CN86101211A - 感应电动机合成控制装置与方法 - Google Patents
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Abstract
微处理机计算时延,并将它送给那些与微处理机互连的计时器,计时器能控制汽车直流牵引电动机连接的逆变器GTO开关是否点火。-GTO开关接通与+GTO开关接通的转换必须正确无误,以获得所需的电动机电压,并降低对电源的电磁干扰。在PWM和准六步那样复杂的合成方式中,用定时器的排队器向微处理机提供合适的操作时间,以算出合理的控制信号持续时间。所有定时器用单一晶振频率在硬件上同步,也在软件上同步,使三相波形相差保持120°。
Description
系列号第696,814号,D、J、赛罗(D、J、Shero)等人发明的本申请书与以下同时申请的几份专利申请书有关:
系列号第696,833号H、大德培(H、Dadpey)等人发明的题为“感应电动机控制装置与方法”(西屋电气公司案号52,282号);
系列号第696,832号H、大德培等人发明的题为“用于感应电动机控制的转矩确定”(西屋电气公司案号第51,489号);
系列号为696,938号题为“感应电动机再生制动控制装置与方法”(西屋电气公司案号第51,720号),
这些专利申请均已转让给同一受让人,它们中的发明综合起来作为参考文件列在这里。
本发明涉及由直流电源通过逆变器驱动感应电动机的控制装置。
众所周知,现已提供了一种交流电动机闭环控制装置,其中包括一台这样的三相交流感应电动机,它由直流电源通过逆变器供电,逆变器产生门控电路(GTO)开关电压来驱动它。逆变器中的门控电路(GTO)在电动机各相与两条电源线(即高压线和低压线)中的任一条之间,应有予定的连接时间,以便依照各相与其它相的相对关系产生正常激励电动机所需的交流波形。
对运输车辆而言,众所周知,一台或多台电动机的输出转矩必须保持在特定值上,以使车辆按照予定的速率加速或减速。为了对付各种干扰和难以予料的变化,大家知道,现己提供的闭环控制装置可以确定电动机的输出转矩,并能控制电动机的交流波形,从而将电动机的输出转矩保持在要求的数值上。
交流电动机的输出转矩可以通过改变转差频率和(或)改变电动机电压得到控制。在输入电压源为直流电源的电动机供电系统中,为了改变电动机的上述参数,可以采用变压变频的电压源逆变器。
在先有技术中,用微处理机调制器产生脉宽调制(pWM)逆变器脉冲开关控制信号是众所周知的,微处理机调制器根据输入电压和频率的指令为三相感应电动机供电的逆变器提供脉冲开关控制信号来确定逆变器导通时间的周期,就象题为“用于微处理机逆变器供电系统中的高性能脉宽调制器”一文论述的那样,该文刊登在电气与电子工程师协会(IEEE)1982年10月举行的工业应用分会会议的记录第847-853页上。
本发明提出一种用于交流感应电动机系统由变频变压逆变器供电的电动机的控制装置与方法,它利用程控微处理机和门控电路(GTO)相结合来确定电动机电流的“通”与“断”。本发明还提出脉宽调制(pWM)操作、准六步操作和电动机三相电路六步操作,利用微处理机内的一组定时器,根据存贮在各定时器内的予定时间周期分别使每个GTO开关点火,为电动机运行提供所需的频率和电压。这些定时器在硬件和软件的程控操作是同步的。
图1示出先有技术的交流感应电动机的控制装置;
图2示出先有技术包括一台与电源相连、受程控微处理机控制的逆变器的交流感应电动机的控制装置;
图3示出先有技术中人们熟知的运输车辆交流感应牵引电动机的转矩、电压与速度之间的关系曲线;
图4示出本发明提出的感应电动机控制装置的示意框图;
图5示出本发明的感应电动机控制装置的电动机控制器的原理图;
图6示出本发明的逆变器与制动合成器的原理图;
图7示出本发明的感应电动机控制装置在进行增频操作时相继的几个控制信号合成方式;
图8示出图6中本发明的感应电动机控制装置在进行减频操作时的几个控制信号合成方式;
图9示出采用本发明的均匀取样三角法产生逆变器控制信号脉宽调制(pWM)的低频控制信号合成操作;
图10示出本发明的中频准六步控制信号调制;
图11示出本发明的高频六步控制信号调制;
图12示出脉宽调制方式时逆变器开关点火时间的合成;
图13示出准六步方式时逆变器开关点火时间的合成;
图14示出六步方式时逆变器开关点火时间的合成;
图15示出从脉宽调制方式到准六步方式的合成转变;
图16示出从准六步到六步方式的合成转变;
图17示出从六步方式到准六步方式的合成转变;
图18示出从准六步方式到脉宽调制方式的合成转变;
图19A和19B示出当响应定时器中断、需要一个新的延时控制信号和执行该定时器中断时,控制信号的合成操作的流程图;
图20示出图4逆变器合成控制器的硬件部分的原理图;
图21示出起动脉宽调制方式的流程图;
图22示出用于电动机A相的中断程序流程图;
图23示出A-六步程序流程图;
图24示出Q空A+程序流程图;
图25示出A+中断程序的流程图;
图26示出A+六步程序的流程图;
图27示出Q空A-程序流程图;
图28示出A计算出口程序流程图;
图29示出B相的中断程序流程图;
图30示出B-六步程序流程图;
图31示出Q空B+程序流程图;
图32示出B+中断程序流程图;
图33示出B+六步程序流程图;
图34示出Q空B-程序流程图;
图35示出B计算出口程序流程图;
图36示出C相中断程序流程图;
图37示出C-六步程序流程图;
图38示出Q空C+程序流程图;
图39示出C+中断程序流程图;
图40示出C+六步程序流程图;
图41示出Q空C-程序流程图;
图42示出计算排队器数值程序流程图;
图43A、43B和43C示出脉宽调制方式程序中装入Q的流程图;
图44A、44B、44C、44D和44E示出准六步方式程序中,装入Q的流程图;
图45A、45B和45C示出六步定时器周期计算程序的流程图,
图46示出从脉宽调制到准六步转变程序的流程图;
图47示出从准六步到脉宽调制方式转变程序的流程图;
图48A和48B示出从准六步到六步转变程序的流程图;
图49A和49B示出从六步到准六步转变程序的流程图;
图50示出脉宽调制计算电压程序的流程图;
图51A和51B示出脉宽调制计算频率程序的流程图;
图52A至52F分别示出向1-定时器、1+定时器、2-定时器、2+定时器、3-定时器与3+定时器的定时排队器送数的方向程序的流程图;
图53示出向定时排队器送数的一个示范性流程图;
图54示出准六步方式计算电压程序的流程图;
图55A、55B、55C和55D示出计算W时间程序的流程图;
图56示出主起动程序与发生故障或错误条件后起动程序的流程图;
图57示出由上述几个程序调用的停机或故障处理程序的流程图;
图58示出图57调用的重新起动程序的流程图。
图1示出采用先有技术的交流感应电动机控制装置,它包括一个与逆变器11相连的直流电源10,以决定接有负载13的三相交流感应电动机12的运行。转矩传感器14连到电动机12,对电动机控制器16提供转矩反馈15。动力控制器17接收运输车辆操作人员输入的加速请求18、运输车辆的重量19和运输车辆车轮的直径20。动力控制器17产生转矩请求21,这表示交流电动机12为了按加速请求18确定的速率使运输车辆(用负载13表示)加速所获得的转矩。急速牵引限制器22接收转矩请求21,它限制急速牵引,向电动机控制器16提供一个急速牵引受限制的转矩请求23。电动机控制器16向逆变器11发出GTO开关的点火脉冲24,以使转矩反馈15与转矩请求23相对应。
图2示出先有技术包括程控微处理机的交流感应电动机控制装置,处理机控制与逆变器11相连的直流电源10来决定三相交流感应电动机12的运行。程控微处理机控制装置25接收输入的所需参考速度26和来自与电动机12相连的转速计28送来反馈的实际转速27。已确定的转速差分值为门开关电路G1和G2提供控制信号,以控制电动机12的#1相电源线,为门电路开关G3和G4提供控制信号,以控制电动机12的#2相电源线,它还为门电路开关G5和G6提供信号,以控制电动机12的#3相电源线。
图2所示的逆变器11中,每相都包括一个上GTO开关和一个下GTO开关。例如电源10为600伏,每相中上GTO开关与电源10输入线600伏一侧相连,而每相中下GTO开关与电源10的地线相连。根据哪个GTO开关接通,电动机的相应相线就连到高压或连到地。通过对应GTO开关“通”、“断”操作的控制,电动机所需的电压就输送到电动机12的每一相。这样,逆变器11就向交流电动机各相提供了所需要的电压。
图3示出众所周知的感应电动机转矩和电压与转速的关系曲线。如曲线31所示,电动机从零转速上升到基本转速时,转矩是恒定的,当转速超过基本转速后转矩就下降,如图所示基本转速约为50赫,大约每小时20哩。如曲线33所示,电压直线上升到基本转速,然后当转速超过电动机的基本转速的速度后电压保持恒定。
图4示出按照本发明精神控制三相交流电动机(譬如大型客车的牵引电动机)的一种适合电动机控制的装置,车辆操作人员可以向动力控制器17,提供车辆加速请求18,于是动力控制器17将它译为转矩请求信号21,输入到信号限制器32,以制止某些不合理的转矩请求。为了乘客舒服,配备了一个急速牵引限制器22,根据所需的急速牵引率36产生急速牵引受限制的转矩请求23。转矩反馈确定器38,根据直流电源10的直流电压43和直流电流44,并根据逆变器频率48和确定合成方式信号50,以及与牵引电动机12相连的用来估计电动机12输出转矩的转速计54所提供的转速52,测定系统的输入功率,以确定转矩反馈40。转矩反馈信号40送到汇总器58的负输入端,与送到汇总器58正输入端急速牵引受限制的转矩请求信号23作比较。得出的转矩差分信号60送到电动机控制器62。由操作人员发出的控制许可信号64使牵引电动机12转动或制动。电动机控制器62其它必要的输入信号包括直流干线电压43和确定合成方式信号50。电动机控制器62输出制动可控硅许可信号68,并向逆变器与制动合成器76输出所需的制动角70。所需的逆变器频率48和所需的逆变器电压百分比74,逆变器与制动合成器76除了是有输入和输出控制状态信号78以外,还对电动机控制器62和转矩反馈确定器38提供确定合成方式信号50。当电动机12处于制动状态时,由于并联的制动变压器电路(transformer braking apparatus circuit)80产生一种附加电压,所以控制状态信号78使操作保持六步合成方式,避免进入准六步或pWM方式。逆变器与制动合成器76向逆变器11输出逆变器GTO点火脉冲82,向制动器80输出制止GTO点火脉冲86。逆变器11驱动电动机12的运转和制动。当超过基本转速需要附加的制动转矩时,制动变压器电路80与电动机12配合工作。
