPROM八位只读存貯器和32字节RAM存貯器，定时器可为六个独立的定时计数器，中断输入器可为中央处理器或其它输入输出电路，输入输出接口可为Z80-PIO或8755，驱动电路可为三极管和脉冲变压器等元件构成12路驱动电路，整流器可为三相可控硅全控桥。逆变器可为三相可控硅无源逆变桥。

3、如权利要求1所说的可控硅交流调速装置，其特征是可采用TP-801单板机代替中央处理器、存貯器、输入输出接口和部分定时器，扩充部分定时器和模/数转换器，增设驱动电路、整流器、逆变器、电源和光盘，构成可控硅交流调速装置。