图5示出电动机控制器62的原理图,其中包括控制状态确定器90,它有一个现行控制状态78的输入信号用来确定下一个控制状态。其它输入信号是逆变器频率48、指示逆变器11是否允许工作的控制许可信号64、转速计频率52、急速牵引受限制的转矩请求TERJ23(由它决定运转或制动。如果TERJ为正,则控制状态将是运转状态,如果TERJ为负,则控制状态将是制动状态)和确定合成方式信号50(它阻止当处于六步控制操作时使制动变压器电路动作)。制动变压器电路包括制动电压p+I(比例+积分)控制器102和转差频率控制器104。控制状态确定器90向开关106提供转差许可信号。开关106使转矩差分信号60送入转差频率控制器104。如果这种操作不涉及制动变压器电路80,例如为了控制电动机的转矩,需要改变电动机的转差频率时,开关106就闭合,则转矩差分信号60送到转差频率p+I(比例+积分)控制器104,并向限制器110输出所需要的转差频率108,以防转差过大和避免超过转矩-转差曲线的屈服点。限制器110将转差限制反馈信号112反馈到转差频率p+I控制器104,将转差频率限制在所需要的最大值上,并微调转差频率p+I控制器104以使积分部分不再继续上升。限制器110的输出114即转差频率114反馈到控制状态测定器90,来控制数种不同状态的确定。转差频率114在加法器116中与转速计频率52相加,其输出就是所需的逆变器频率48。功能发生器120利用所需的逆变器频率48和转差频率114来产生所需的逆变器电压122,使交流电动机12在恒定的空隙磁通量条件下运转。当转速高于基本转速时,由于直流干线电压所限,从逆变器11不可能得到所需的逆变器电压122,因此,电压限制器124监测直流干线电压43,以确定是否能得到所需的逆变器电压122。如果此电压122不能得到,则电压限制器124就限制在能够得到的电压值上。如果电压122能够得到,电压限制器124就不改变电压122。限制器124的输出就是所需的逆变器电压126,它被送到另一个功能发生器128,128另一个输入是直流电压43,其输出是所需的逆变器电压的百分比74。直流干线电压43乘以常数0.78是可以得到的逆变器输出电压的最大值。所需的逆变器电压126除以这个可以得到的逆变器输出电压最大值,其商就是所需的逆变器电压百分比74。加法器116的输出就是所需的逆变器频率48。
制动电压p+I控制器102有一个输入开关130。如果控制状态确定器90要起动电压p+I控制器102,则制动许可信号129使开关130闭合,于是转矩差分信号60送到作为积分的控制器的电压制动p+I控制器102。制动电压p+I控制器102的输出就是所需的电动机电压132,它被送到加法器134,加法器134的另一个输入信号称为六步逆变器电压136。直流电压43通过乘法器138乘以常数0.78,乘法器138的输出就是六步逆变器电压136,这是逆变器11在六步操作中所能得到的最大电压。加法器134接收所需的电动机电压132,并且减去六步逆变器电压136,其差值就是所需的变压器输出电压140,然后,将此电压140送到功能发生器142,根据直流干线电压43产生所需要的制动角144,此角144是为了产生所需的变压器输出电压140,转差制动电路80中的开关在每个180°周期内必须关断的角度。功能发生器142用下式算出所需的制动角144:
制动角= 360/(π) *ARCSIN (π)/4 * (VTX)/(VTDC)
式中VTX是所需的变压器输出电压140,VTDC是跨在制动变压器次级两端的瞬时电压(当电源电压为600伏、变比为0.9时,VTDC为550伏)。所需的制动角144必须在该180°范围以外的0°与80°之间,此时制动电路80中的几个GTO开关都关断,于是对应于这个制动角向电动机提供所需的制动电压。所需的制动角度144进入限制器146以使所需的制动角限制在不小于0°,又不大于80°。设置0°限制是因为对于GTO不可能获得负的时间,设置80°限制是因为在那一点上,GTO的开关接近断开,此时电动机的电流极性错误,这样就会感应出一个负的电压,抵消己产生的逆变器电动机电压。限制器146其中一个输出是所需的制动角70,另一个输出是角度限制148,它反馈到制动p+I控制器102,来箱制p+I控制器102的积分部分。角度限制148也反馈到控制状态测定器90来确定是否需要改变到不同的控制状态。例如,一旦制动角达到80°制动变压器电路工作在欠压时,控制状态确定器90就要转入下一个高转差控制状态,它使制动保持最大值,从而增加了电动机的转差频率,增加一点转矩。再举一例,一旦GTO开关操作到达0°,由于不再需要用它,因而控制状态确定器90就可能离开制动变压器。控制状态确定器90输出制动可控硅许可信号68或使制动电路中的可控硅导通或使它们关断。当制动变压器电路处于制动状态时,制动可控硅许可信号68使可控硅关断,当制动变压器电路不处在制动状态时,使这些可控硅导通。
逆变器与制动合成器76产生一个确定的合成方式信号50。所需的逆变器频率48,所需的逆变器电压百分比74和当前的控制状态78都被送入逆变器与制动合成器76,输出的确定合成方式信号50将确定所需的那种合成操作,譬如pWM、准六步或六步方式中的一种。
图6示出图4中逆变器与制动合成器76的原理图。合成方式确定器150收到电动机控制器62的控制状态信号78、所需的逆变器频率48和所需的逆变器电压百分比74,来产生确定合成方式信号50。根据确定合成方式信号50,又输出这种合成方式选择信号152,当改变控制状态时,输出改变合成方式信号154和控制状态信号78。当选定pWM操作时,pWM控制器156响应合成方式选择信号152,则pWM控制器根据所需的逆变器频率48和所需的逆变器电压百分比74产生作为逆变器GTO点火脉冲82的pWM定时脉冲158。当合成选择信号152选定准六步合成操作时,准六步控制器160根据所需的逆变器频率48和所需的逆变器电压百分比74产生作为逆变器GTO的点火脉冲82的准六步定时脉冲162。当合成选择信号152选定六步合成时,六步控制器164根据所需的逆变器频率48和所需的制动角70产生作为逆变器GTO的点火脉冲82和制动电路GTO的点火脉冲86的六步定时脉冲166。当产生改变合成方式154时,方式转变发生器产生作为逆变器GTO的点火脉冲82的转变定时脉冲170。
图7示出控制信号合成器76在增频操作时控制信号合成方式的转变。首先在大约35赫以内的低频范围内进行pWM方式操作,为逆变器11的GTO开关提供接通时间控制信号。其次,约在35赫至67赫采用准六步调制来提供35赫左右至56赫实行五角操作和56至67赫实行三角操作的控制信号。再次,在高频范围内进行六步方式操作,采用六步调制来产生一组控制信号。如果需要六步操作,它也能在电动机电压第一次到达峰点的低频上进行,但还是采用准六步为宜,因为交流电动机得到的波形较好。
图8示出控制信号合成器76在减频操作时控制信号合成的转变。六步方式向低频方向伸延至64赫左右,与增频操作相比有一些迟滞现象,避免了在合成方式之间变来变去。准六步方式的三角操作从64赫向下伸延至54赫左右,五角操作向下伸延至30赫左右。低频范围的pWM方式操作从30赫向下伸延至零。随着各种工作条件的变化,例如干线电压偏离额定的600伏和使用辅助的制动电路80时,图7和图8所示的合成方式的频率范围还会变化。
图9示出一种称为均匀取样的pWM波的合成,它用于逆变器低频,为交流电动机提供变频变压波形。标有A、B、C波形包括所需的基波90,近似正弦波92和与所需的GTO开关频率相同的三角波94。A、B、C波形分别对应看电动机的#1、#2、#3三相。VA、VB、VC波形决定三相GTO开关实际通断的情况。每当波形为正时,该相的+GTO接通。每当波形为负时,该相的-GTO接通。从+GTO到-GTO的转变和从-GTO到+GTO的转变是由近似正弦波92与三角波形94的交点而定。VAN、VBN、VCN波形是电动机三相绕组中每相得到的线至中性点的合成电压。图7示出的pWM合成可用到35赫左右。
图10示出另一种称为准六步合成方式的波形,在35赫以上的频率提供所需的变频变压波形。A、B、C、波形是逆变器产生的所需的基波。VA、VB、VC是三相GTO开关实际通断情况。每个GTO接通时间所持续的角度取决于所需的输出电压。图示的通断情况所产生的基波输出电压约为逆变器在采用六步合成方式时最高输出电压的75%。1%~99%范围内的角度值均己放在查询表内。VAN、VBN、VCN波形是电动机三相绕组中每相得到的线到中性点的电压。如图7所示,准六步合成方式可用到67赫左右。
图11示出高于67赫时所采用的六步合成方式。由于六步合成方式只为电动机产生恒压变频波形,因此用于高频向电动机提供最高电压。A、B、C波形是逆变器产生的所需基波电压。VA、VB、VC分别表示三相GTO开关实际通断的情况。VAN、VBN、VCN波形是电动机三相绕组中每相得到的线到中性点的合成电压。
在这三种合成方式中的任一种方式中,逆变器内的六个GTO开关中的各GTO点火时间都由微处理机计算,而且都送入程控定时器,由它们来控制相应的GTO开关点火时间的长短。在这三种方式中,微处理机都在GTO开关实际点火之前计算时间,这样在时间计算与实际点火之间就有一个很小的时延。为了保证微处理机算出定时器所需存入的点火时间,这段时延是必要的。已经采取措施使此时延降到最小。pWM方式的时延约等于开关频率的三个周期,准六步方式的时延约等于所需基频的 2/3 ~ 5/6 个周期,六步方式的延约等于所需基频的 2/3 个周期。
在pWM和准六步方式中,微处理机计算GTO开关点火时间,每个时间都放入为相应的GTO开关设置的六个不同的排队器中相应的一个。每个排队器都起着先入先出的缓冲器的作用。如果任一个排队器内的点火时间少于1或2个,微处理机就得计算新的点火时间,直到所有的排队器都满足存有1或2个点火时间的最低要求为止。由于从每个排队器输出一个点火时间给与其相关的GTO开关相应的程控定时器,于是逆变器就起动了。由于先使对应了首先点火导通的电动机三相GTO开关的定时器工作,然后向这三个工作的定时器输入三个新的点火时间,从而刷新了这三个定时器。在一相的定时器开始工作以后,它就向相关的GTO开关的驱动门输出一个信号,将它点火接通,当输入的那个定时器的点火时间已过时,此定时器输出一个信号,使相应的GTO开关关掉,与此同时,此定时器又使该相的第二定时器工作,这个第二定时器控制逆变器中同一相内的另一个GTO开关,此时它向相应的GTO送出信号将它接通。当这个第二定时器中的点火时间已过时,它又使该相的第一定时器工作,将其相应的GTO开关接通。只要逆变器在工作,这个过程就来回重复。如果为了停止对电动机的控制操作,微处理要关掉逆变器,则将其所有的定时器不工作就行了。每个定时器在其点火时间已过时,除了使与其配对的定时器工作以外,它还向微处理机送回一个中断信号,表明另一个定时器已工作,微处理机响应这个中断信号,并转向与另一定时器相关的排队器,取出即将放入另一定时器缓冲器的下一个时间。
六步合成方式使用与PWM和准六步合成方式相同的那些定时器硬件,但不用那些排队器来存放已算出的点火时间,从而缩短了那些新的点火时间从计算到执行之间的时延。
PWM合成方式计算点火时间要将正弦波与逆变器每相中的三角波相比较,如图9和12所示。在图9中,代表#2相的曲线B比代表#1相的曲线A超前120°,代表#3相的曲线C又比#2相超前120°。近似正弦波92的频率等于所需的逆变器频率,三角波94的频率等于所需的GTO开关频率。在确定逆变器输出电压幅度时,用下式计算:
V(有效值,峰-峰)=(正弦波幅度/三角波幅度)*直流电源*0。61 (1)
由此可以得出有效线电压,然后可以确定最高有效线电压的电压百分比。用这个百分比可以算出所需的正弦波的幅度。假设三角波幅度为600伏,用下式计算正弦波的幅度:
V最大=0.78*V直流(2)
V%=(V所需/V最大)*100 (3)
A=(V%/100)*770 (4)
式中:
V最大=从现有的直流电源中所能获得的最大有效线电压,
V直流=现有的直流电源电压
V%=逆变器输出的最大电压的百分比(即所需的逆变器电压的百分比),
A=所用的正弦波电压的幅度。
正弦波的频率等于所需的逆变器基频,三角波频率等于GTO开关所需的开关频率。本发明采用同步PWM方式,其中三角波频率为所需基频的三倍,与非同步PWM方式(其频谱中会产生不需要的次谐波)相比,采用同步PWM方式每当基频变化时,都必须计算新的三角波频率。大家知道曾经有过规定,开关频率应该高于350赫,以保证逆变器产生满意的谐波。大家还知道,当开关频率提高太多,到了GTO开关接受不了程度时,开关就会损坏。因此PWM方式采用了高于350赫的第一开关频率,满足了三次谐波的要求。用下式来计算开关频率:
比值=(INT(350/(3*FI))+1)*3
(5)
FS=比值*FI (6)
式中:
比值=开关频率与逆变器频率的比值
FI=所需的逆变器频率(赫)
FS=所需的开关频率(赫)
INT()=将()内的数取整的函数
然后将这个开关频率当作三角波频率。式(5)表明当提高逆变器频率时,比值就会减小。在三个正弦波中的任一个波形中,除0°点以外,此比值会在逆变器所产生的三相交流波形中产生瞬间的相变化。在逆变器低频时,此比值大,这种相变化在电动机中只产生极小的瞬变电流,但在高频时,比值小,这些相变化较大,因而在电动机中产生相当可观的瞬变电流。因此在高频处只在#1相0°处改变这些比值,因为只看#1相比较简单。
在计算三角波与正弦波之后,需要根据均匀取样的PWM波确定GTO点火时间的计算,这时将近似正弦波92看作方波(见图9)。在三角波94的每个低峰处算出正弦波92的幅值,并且用方波来逼近正弦波。于是很容易找到方波92与三角波94的交点,定出GTO开关的点火时间。
图12示出采用均匀取样的PWM时的计算结果,当排队器中的数已用完需要计算新的GTO点火时间时,对三相中每一相的一个三角波周期要计算点火时间。图12中给出了一相的三个三角波周期,现在对图12中间那个三角波周期计算点火时间。在实际找出正弦波92与三角波94之交点以前,还需做一些前期的计算。如果根据最近一次PWM点火时间的计算所需的逆变器频率已经改变,则用上述式(5)、(6)确定新的相应的三角波频率。这些计算结束后,再计算下列各数:
△t=0.5*(1/Tri频率) (7)
最近一次△θ=新△θ (8)
新△θ=△t*Inv频率 (9)
△θ=(新△θ+最近一次新△θ)/2 (10)
Tri斜率=Tri电压*Tri频率*4 (11)
式中:
△t= 1/2 个三角波周期
Tri频率=三角波频率(即开关频率)
Inv频率=所需的逆变器频率(正弦波频率)
新△θ=在当前三角波周期内实现的正弦波角度偏移
最近一个新△θ=从最近一个三角形波周期得出的新△θ
△θ=从最近一个三角波周期的中心到当前周期的中心所实现的正弦波的角度偏移。
Tri电压=三角形波的峰值
Tri斜率=三角波的斜率
如果所需要的逆变器频率从最近一个PWM计算以来不变,则原计算结果仍然有效。
如果所需要的逆变器电压百分比从最近一个PWM计算以来已经改变,则必须按照公式(4)进行一些电压估算。如果从最近一个PWM点火时间计算以来不变,则无需再进行这些计算。
一旦与频率和电压有关的变量已经算出,则用下式确定相应于三角波低峰的当前正弦波角度偏移(θ):
θ=θ+△θ
如果θ的计算结果超过360°,就会产生一种特殊的情况。超过360°就意味着用于计算PWM点火时间的最近一个三角周期正好终止在360°(或0°)。因为只有当#1相在0°时才能从PWM转变为准六步,所以必须进行检查,看看这种转变是否需要。假如不需转变,θ就复位等于 (新△θ)/2 。如果θ未超过360°,θ就保持原样。一旦算出新θ值,就决定保持PWM在合成方式下,计算实际的正弦波与三角波的交点。
为参考的正弦波算出θ1后,其它两正弦波θ值的计算如下:
θ2=θ1+120° (13)
θ3=θ1+240° (14)
每个θ值都对应于三角波低峰处正弦波的角度。现在可以应用正弦查询表确定在这些θ角时每个正弦波的值:
PWMSin电压1=A*SINθ1(15)
PWMSin电压2=A*SINθ2(16)
PWMSin电压3=A*SINθ3(17)
式中:
A=正弦波幅度
用下式就能计算出#1相中三角波的负斜率部分与正弦波的交点的时间,如图12所示:
新时间1=(Tri电压-PWMSIN电压1)/Tri
斜率 (18)
式中:
Tri斜率=三角波斜率的绝对值
Tri电压=三角波的峰值电压(在本实施例中为600伏)
新时间1=从三角波周期的开始到负斜率部分与正弦波交点的时间周期(图12中的时间B)。它还等于从正斜率部分与正弦波的交点到三角波周期的终点的时间周期(图12中的时间E)。
在计算出这个时间周期之后,再计算-GTO接通时间的时间周期。
-1时间=新时间1+老时间1 (19)
式中:
-1时间=逆变器中阴极与低压线相连的#1相GTO应当接通的时间周期,即图12中的时间A+B。
老时间1=从最近一个三角波周期算出的新时间1。即从最近一个周期的算出的剩余时间,即图12中的时间A。
在算出-GTO“接通时间”以后,用下式算出+GTO的“接通时间”:
+1时间=(△t-新时间1)×2 (20)
式中:
+1时间=逆变器中阳极与高压线相连的#1相GTO应当接通的时间,即图12中的时间C+D
△t=三角波周期的1/2。
这些新算出的正、负GTO点火时间放入与它们各自的排队器内。对于A相的最近一次计算是:
老时间1=新时间1
式中:
老时间1=将要变成下一次即将计算的-GTO点火时间一部分的剩余时间周期,图12中是时间E。
在算出-GTO点火时间,+GTO点火时间和剩余的时间以后,#1相的PWM计算就告结束。对#2相#3相,进行同样的计算,算出这些相的点火时间与剩余时间。
图13所示的准六步合成方式,除了凹口从六步三相波形的各种不同的部分除去以外,都与六步方式相似。此外,不象六步方式中在每相的第一个180度内都是给+GTO点火。在准六步合成中。在第一个180度点火信号中加入一GTO点火脉冲,也不象在六步方式中,在每相的最后一个180度内都是给一GTO点火,在准六步合成中,在最后一个180度点火信号中加入+GTO点火脉冲。这些凹口是为了使逆变器输出电压具有基波而设置的,其幅度等于所需的电压,并将其谐波减到最少,图13给出三角准六步方式的点火波形,以详细说明三相中一相的情况。所示的这种点火波形,将使基波电压等于图14所示的六步点火波形产生的电压的75%左右。准六步方式波形中的凹口可以用a1至a5五个α角来确定,这几个α角都是根据1%~99%的电压输出百分比预先脱机计算好的。计算这些角是为了得出正确的电压百分比,在产生谐波电压时使电动机中的功耗达到最小。不论角度选择多大。总会有存在一些不希望有的谐波,这些谐波会严重地在电动机中引起热耗,因此尽力减小电动机中的谐波功耗。为了计算各电压百分比,在脱机确定的各α角时采用下式,以得出正确的电压百分比:
V%=100*〔1-2*Cos(a1)+2*Cos(a2)-2*Cos(a3)+2*Cos(a4)-2*Cos(a5)〕 (22)
由于这个方程有很多解,所以可以将各个a值选择得使谐波功耗减到最小。减少功耗的一种方法是将功耗定义为正比于(VN)2/N,其中N是谐波次数,VN是该谐波的电压值,在理论上功率等于电压乘以电流,因此可以将电动机当作一个很简单的模块,它看上去象一只电感器,因此通过电动机的谐波电流就与(VN/N)成正比。
为了计算由一组给定的a角确定的谐波的电压,可用另外一台计算机作福里哀分析。
VN=〔(4*VDC)/(N*PI)〕*(1-2*Cos(N*a1)+2*Cos(N*a2)-2*Cos(N*a3)+2*Cos(N*a4)-2*Cos(N*a5) (23)
N=5,7,11,13,17,19……
式中:N=谐波次数
VN=n次谐波的线电压有效值
VDC=直流线电压=标称值600伏。
PI=3.14
于是,计算机就可以对所有可能的角度进行试探,从中找到一组使谐波功耗达到最小的角度,并将这些角度放入查询表,以便用来产生准六步点火波形。
实际上要提供两个完全不同的准六步方式查询表,在55赫附近当五角表用尽时,大约从55赫到67赫之间(如图7,8所示)将a4与a5删去采用三角查询表。在55赫时,五角的逆变器开关频率是11×55即550赫,这个频率大约就是逆变器所能承受的极限值。去掉两个a角以后,在55赫处的开关频率就成为7×55即385赫。由于希望准六步合成方式最高能够工作在70赫左右,三角表就允许达到70赫,而五角表往往需要过高的开关频率。
在有了α角的数值后,±GTO点火时间就很容易计算,这些计算按60度增量进行。在进行准六步操作方式过程中,当计算点火排队器的附加时间时,要为三相计算基频60°内的点火时间。在使用的准六步合成方式中a必须始终小于60°;因此某一相的60度计算或者导致计算几个正负时间,或者什么时间都没有。图13说明#相的计算。
如果当前要计算60°是0°和60°范围内的60度,这个60度区段将是0度部分。在将任何点火时间放入排队器以前,必须先计算W时间,如图13所示,共有六个W(W1至W6)时间。这些W时间就是点火时间实际持续的时间。此外,还必须计算时间60,这是基波60度持续的时间。这组a值从查询表取出。它们与所需的输出电压百分比相对应。然后用下式计算所需的时间60和W时间。
时间60=60/(逆变器频率*360) (24)
W1=a1/(逆变器频率*360) (25)
X2=a2/(逆变器频率*360) (26)
X3=a3/(逆变器频率*360) (27)
X4=a4/(逆变器频率*360) (28)
X5=a5/(逆变器频率*360) (29)
W6=时间60-X5(30)
W5=X5-X4(31)
W4=X4-X3(32)
W3=X3-X2(33)
W2=X2-X1(34)
其中:W1至W6是W时间
X2至X5是暂时的中间值
算出这些所需的数值以后,将这些点火时间放入定时器的排队器内,当计算一相的0度区段时,将W1放入该相的负排队器,W2放入正排队器内,W3放入负排队器内,W4放入正排队器内,W5放入负排队器内,W6将作为该相的剩余老时间被保留下来。计算一相的60度区段时,T60与旧时间值相加。在60度区段实际的点火时间不用计算。在计算120度区段时,W6与旧时间相加,将和数放入正队排器,将W5放入负排队器,W4放入正排队器,W3放入员排队器,W2放入正排队器,W1放入负排队器。在计算180度区段时,将W1放入正排队,W2放入负排队器,W3放入正排队器,W4放入负排队器,W5放入正排队器,W6作为剩余的旧时间被保存下来。在计算240度区段时,不会导致将时间放入排队器,但时间60与旧时间相加。在计算300度区段时,W6要与旧时间相加,并将和数放入负排队器,将W5放入正排队器,W4放入负排队器,W3放入正排队器,W2放入负排队器,W1放入正排队器。
由于三相总是差120°,因此只需考虑#1相中下一个要计算的区段,因为#2相要计算的区段落后两个区段,#3相要计算的区段落后四个区段。因此,如果#1相计算零度区段,则#2相要计算120度区段,#3相要计算240度区段。
六步合成方式与PWM方式或准六步合成方式的不同之处在于不用排队器。如果在六步方式中也用预先将数装入排队器,然后将排队器内的数送入定时器的方法,则计算排队器数值与实际使用这些数值之间的时延约为基波周期的三倍。这样的时延将产生严重的控制问题,因此是不希望有的。为了缩短六步方式中的时延,六步方式的点火时间是在需要将它们送入定时器之前的片刻计算的。图11中所示的VA、VB和VC分别代表六步合成时#1、#2和#3相的GTO点火时间。正如PWM和准六步方式的操作那样,当这些波形为正时,在该相中的+GTO开关希望被接通,当这些波形为负时,该相中的-GTO开关希望被接近。参照VA波形,在180°时+GTO关断,-GTO接通。-GTO的接通时间必须在180°处的转变点之前就放入定时器排队器,比装入负时间这一转变点提前的时间应当尽可能短。对于在每相的每次转变,微处理机都从定时器接收中断信号:因此,它每隔60度接收一次中断信号。在#1相(VA)180°转变以前的最后一次来自定时器的中断信号。可能发生在120°,这是#3相波形VC的转变点。对于这个120°中断时,微处理机能够将数值装入#1相的-GTO定时器。在#1相180°中断时,将数装入#2相的+GTO定时器,在#1相240°中断时,将数装入#3相的-GTO定时器,以此类推。
在120°中断时,将数装入#1相的一GTO定时器,然而,在这样做以前,必须先计算出-GTO的点火时间。在六步方式中,计算是象上述准六步那样以60度增量进行的。图14是#1相的详图。六步方式唯一需要的时间值是熟悉的T60变量,在准六步合成方式中也计算这个变量。用上述公式(24)计算此值。
如图14所示,六步点火脉冲由三个T60相加而成。由于不断地改变逆变器的频率,三个T60中每个的数值可能不同。在图11的120°标记处,必须为#1相输出-GTO点火信号,它将从180°持续到360°。还要注意,在60°中断时,要计算#3相+GTO点火时间,它将从120°持续到300°。在60°中断时,300°标记之前均需对三相计算时间,在120°中断时,在300°到360°这一区段需对三相计算时间,这些计算结束,就为#1相提供整个-GTO点火时间。此外,为#2相提供2/3的+GTO点火时间,为#3提供1/3的-GTO点火时间。一接到120°中断信号,就计算时间60°接着,进行300°到360°(或0°)之间60度内的以下各种计算:
六步负时间1=老时间1+时间60(35)
老时间2=老时间2+时间60 (36)
老时间3=时间60 (37)
式中:
六步1-时间=立即送往#1相-GTO定时器的GTO点火时间,
老时间1、2、3是未结束点火脉冲的暂存变量。
当接到180°中断信号时,计算时间60的新值。接着,进行0°到60°之间60度内的各种计算:
老时间1=时间60(38)
六步2+时间=老时间2+时间60 (39)
老时间3=老时间3+时间60 (40)
式中:
六步2+时间=立即送往#2相+GTO定时器的GTO点火时间。
在六步合成过程中,每次接到GTO定时器的中断信号时完成相仿的计算。
从一种合成方式变为另一种时,必须作特殊的安排。从PWM转变为准六步只有当三相中一相为0°时才能发生,只有在这些时间,PWM三角计算周期的终点与准六步60度周期的起点相重。为了进一步简化PWM到准六步的转变,选定只当#1相为0°时才能发生转变。
图15示出从PWM到准六步的转变中三相的GTO点火时间。从图可见,转变是在#1相0°处发生的。经过0°时,正好计算第一个三角周期的PWM点火时间,此时转入准六步合成,它中断了PWM计算,执行从PWM到准六步的转变程序,如图46所示。此程序在开始时计算准六步所需的“W时间”,然后将准六步点火时间送入有关的排队器。为将准六步点火时间送入排队器,在此转变程序中完成下列操作:
1)(老时间1+W1)送入1-排队器
2)W2送入1+排队器
3)W3送入1-排队器
4)W4送入1+排队器
5)W5送入1-排队器
6)老时间1置为W6
7)老时间2送入2-排队器
8)W6送入2+排队器
9)W5送入2-排队器
10)W4送入2+排队器
11)W3送入2-排队器
12)W2送入2+排队器
13)W1送入2-排队器
14)老时间3置为(老时间3+时间60)
15)θ1置为60°
这是一个正常的60度准六步计算周期,例外的是考虑了PWM的剩余老时间。下面接着要完成的时间计算,实质上是一个正常的60°准六步计算周期。
图16示出从准六步合成的转变。它比上述从PWM到准六步合成的转变要复杂得多。复杂的原因是,六步合成不用排队器来存放即将装入定时器的点火时间计算值。(这点与PWM与准六步合成不同)。这些排队器必须清除,转向无排队器操作,并不打扰所需的电动机控制。在60°这一点有可能进行从准六步到六步的转变;然而,为了简化操作,转变点只限制在#1相的0°处。图中示出了从三角准六步到六步合成的转变时三相的全部GTO点火时间。大部分都是从三角准六步而不是从五角或单角准六步开始转变;然而,对于五角或单角准六步,这一过程也同样有效。当进行#1相300°到0°标记之间60度区段内的准六步计算时,决定转向六步合成,并执行图48中示出的转变程序,开始转变。300°到0°之间的60度,其处理过程与准六步合成相仿,一个微小的差别是,#1相的+GTO时间由W1确定,它位于这个60度区段的后沿,在准六步到六步的转变中是不允许的,因此将它加在由W2确定的最后一个负时间的后面,组成一段较长的负时间。从图16可知,在没有完全转入六步之前W1与W2相加,组成#1相最后一个-GTO时间。除了计算准六步最后一个60度区段外,还计算六步的第一个180度区段,并将算得时间放入点火排队器,在180度计算中得到的GTO点火时间作为最后点火时间装入排队器。上述点火时间计算结束后,图48的转变程序结束,但建立一个标誌,指明这是处于准六步到六步的转变之中,由于微处理机接收定时器的中断信号,它将继续从排队器取数,并将它们分发给正确的定时器。但是,由于转变标誌已建立,当排队器中的时间数少于其最低要求时微处理机将不计算新的点火时间,最后排队器中的数将被用尽。当微处理机打算将一个数的排队器送到定时器时,如发现排队器已变空,它就不能向相关的定时器送数,此时它就建立一个标誌,指明某个排队器已按此法用尽。最后,全部六个点火排队器均被用尽。最后一次使无法获得排队器的中断是在#1相从正变负时0°处发生的。在图16中标为(6)点。在这一点上完成了到六步的转变,由此点可开始正常的六步合成。这就是说,在0°中断时将计算180°到240°的周期,宽度从60°到240°的#2相负时间已经计算结束,可以送到相关的定时器。参考图16时,对带下列标号的各点作如下的说明:
(1)当发现2-排队器为空时中断。
(2)当发现2+排队器为空时中断。
(3)当发现3+排队器为空时中断。
(4)当发现3-排队器为空时中断。
(5)当发现1+排队器为空时中断。
(6)当发现1-排队器为空时中断。
这标誌着六步合成的开始。
图17示出从六步合成到准六步合成的转变时又重新用到定时排队器。图中示出了从六步到三角准六步合成转变中的GTO点火时间。虽然此图示出的是到三角准六步的转变,这一技术同样可用于单角和五角准六步合成。在大部分时间内,将转变到三角准六步合成。在任一60°标记处均可发生六步到准六步的转变。由于从电源10到逆变器11的输入电压在大型运输车或同类作业中可能迅速上升,发生输入电压上升时有时需要迅速从六步转变到准六步操作,以保持恒定的电动机电压。因此,要求在任一60°标记处能进行六步到准六步的转变。图17示出了在六个可能的转变点中某一点发生的到准六步的转变。在120°处发生#3相-GTO到+GTO点火转变中断时,决定转到准六步,完成正常的60度计算(300°到0°),并建立标誌,指明将转入准六步合成。当#1相-GTO点火时间象六步合成时正常进行的那样送入相应的定时器后,微处理机对已建立的转变标誌作出响应,用这些W时间为包括两个60度区段的下一个120度合成计算GTO点火时间,并将为这两段提供的点火时间放入与它们对应的排队器。这两段的计算与正常的准六步计算相仿,差异只在于第一段的#1相,由于前面的六步-GTO时间,在这段的起点它需要一个+GTO点火时间;然而,正常的准六步合成是将第一个时间作为+GTO时间。因此,计算失效,如图17所示,第一个出现的正时间。这些无效时间以及其它点火时间列述如下:
1)W1送入1+排队器
2)W1送入1-排队器
3)老时间1置为((2*时间60)-(2*W1))
4)(老时间2+W6)送入2+排队器
5)W3送入2-排队器
6)W2送入2+排队器
7)W1送入2-排队器2
8)W1送入2+排队器
9)W2送入2-排队器
10)W3送入2+排队器
11)老时间2置为W6
12)(老时间3+时间60+W6)送入3-排队器
13)W3送入3+排队器
14)W2送入3-排队器
15)W1送入3+排队器
由于六步合成在定时器缓冲器中不保留数字,而准六步则必须在定时器缓冲器中保留数字,除了对#1的负定时器(它刚刚已送入最后一个六步点火时间)以外,微处理机必须刷新全部定时器缓冲器。当重新设置转向准六步的标誌后,微处理机结束这一转变,从此点开始准六步合成。
图18中从准六步合成到PWM的转变只能在三相中任一相的0°处发生,理由与PWM到准六步转变时一样。为了简化操作,这种转变只允许在#1相的0°处发生。图18示出了从准六步到PWM合成时三相的GTO点火时间。在执行用于0°到60°这一区段的准六步60度计算程序过程中,决定转向PWM合成。对于这个转变,调用的转变程序只需作很少量的计算。唯一要完成的基本动作是:
1)老时间2送入2+排队器
2)老时间1与老时间2置0
3)θ1与变△θ置0
这个转变程序一结束,就计算三角周期的PWM点火时间。在转变程序中完成的操作保证能毫无问题完成一个正常PWM计算周期。
从一种合成转变为另一种时会对电动机的工作产生干扰,这些干扰可能导致不需要的瞬间电流冲击。为了避免两种合成方式之间来回跳动,在转变点引入迟滞,如图7与图8所示。图7示出当电动机转速上升时,从PWM操作转向准六步操作大约是在最高可获电压的65%处进行的,对于600伏的电源,它相当468伏有效线电压的65%,或者在逆变器基频约为35赫处进行,哪个先出现就发生在哪一点。从这点直到56赫左右,采用五角准六步操作,在56赫处转向三角准六步合成,最小角度为4.5°。三角准六步合成与五角准六步相似,差别只在于查询表只包括三角而不是五角,最小角为4.5°而不是3.5°。当逆变器频率达到67赫左右时,转向六步合成。当图8所示那样电动机减速时,逆变器频率达到64赫左右就发生从六步到三角准六步的转变。从三角准六步到五角准六步的转变发生在54赫左右。大约在最高可获电压的59%处,或者逆变器频率达到30赫左右时,发生从准六步到PWM前转变,哪个后出现就发生在哪一点。因此,对于PWM到准六步的转变,电压迟滞为6%,频率迟滞约为5赫;对于五角到三角准六步转变,频率迟滞约为2赫;对于准六步到六步转变,频率迟滞约为3赫。
图19A与19B的定时器中断流程图示出了响应硬件定时器中断时整个波形合成操作。该中断表明另一个定时器已准备好接收新的定时器数值。软件记录了定时器的输出何时用尽,因为六个不同定时器中的任何一个均能产生定时器中断信号。在程序块101,决定校验当前的方式是否是六步或其它某种合成方式,其理由是六步不用准六步与PWM方式中使用定时器排队器。如果不是处于六步方式,在程序块103中从有关的排队器获得一个数,将它送给定时器中断指定的有关定时器。在程序块105校验是否需计算更多个排队器数值值,因为从排队器取走一个数,使该排队器中的数减少,可能会需要计算更多个的排队器数值。如果不需要计算它们,程序转向出口,这是程序的终点。如果回答为是,在程序块107校验是否操作正在转向六步。如果正在转变,由于六步方式不用排队器,当从准六步方式转入六步方式时排队器中存下的数全部都已用尽,所以不需再计算数值。因此,如果回答为是,在程序块109校验是否全部排队器都是空的。如果不是,程序转向出口,继续接收定时器中断,直到最后全部定时器变空为止。如果回答为是,则在程序块111将方式置为六步,在六步方式中将处理其它各种定时器中断。在程序113设置一个标誌,说明六步转变已告结束。如果在程序块107回答为否,则在程序块115校验合成方式,看操作方式是PWM还是准六步。如果方式是PWM,在程序块117计算新的PWM应变量,例如正弦波的幅度、正弦波与三角波的频率。在程序块119校验是否需要转向准六步,这是根据频率与电压要求来确定的。如果回答为否,这表示方式继续保持在PWM,在程序121中计算一个三角周期内的PWM点火时间,并将这些时间放入有关的定时器排队器,对电动机的三相都这样。接着,程序转到校验程序块123,它又转向程序块105,校验是否还需要计算几个排队器数,这个循环一直进行,直到不再需要计算排队器数为止。如果程序块119的回答为是,就需要转入准六步方式,在程序125将方式置为准六步。在程序块127中完成某些转变计算,程序又回到程序块105以校验是否还需要计算数值。
回到程序块115后,如果合成方式是准六步,则在程序块129计算新的W时间,这些时间就是各控制脉冲W1~W6的宽度。在程序131,根据所需的逆变器频率与所需的逆变器电压,校验是否需要转入六步方式。如果在程序块131需要转入六步,在程序块133完成某些转变计算,在程序块135设置一个标誌,指明这是从准六步到六步的转变,程序块107对此进行校验,看是否正在完成到六步的转变。当程序块131中设置了标誌表示正在进行从准六步转向六步后,程序转到校验程序块105。如果在决定程序块131的回答为否,则在决定程序块137内要询问是否需要转入PWM。如果回答为是,则在程序块139将方式置为PWM,在程序块141为转入PWM完成转变计算。接着,程序又回到校验程序块105。如果程序块137的回答为否,则在程序块143内计算60度内的准六步点火时间,并将这些时间放入有关的排队器,然后程序转向出口。这样就完成了实行准六步与PWM时的全部操作。
回到程序块101后,如果方式是六步,则在程序块145计算时间60的变量。在决定程序块147校验是否需要转入准六步,如果回答为否,则在程序块149内计算60度内的六步点火时间,最后算出一个完整的点火时间,可将它送入有关的定时器,将另外两相不完整的点火时间保存起来。回到程序147后,如果回答为是,表示要转入准六步,则在程序块151设置一个标誌,指明控制操作正在从六步转变为准六步。然后,程序转到程序块149完成六步计算,因为此时正需要有一个时间输出给有关的定时器。接着,在程序块153对转入准六步进行校验,在这里对程序块151中设置的标誌进行校验。如果回答为否,则程序返回,直到发生另一个定时器中断为止。如果回答为是,在程序块55完成转入准六步所需的转变计算。在程序块157,将算出的转变时间装入定时器排队器,重新起动排队器并刷新定时器缓冲器中的数。在程序块159,将方式置为准六步。
图20示出了图4所示逆变器与制动合成器76中的合成控制器180。微处理机182接收来自编码器184的中断信号。存放控制程序的是一个8位的可抹可编程只读存贮器(EPROM)186。有两片8位随机取数存贮器(RAM)电路188,一片8254计数器电路190,内部有三个计数器,每个计数器有一个输入门、输出腿以及时钟输入。当时钟为1.048赫时,产生频率为720赫的方波输出192,作为电动机的实时中断,以控制电动机控制器62的工作。方波输出192送到触发器192,相对每个上升沿产生一个Q输出,当它为低电位时向微处理机182产生中断。一旦微处理机182响应该中断后,在输出端口使信号Y反向,从而清除了中断INT5,解除了中断。此外,在电路196上还有三个中断清除信号A3、B3与C3,分别用于A、B、C各相。输出锁存电路198也接在地址、数据与控制器200上。合成操作中输出锁存路器198用作合成控制线的输出端口。合成控制器180包括:三个部件202、204、206,每个分别用于电动机的A、B、C相。电动机每相的控制部件202、204与206的工作情况都相同。用于A相的部件202内有两个定时器208与210。208与210中的每个定时器都是三个定时器电路中的一个,安排得这样:A相的定时器208、B相的有关定时器与C相的有关定时器均在一片电路上,定时器210的安排也相同。定时器208是A+定时器,它控制接通A+GTO的点火大脉冲的宽度,它可以是图2逆变器11中的上部GTO G1。定时器208有一个时钟输入、门输入与输出。当输出212变低时,A+GTO G1接通,如果输出212不是低电位,则A+GTO G1断开。定时器210控制A-GTO G2,当它的输出变低时,A-GTO G2接通,当输出214不是低电位时A-GTO G2断开。输出212与214不会同时变低,因此G1与G2不会同时接通。当A+定时器208的输出212变低时,只要保持这一低电位,定时器就一直计数,当输出212变高时,其中预定的数已计完。当输出212变高时起动A-定时器210,产生低电位输出214,直到A-定时器210中的数计完为止,接着,输出214变高,起动A+定时器208。这个操作象环形电路那样,定时器208与210相继轮流工作。A1与A2控制腿用来第一次起动定时器208与210的操作。当电动机控制器最初受电时A1与A2控制腿均为低电位。输出212与输出214均为高,它们受输出锁存电路198的控制,向“与”门218和220送入A1与A2信号。首次向控制器180加电时,A1与A2均为低。只要A1保持低电位,定时器208的门输入为低,不论输出214怎样。只要A2保持低电位,定时器210的门输入为低,不论输出212怎样。没有门输入,定时器208与210就不工作,输出212与214为高电位。起动命令通过地址、数据与控制线200,根据所需的有关时间周期,将程控定时器208与210初始化。如果需要先起动A-定时器210,象在PWM时所作的那样,将输出腿A2设置成高电位,输出腿A1保持低电位。输出A2的高电位使A-定时器210的门输入变高,使定时器210对已装入的预定时间周期开始计数,大约1微秒后,使输出214变低。将输出腿A2设置为高电位后,微处理机等待几微秒,以使信号214变低,然后向A1输出一个高电位。向A1送出高电位后,“与”门218由于A一定时器210的输出,其输出仍保持在低电位。一旦A1与A2均为高,电路开始工作,每次定时器208或210计数结束时向微处理机182产生一个中断,因此,当A-定时器210结束时,它的输出214变高。输出214还送到“与”门220的一个输入端,“与”门220的另一个输入端是A+定时器208的输出212。当输出214首先变高时,在输出212变低之前有大约1微秒的时延。这一时延使“与”门220的输出222在回到正常的低状态之前有1微秒左右的时间为高电位。当正定时器208计数结束产生脉冲使输出212从低变为高状态时,同样产生这样一个1微秒的高脉冲。这个1微秒控制信号222足使触发器224动作,使INT2输出226变低,而触发器224的INT2输出变低将向微处理机182产生中断信号,处理机向A3输入端送出一个低电位,使中断226将触发器224复位,A3是输出端口电路196的一个输出,所以它使中断复位。电动机A相的AV输出222送到制动器80,控制A相的制动。这个输出222是一个1微秒输出脉冲,每次一相中的GTO断开时均产生,因此它与A相跨接电压相对应。电动机各相相应的控制部件204与206也都有BV与CV输出,它们对应B相与C相的跨接电压控制B相与C相的制动操作。
在逆变器某相中A+GTO点火以后与A-GTO点火之前,A+GTO在A-GTO断开前必须断开30至35微秒。程序将定时器228中的数设置为30至35微秒左右。每次AV输出从低变高时,它使定时器228动作,使它输出一个低脉冲230,宽度约为30微秒,它是“与”门232的输入,当这个输出230为低时,将逆变器A相中的两个GTO断开。这样,每次当发生一个接通的GTO要断开、另一个GTO要接通的这种转接时,定时器228动作将A相中的两个GTO断开30至35微秒。这段30至35微秒把时间保证在另一个GTO接通之前要断开的GTO已完全断开,以防止逆变器11中的意外冲击。EN许可信号238同时送到B相与C相,它的动作是这样的:当信号238为“1”时,合成操作可将相内的GTO接通,如果信号238为“0”,所有相内的GTO都断开。电路228的低输出230也会引起A相的两个GTO同时断开。如果晶体管240与242的输入均为低电位,它们都截止,此时A相输出244与A负输出246均为高电位,使没有电流源入A相的两个GTO。门驱动电路用来将图2所示的A相GTO开关G1与开关G2点火,利用从A+244到A-246方向的驱动电源来将A+GTO开关G1点火,利用从A-246到A+244方向流动的驱动电流来将A-GTO开关G2点火。
众所周知,门驱动电路的目的是为了向GTO提供合适的电压。门驱动电路里装有光电隔离器,因此当电源向某一方向流动时,一个光电隔离器导通,当电流沿另一方向流动时另一个光电隔离器导通,以保证两块门驱动板永远不会同时导通,如果两个方向均无电流流过,则没有一个GTO接通,当许可信号238为低电位或者死时定时器的输出230为低电位时,就发生这种情况。当A+定时器208的输出212为低电位时,“与”门234的一个输入为低电位,此时“与”门234的输出为低电位,因为没有死时,晶体管240截止,与此同时,晶体管242导通,因为A-定时器210的输出214将为高电压。这样,当晶体管截止、晶体管242导通时电流沿A+244到A-246方向流动,将A+GTO G1点火。
图21示出了根据操作人员的起动请求起动PWM操作的流程图。在程序块300对门驱动电路进行校验,它有一个信号表的正常还是不正常。如果不正常,程序转入故障处理程序302。如果电路正常。在程序块将A+中断标誌、B+中断标誌与C+中断标誌复位,表示负定时器将产生第一次中断。在程序块306计算三个三角周期的PWM脉冲,并将它们放入排队器。在程序块306符号BSR是分支子程序的缩写,整个流程图都采用它。在程序块306中三次调用“Load Q PWM”(装入PWM排队器)子程序。在程序块308,将六个队排器中一个排队器的数送入有关的GTO定时器,将各个定时器装入第一个数。在程序块310,将合成方式置为PWM。在程序块312,关闭了定时器与实时时钟中断,在允许中断之前完成PWM的起动操作。在程序块314,使-GTO定时器能投入工作,因为如图9所示-GTO定时器首先起动。在程序块316设置一个表示逆变器正在工作的标誌,在程序块318,使+GTO定时器能投入工作,但在负脉冲结束之前它们不起动。在程序块320,GTO定时器中的数分别从A-、B-与C-排队器送到与其对应的定时器,因为这些定时器每次均有一个定时脉冲起动,另外一个时间数就可以装入缓冲器。同时,排队器与指示器中的数要相应地递减。在程序块322,将排队器需要数据”标誌复位,表示已不进行计算。然后返回。开始PWM合成。
因为电动机有A、B与C三相,所以有三个定时器中断处理程序,分别称为中断过程2、中断过程3与中断过程4。如果要电动机正转,采用如图9所示的相位关系。如果要电动机反转,则将B相与C相交换。在软件中,当需要正转时,将#1相装入A排队器,#2相装入B排队器,#3相装入C排队器;但对于反转操作,将#1相装入A,#2相装入C,以及将#3相装入B排队器。
在图22中,中断过程2从程序块330开始,关闭了定时器与实时时钟中断。程序块保留老方式状态,将方式状态设置为中断2状态以诊断故障。程序块334清除A相中断,清除硬件中的中断信号。程序块336校验中断A+标誌是否置位,这个标誌是由图31的PWM起始程序进行初始化的,因此第一个中断来自负定时器。第一次将由负定时器引起中断。如果这个标誌已置位,则表示中断是由正定时器引起的,则在程序块337调用图25的程序。如果标誌设有置位,则由负定时器引起中断,在程序块338读出A-定时器中的数。这个数应当已经计数到零,所以在程序块340校验计数器是否已减到零,将它计数到十六进制的FFFF,看读数是否是某个大于零的数,这是否是合理的中断。如果数没有计到零,则表示此中断是非法的,可能存在干扰问题,所以在程序块342将A-定时器故障次数加1,程序转到出口。如果程序块340的回答为是,则在程序块344将A+中断标誌置位,表明正定时器将引起下一个A相中断,因为正负两个定时器是交替工作的。在程序块346校验是否工作在六步方式,如果是,在程序块348转到图23中另一个称为A-六步过程的过程。如果不是处于六步方式,则在程序块350校验A+排队器是否为零,以确定是否有一数要输出。如果这个排队器为空,在程序块352转到图24的Q空A+程序。除了转入六步合成,这个排队器中应当有数。如果不是空,程序块354将A+排队器中的数减少一个,在程序块356将A+排队器中的数送到A+定时器,因为正定时器已开始对它最后获得的数进行计数,它已可以在它的缓冲器里接收另一个数以计算下一个时间。在程序块358,改变A+排队器的数据指示器,使它指向排队器中下一个定时器数,因为排队器是按照先进先出方式工作的。在程序块360校验是否在进行从准六步到六步的转变。如果是这样,则转向出口,如果不是,在程序块362校验是否还要计算其它的排队器数值,如果A+排队器已满,则转向出口。如果不是,在程序块364校验是否正在计算新值;如果是这样,则转向出口。如果不是,在程序块366将“排队器需要数据”标誌置位,表示正在进行计算。进行计算时由程序块368打开定时器中断,因为发生中断时定时器立即需要数据,所以对定时器中断的关闭时间不宜太长。在程序块370,调用图42的排队器数值计算程序,将算得的数值放入排队器。在程序块372校验是否排队器已被新数装满。如果不是,则回到程序块370继续计算排队器数值。如果是,则程序转入图28所示称为A计算出口的程序。
在图22中的程序块348,程序转入图23所示的A-六步过程。在程序块400有一个分支转到图45所示的六步计算子程序,计算60度的六步脉冲。在程序块402校验电动机转向是还是反向。如果是正向,在程序块404校验是否有计算好的2-GTO时间;如果没有,则发生了故障。正向运转时,2-定时器与B-定时器一样,所以在程序块406将2-GTO定时脉冲送入B一定时器。在程序块408校验制动GTO所开时间2是否为0;在制动时有两个时间很重要,一个是断开时间,另一个是位置时间。对于这些制动时间的详细讨论,可参阅上述供参考的专利申请,系列号为696,938,由H.Dadpey等人提出的“感应电动机再生制动控制装置与方法”。在程序块410,将制动GTO断开时间送到B相制动GTO断开定时器,在程序块412,将制动GTO位置时间2送到B相制动GTO位置定时器。在准六步与PWM方式中,制动GTO断开时间应等于0,因为对制动不感兴趣,但在六步中它可以为0或不为0。在制动时,为了电动机产生感应电压,制动电路的三个GTO中有一个断开,其断开的时间等于产生感应电压的时间,因此如果需要的电压越高,则这个断开时间越长,要的电压越低,这个断开时间越短。接着,程序继续执行程序块424,下面再作讨论。如果在程序块402电动机处于反转状态,则在程序块414校验是否已算得2-GTO时间。如果回答为否,则表示有故障;如果是,则在程序块416将2-GTO时间送到C-定时器,因为这样实际上使电动机倒相。在程序块418,校验制动断开时间2是否等于0,程序块420与422按同样方式将数装入C相制动定时器。在程序块424,校验程序是否处于从六步到准六步的转变之中。如果标誌置位,则需要从六步到准六步的转变。在程序块426,有一个分支转向图49所示的从六步到准六步的转变程序。在转变程序中,要计算两个60度区段,将算出的时间送入排队器,因为将要重新用到排队器。在程序块428,将六步到准六步的转变标誌复位,到准六步的转变到此结束。然后,程序转到图28所示中断过程2的出口。接着,程序就进入出口程序。
在图22的程序块352,有一分支转向图24所示的Q空A+程序。在程序块430校验操作是否处于从准六步到六步的转变。如果不是,应当有数值,也许由于噪音而没有数值,因此指示发生故障,停止合成。如果操作处于转变之中,在程序块432校验是否全部其它的排队器均为空。在此时,全部其它的排队器均应为空;如果不是,则指示故障。如果是,则转变结束,在程序434将合成方式置成六步,在程序块436,表示转变的标誌复位。在程序块438校验电动机控制器62是否处于控制状态。如果处于运转时的六步合成,则在程序块440将控制状态置成运转六步;如果处于制动六步合成则在程序块422将控制状态置成制动六步。在程序块444,转移到图23所示的A-六步过程。在程序块438,应当有可能使控制状态处于其它状态。
如果图22的程序块336有一个A+中断,则程序可能已跳到程序块337,转到一个如图25所示称为A+中断的程序,如图9、10或11所示,这一情况发生在A+定时器计数结束的时候。在程序块450,读出A+定时器中的数,然后在程序块452校验定时器的数是否已计数到零,看是否是合理中断。如果不是,在程序块454将A+定时器故障次数加1,然后转向出口,不响应这次中断。如果数值已计数到零,在程序块456将A+中断标誌复位,表示负定时器将引起下一个A相中断,这是因为各个中断来回交替作用的缘故。接着,在程序块458校验合成方式是否为六步。
如果是,在程序块460执行图26所示的A+六步过程。如果不是,则操作为准六步或脉宽调制,并在程序块462校验A-排队器是否为空。
如果是,则在程序块464跳到图27所示的Q空A-程序。如果不是,则在程序块466将A-排队器的数减1,表明排队器中少了一个数。在程序块468,将定时器数从A-排队器送到A-定时器。在程序块470,转变A-排队器数据指示器,使它指向排队器中下一个定时器数。在程序块472,校验是否在进行从准六步到六步的转变。如果是,程序转入图28的出口,因为如果正在进行转变,则不需要计算排队器时间。在程序块474,校验A-排队器是否已满。如果是,程序转入图28的出口。如果不是,在程序块476校验程序现在是否正在计算排队器时间值。如果是,程序跳到图28中中断过程2的出口。如果不是,在程序块478将排队器需要数据标誌置位,向其它的中断程序表明数据计算正在进行中。在程序块480将定时器中断打开,在程序块482转到图42所示的排队器数值计算子程序。在程序块484,校验各排队器是否为空。如果不是,程序继续在程序块482计算数值。如果是,程序转入图28所示的A计算出口程序。
如果操作是六步合成,则在图25的程序块458,程序跳到图26所示的A+六步子程序。在程序块490转到图45所示的六步计算子程序,计算60度内的时间。在程序块492对方向进行校验,看电动机是正转还是反转。如果在程序块492电动机为正转,则在程序块494校验2+GTO时间是否已计算。正转时的#2相将是B相。图25中的A+中断将是180°处A+脉冲的结尾处的A+中断,如图11所示。B相或#2相的+GTO时间脉冲,将是应当计算好的从240°到60°的脉冲,因为从0°到60°区段应已计算完。如果不是,必定有故障。如果是,在程序块496将这个2+GTO时间送入B+定时器。在程序块498,校验#2相的制动GTO断开时间是否为0。如果有已计算好的制动GTO断开时间脉冲,则在程序块500与程序块502将#2相的制动GTO断开时间与制动GTO位置时间送入与它们所对应的定时器。接着,程序继续转入以后即将介绍的程序块514。如果在程序块492电动机为反转,则在程序块504校验2+GTO时间是否已算出。如果没有,则有故障。如果已算出,则在程序块502将2+GTO时间送到C+定时器,因为在反转时#2相是C相。正转时的情况相仿,在程序块508校验#2相的制动GTO断开时间是否等于0,如果不是,则在程序块510与512将GTO断开与位置时间送入C相制动定时器。在程序块514,校验程序是否处于从六步到准六步的转变。如果标誌置位,则需要从六步转到准六步。在程序块516,转到图49所示的从六步到准六步的转变子程序。在转变程序时,计算两个60度区段,因为排队器现在又要用到,所以将这些时间送入排队器。接着,在程序块518将六步到准六步的转变标誌复位,到准六步的转变到此结束。然后,程序转入图28所示的中断过程2的出口。
如果在图25的程序块464程序转到Q空A-子程序,这表示准六步与六步之间的转变,如图27所示。在图16所示的合成中,进行用号码5标出的波形转变时,可能在A-排队器中没有数。在图27的程序块520校验这是否是准六步到六步的转变。如果不是,则有故障。如果是,则在程序块522校验A-排队器已经变空。如果它已经变空,则有故障。如果没有,则在程序块524将转变标誌置位,表示A-排队器已空,将程序转到图28所示的中断过程2的出口。
在图28所示的A计算出口程序中,在程序块380校验返回地址是否回到图29所示的中断过程3,它与中断优先权有关。如果在堆栈里有一个返回地址回到中断过程3,则程序382将它从堆栈除去。在程序块384校验堆栈里是否有返回中断4的地址,如果有,则程序块386将它从堆栈除去。设置程序块380、382、384与386的理由是防止中断程序执行两次,采用在图22的程序块386或图25的程序块480里计算合成定时间脉冲时重新打开中断的方法,有可能产生这种情况。在执行中断过程3或4时中断2可能已经发生,但是在这两个中断过程中关闭中断的第一条指令之前(见图29与36)。如果情况是这样,当在程序块368或程序块480打开中断时,处理机将响应正在等待的中断。由于处理机正在响应这个中断,因此不希望返回已中上的中断过程,从而将同一个中断处理两次。在程序块388,恢复老的方式状态,以便于调试,然后在程序块390,将中断许可状态恢复到在中断过程2接受中断之前它所处的状态。
B相中断程序是图29所示的中断过程3。图29所示关于B相的程序流程图,在功能与图22所示的A相程序流程图实质上是一样的。
图30示出了B-六步过程,此过程的第一部分与图23所示的A-六步过程相仿。在图30中,在程序块550采用图45的程序计算60度的六步脉冲。对于B相,负中断可能发生出图11中的240°标记处,此时应计算要送往C相的3-脉冲。如果程序块552中为正向,则在程序块554校验3-GTO时间是否算出。如果算出,则在程序块将这个3-GTO时送到C-3定时器。在程序块558校验制动GTO断开时间3是否等于0,这个制动GTO断开时间是在程序块550的六步计算程序中计算的。如果不是,则在程序块560与562将断开时间与位置时间送到C相制动定时器。程序继续转向下而即将说明的程序块574。当程序块552遇到反向时,对B相的操作比较复杂,因在反向运转时B相提供相当于图11中120°处VC的中断。要计算1-时间,因为这是中断后下一个完整脉冲。在程序块564,校验是否已算出1-GTO时间。如果是,在程序块566将1-GTO时间送到A-定时器,然后在程序块568校验制动GTO断开时间1是否为0。如果不是,在程序块570与572将#1相的断开时间与位置时间送入A相制动定时器。在程序块574校验程序是否处于从六步到准六步的转变。如果标誌已置位,则需要六步到准六步的转变。在程序块576,转到图49所示从六步到准六步的转变子程序。在转变程序中,将计算两个60度区段,并将时间送入排队器,因为排队器此时又要重新使用。接着,在程序块578将六步到准六步转变的标誌复位,到准六步的转变到此结束。接着,程序转到图35所示中断过程3的出口。
在图31所示的Q空B+程序中,在程序块590校验程序是否处于从准六步到六步的转变。如果是,则在程序块592校验B+排队器是否变空。如果不是,则有故障。如果还有,则有故障。如果没有,则在程序块592将转变标誌置位,表示B+排队器已变空。
图32所示关于B相的B+中断在操作上与图25所示关于A相的A+中断相仿。
图33所示关于B相的B+六步过程在操作上与图26所示关于A相的A+六步过程相仿。在程序块600,转入图45所示的六步计算子程序,计算60度内的六步脉冲。在程序块602,校验电动机的方向。如果它是正向,则对于B相在图11的60°处发生B+中断之后,应当计算VC波形从120°到300°的正脉冲。在程序块604校验3+GTO时是否已由程序块600中调用的子程序算出。如果还没有,则有故障,如果已算出,在程序块606将3+GTO时间送到C+定时器。接着在程序块608校验制动GTO断开时间3是否等于零,如果不是,则在程序块610与612将制动断开与位置时间送到C相制动定时器。程序继续转到以下即将说明的程序块624。如果是反方向,这表示VC对应于B相,正中断发生在300°处,因此应当已经将#1相从0°到180°的+脉冲时间计算好。在程序块614,校验1+GTO时间是否已经算出。如果没有。则有故障。如果已算出,则在程序块616将1+GTO时间送到A+定时器。在程序块618,校验制动GTO垄开时间1是否等于零。如果不是,则在程序块620与622将断开与位置时间送到A相定时器。在程序块624校验程序是否处于从六步到准六步的转变。如果标誌置位,则需要从六步到准六步的转变。在程序块626,转到图49所示的从六步到准六步的转变子程序。在转变子程序中,将计算两个60度区段,将时间放入排队器,因为排队器现在又要用到。接着,在程序块628将从六步到准六步转变的标誌复位,到准六步的转变到此结束。接着,程序进入图35所示中断过程3的出口。
图34所示的Q空B-程序在功能上与图27所示的Q空B+程序相仿。
图35中的B计算出口程序,用来校验发生中断3时在中断过程4的开始点关闭中断之前程序是否处于图36的中断过程4。如果是这样,需要将中断4的返回地址从堆栈除去。在程序块650,校验返回地址是否回到中断4程序。如果是,则在程序块将此返回地址从堆栈中除去。在程序块654,恢复老的方式状态,在程序块656,恢复中断许可状态,在执行中断过程3之前就是这个状态。图29、30、31、32、33与34的中断过程3出口转入图35中示于程序块654上面的B计算出口程序。
在图36中示出了中断过程4,它在功能上与图22的中断过程2、图29的中断过程3相似,但它涉及的是C相,而不是A相与B相。
图37示出了C-六步过程,其中第一部分对于C相的功能与图23对A相、图30对B相的功能相仿。在程序块670,用图45所示的程序完成60度的六步计算。在程序块672,校验电动机的转向。如图11所示,VC表示正向时的C相,VB表示反同时的C相。正向转动时,C+中断发生在120°标记处,此时应当已经完成从300°到360°的60度六步计算。并已完成从180°到360°的VA的1-时间。在程序块674,校验这个1-时间是否已经算出。如果没有,则发生了某种故障。如果已算出,则在程序676将该1-GTO时间送入A-定时器。在程序块678,校验制动GTO断开时间是否等于零。如果不是,在程序块680与682将制动GTO断开时间1与制动GTO位置时间1送到对应的A相制动定时器。接着,程序进入以下即将说明的程序块684。如果在程序块672方向是反转的,则如图11所示,引起反向C-中断的中断是在VB波形的240°处发生的。这次中断应当完成300°到120°的3-脉冲计算,因此在程序690校验这种计算是否已完成。如果完成,则在程序块692将计算好的3-GTO时送入3-定时器。在程序块694,如果制动GTO断开时间3不为零,则在程序块696与698将制动GTO断开时间3与制动GTO位置时间3送入对应的B相定时器。在程序块684,校验程序是否处于从六步到准六步的转变。如果标誌置位,则需要从六步到准六步的转变。在程序块686,转入图49所示的从六步到准六步的转变子程序。在这个转变程中,计算两个60度区段,将时间送入排队器,因为此时又要重新使用排队器。然后在程序块688将六步到准六步转变的标誌复位,到准六步的转变到此结束。接着,程序转入中断过程4的出口。
图38是C+排队器变空时使用的程序,它的功能与图31所示的Q空B-程序相仿。
图39是C+中断程序,它的功能与图25所示的A+中断相仿。
在图40的C+六步过程中,在程序块700程序转到图45所示的六步计算子程序。在程序702,对方向进行校验,如果是正向,则VC+中断发生在300°,如图11所示。响应此中断时,计算从0°到180°的#1相1+GTO时间。因此在程序块704校验1+GTO时间是否已经在程序块700内算出。如果没有,则有故障。如果已算好,在程序块706将此1+GTO时间送入A+定时器。在程序块708校验制动断开时间1是否等于零。如果不是,则在程序块710与712将制动GTO断开时间1与制动GTO位置时间1送入有关的A相GTO制动定时器。然后,程序进入以下即将说明的程序块724。如果在程序块702是反向,这表示中断发生在波形VB的60°处,它应当计算好图11中VC波形上120°到300°之间的3+GTO时间。在程序块714校验这个时间是已计算好,如果是,则向下转入716,将3+GTO时间送入B+定时器。在程序块718,校验制动GTO断开时间是否等于零。如果不是,在程序块720与722将制动GTO断开时间与制动GTO位置时间3送入B相有关的制动定时器。在程序块724,校验程序是否处于从六步到准六步的转变。如果标誌置位,则需要从六步到准六步的转变。在程序块726,转到图49所示从六步到准六步的转变程序。在转变程序中计算两个60度区段,将时间送入排队器,因为此时又要重新用到排队器。然后,在程序块728将六步到准六步的转变标誌复位,到准六步的转变到此结束。接着,程序转入中断过程4的出口。
图41所示的Q空C-程序,在功能上与图27所示的Q空A-程序相仿。
中断过程4以后就没有优先权更低的定时器中断,因此在这些过程中关闭中断之前不可能在其它任何一个中断过程中接到中断4,所以不必考虑堆栈。由于这个原因,在中断过程4的程序没有计算出口程序。然而,一小段中断过程4出口过程仍然是必要的,如图41所示,这段出口过程包括恢复老的方式状态,以及将中断许可状态恢复发生中断4之前的原来条件。
图42是Q数值计算程序。在程序块730,保存老的方式状态,并将方式状态置成计算状态,表示正在计算排队器时间。在程序块732,校验目前是什么合成方式。排队器数值只在PWM与准六步方式时计算。如果方式是PWM,则程序转到如图43所示在程序块734中称为装入PWM排队器(Load Q PWM)的子程序。如果是准六步方式,则在程序块736转入图44所示的装入准六步排队器程序。在程序块738恢复方式状态。
图43A、43B与43C示出了图42中在程序块734称为装入PWM排队器程序。在程序块750,校验电动机控制器62是否请求新的频率。如果是,则在程序块752利用图51所示的程序计算与新频率有关的各个变量。在程序块754校验是需要新电压。如果是,则用图50所示的程序计算与新电压有关的各个变量。
在程序757,校验逆变器频率是正还是负。因为对运输车辆这类负载,从山坡某一静止位置起动时,车辆最初可能向后滚动。在车辆向前开动时,电动机必须先反向运转随后转入正向运转。单单通过掉换电动机两相的方法来改变方向是不宜采用的,因为这样会引起电动机电压的瞬间相移,从而产生过流条件使逆变器停止工作。在脉宽调制方式下利用程序块757~761可获得平稳的电动机反向。如果电动机正在正转,则执行程序块759。在这里,θ1减去老的△θ形成新的θ1,其中θ1是与图12的三角波相应的#1相正弦波的角位移。在程序块761中,校验θ1是否小于0°。如果不是,则转到图43B中的“保持PWM”程序块。如果是,则执行程序块762。如果电动机正在以合适的方向运转,则执行程序块758。在这里,△θ1与老的θ1值相加形成新的θ1值。在程序块760中,校验θ1是否大于360°。如果不是,则转到“保持PWM”程序块。如果是,则转到程序块762。θ1减去△θ,其结果将获得使电动机反转的逆变器频率,θ1加上△θ也能获得同样结果。此外,从减△θ变到加△θ时将使转向改变,但不会产生可能使车辆前后摇晃或者甚至停车的瞬间相移或其它不良的暂态。获得的新θ1相当于图12中的θ1,而老θ1则相当于在最后一次PWM计算中得到的三角周期内的θ1。如图15所示,唯一允许从PWM转变到准六步的时间是A相的θ°处。当程序块760中θ1大于或等于360°或者在程序761中小于0°时,当A相经过0°这一点时,计算第一个三角周期。这表示操作是在A相0°处进行的,它还表示,如果条件满足,则转到准六步,这可以在这一点实现。在程序块762,对恢复状态进行校验。正常工作时,恢复状态设置成无状态。当逆变器由于异常条件而停止工作时,则恢复状态设置成其它状态,例如过流故障或过压故障、故障条件已消失,以及当电动机已经转动时需要重新起动逆变器。利用受电机控制器62控制的专用恢复过程,将逆变器输出电压恢复到它的正常工作电压。在这个专用恢复过程中,如图7所示,频率超过35左右时采用PWM,并只用所需的电压百分比决定是否需要转变到准六步。在正常工作时,程序将回到程序块764。在程序块764,校验频率是否高于35赫;如果频率高于35赫,则转入准六步,因为频率高于35赫,不需要保持在PWM。如果频率不高于35赫,则在程序766校验电压百分比是否大于65%。如果不是,则在程序块767不必改变合成方式,操作将停在PWM方式。如果电压百分比大于65%,则在程序块768校验频率是否高于15赫,因为需要转变到准六步;但如果由于某些原因,频率不高于15赫时,则不能转入准六步,因为频率太低。如果不是,则存在故障。实际上图7和8是各种合成方式之间实际转变点的简化情况,在这些图中所示的转变点仅在直流电压约为600伏或更高时才有效。合成方式间的转变也受逆变器全电压的百分比的影响。如果直流电压低于600伏,则PWM到准六步的转变点将按比例发生在较低频率。但这一较低的频率限定在不低于15赫。如果程序块764或程序块768决定转向准六步,则跳到“P到Qb”程序块769。程序块770要求变为准六步合成,所以合成方式被置为准六步,于是在程序块772调用子程序,从PWM转到准六步的转变程序,该程序示于图46。这个PWM到准六步的转变程序将图15所示,计算0°到60°之间的时间脉冲,这些脉冲称为PWM到准六步的转变时间脉冲,如VA,VB和VC波形所示。如果在程序块762上,恢复处于负状态,则在程序块1602块进行较验,看一看恢复百分比是否大于或等于100%,如果不是,则在程序块767保持PWM操作。如果程序块1602中校验为是,那么恢复状态被置为零,转移到程序块767,保持为PWM。如果复原状态等于“低”,则意味着频率在0~70赫兹之间,于是在程序块1600进行校验,看一看电压百分比是否大于45%。如果是,通过到程序块769的分支将操作将变为准六步。如果不是,则转移到程序块1602,以校验恢复百分比是否大于或等于100%,如果是,则恢复状态被置为零。如果在程序块762上的恢复状态为中等于“中”,则意味着频率为70-100赫兹,在程序块1606进行校验,看一看电压百分比是否大于50%,如果是,那未转移到程序769,以改变为准六步,如果不是,则在程序块1608进行校验,看一看恢复百分比是否大于或等于100%。如果是,在程序块1610将恢复状态置为“无”。如果不是,则转移到程序块767,保持在PWM状态。如果恢复状态在程序块762上等于“高”,这是一种错误情况,因为在100赫以上操作不可能处于PWM状态。如果在程序块760或761中的θ1判式导致“是”的回答并且在以后几次校验中决定要保持在PWM状态则应转移到程序块767中的不变子程序。在程序块774,θ1置为1/2新的Δθ。由于计算的舍入误差,θ1必须在每360°周期的开始时重新初始化,以保证舍入误差不会累积。图12所示的波形表明,新的Δθ为三角波的周期,而θ1等于新的Δθ除以2。在程序块760或761中,如果θ1不满足角度要求,在程序块761决定转移,保持在PWM这正是现在所处的操作状态。在图12中Δθ等于新的Δθ,所以在程序块776中将老的Δθ置为新的Δθ。在程序块778中,将θ2置为θ1+120°,将θ3置为等于θ1+240°,以建立另外两相的θ。程序块780,查看以03为自变量的查询表得到sin03,查对以02为自变量的查询表可得到sin02,查对以01为自变量的查询表可得到sin01。
在程序块802中将#1相PWM的正弦电压置为等于近似正弦幅度乘以sin01。新的时间1是三角波周期的起点到近似正弦波形交点之间的时间,被置为等于三角波电压减去脉宽调制正弦电压1乘以三角波的斜率,这里三角波电压等于600伏。这在图12中被示作周期B。
在实际逆变器中,当一相中一个GTO断开,同一相内另一个GTO导通过程中,终会发生两个GTO均为断开的死时,这些死时持续30-35微秒,影响逆变器的输出电压,其影响程度取决于电动机电流滞后电动机电压的角度。如果滞后小于90°并且电动机处于运转状态,逆变器输出电压将会降低。如果滞后大于90°并且电动机处于制动状态,逆变器输出电压将增大。在低输出电压百分比时,这些死时应该加以补偿,以保证合适的电动机运转。如果由逆变器到电动机某一相的电流方向在GTO转换时为正,则提前从-GTO到+GTO的转变可有效地补偿这些死时。如果GTO转换时电动机电流为负,提前从+GTO到-GTO的转变。改变这种转变点能抑制GTO死时效应。在逆变器中的其它损耗也会导致类似的死时电压效应。这些其它损耗可通过采用大于30-50微秒的调整来加以补偿。由实验方法得知,约65微秒的转换调整值实际上可以消除全部死时和逆变器损耗。程序块782中的缺席值就等于这个65微秒。在程序块782中GTO死时被置为等于此缺席值表示GTO转移要调整的时间。然而在准六步或六步中,调整GTO转移是费时而不必要的,所以在脉宽调制合成中转移调整是逐步减少的。一旦所需的电压百分比达到40%,则通过减少补偿时间开始逐步减少调整,使得电压百分比等于45%时,这个称为GTO死时补偿时间变量等于零。补偿时间必须逐渐减少,因为急剧的变化会导致不想要的电动机的瞬变过程。程序块786测试所需的电压百分比,看一看它是否小于或等于40%。如果是,则使用等于缺席值的GTO死时。如果不是,则在程序块788中对45%进行电压校验。如果大于45%,程序块790将GTO死时置为0,从而消除转移校正。如果电压百分比在40%-45%之间,则执行程序块792,并计算量值为零到缺席值之间的GTO死时。在程序块796中,将-/+电流角(电流落后于电压的角)置为计算所得的落后角,这个计算的落后角由电动机控制器62计算而得。如果必要,这个角也可用外部硬件测量。在程序块800中,将+/-电流角置为-/+电流角+180°。电动机#1相的电流在0°和-/+电流角之间为负,在-/+电流角和+/-电流角之间为正,在+/-电流角和相对于图9所示的电压角的360°之间为负。
在程序804中,将角度偏移1置为Δθ减去D角D时间乘以新时间1。D角D时间表示由每一单位时间表示的每单位角的偏移。角偏移1代表图12中时间C所表示的角周期。
程序块806把负时间(图12中示作为A±B),确定为等于新时间1加上老时间1,这里老时间是由最后一个计算周期剩下的时间A。在程序块808中,将MP角置为θ1减去角偏移1。MP角表示程序块806中负时间计算结束时的角。也就是说,MP是将要发生从-GTO到+GTO转变的角度。在程序块810中,这个MP角与-/+电流角作比较,看一看电动机电流在发生-GTO+GTO转变时是否为负值。如果MP角小于-/+电流角,那未电动机电流为负,对从-GTO到GTO的转变不需调整,在程序块814中,将调整量置为零。如果MP角不小于-/+电流角,则在从GTO到+GTO的转变点电流有可能是正值。在程序块812中,如果MP角大于+/-电流角,则电流为负,程序块814将置调整值等于零。但当MP角不于或等于+/-电流角,则在从-GTO到+GTO的转变点电流为正,将调整值置为程序块816中的GTO死时。在程序块818中,由程序块806计算所得到的负时间,要从中减去调整值,以进行调整。这一相减实际上-GTO到+GTO的转变点,以补偿死时。在程序块820中,将负时间1送#1相的负排队器。
在程序块822计算时间1,它等于Δt(这是图12所示的半个周期)减去新时间1(由B来确定),即时间C;在822中C时间乘以2与调整值相加。由于C=D,于是两个C时间给出了正时间。加上调整时间后,完成从-GTO转变到+GTO时对死时的补偿。
在程序块824,将PM角置为θ1加上角偏移1。PM角表示程序块820中正时间计算结束时的角度。换句话说,PM角是将要发生从GTO到-GTO转变时的角度。在程序826中,这个PM角与-/+电流角进行比较,看一看从-GTO到+GTO转变时电动机的电流是否是负值。如果PM角小于-/+电流角,那未电动机电流为负,则起动程序块830,对+GTO到-GTO的转变进行调整。如果PM角不少于-/+电流角,那么在+GTO到-GTO的转变点电流有可能是正值。在程序块828中,如果PM角大于+/-电流角,则电流为负,将执行程序块830。如果PM角不大于+/-电流角,则在+GTO到-GTO转变时电流为正,无需对死时作调整。所以,程序转移到程序块834。在程序块830和832中。+GTO到-GTO的转变点被提前以,补偿死时效应。在程序块830中,通过减去GTO死时对1+时间的进行调整;在程序块832中,通过加上GTO死时对新时间1进行调整。程序块830和832中的计算结果提前了+GTO到-GTO的转变点。
在程序块834中,老时间1(图12中的时间E,被置为等于新时间1(它是时间B)。在程序块836中,1+时间被置于1+排队器。所以在那里现在负时间和正时间都已被计算。在程序块838,对#2相和#3相,进行类似对#1相所进行的计算,求得正时间和负时间。在程序块840进行校验,看一看排队器是否全被填满。
如果操作处于准六步状态,则要调用示于图44A、44B、44C、和44D的装入准六步排队器。在程序块900进行校验,看一看是否存在新的电压请求。如果存在新的电压请求,那么在程序块902,利用示于图54的准六步方式电压计算程序,就可计算出与新电压有关的变量。在程序块904,利用示于图55的W时间计算W程序算出新的W时间,因为如果与电压有关的变量改变时就需要新的W时间。在程序块906中,如果没有新电压请求,则要进行校验,看一看是否请求新的频率。如果是,则程序块904中有示于图13的新W时间。
在程序块910中进行校验,看一看频率是否大于或等于15赫。如果不是,则有故障。如果频率大于15赫,则在程序块912中进行校验,看一看O1是否等于300°。在图16中,如果θ1等于300°,则有可能在程序块913中作六步的转变。如果θ1不等于300°那么在程序块914中进行校验,看一看是否操作处于复原状态。假设不是,那未在程序块916中进行校验看一看θ1是否等于0°。这一校验将决定操作是否可进入脉宽调制。如图18所示,在0°时将进行脉宽调制的转换。如果θ不是0°,则程序转到程序块915进行装入,进行正常的准六步计算。如果θ=0°,则进行校验,看一看是否有转换为脉宽调制的要求。在程序块918中进行校验,看一看频率是否大于或等于30赫。如果大于或等于30赫,则不存在转变为脉宽调制的要求;但是如果在程序块918中频率不大于或等于30赫,则要进行校验,看一看是否存在转变为脉宽调制的请求。在程序块920中进行校验,看一看电压百分比是否大于59%,如果是,那么操作将保持在准六步。如果小于59%,那么在程序块922中,合成方式被置为脉宽调制,并在程序块924中程序转到如图47所示的准六步到脉宽调制的转换程序,它将如图18所示在0°处将逐步转入脉宽调制合成。
在图44的程序块912中,如果O1等于300°,那未程序转到程序块913中准六步变到六步可能的程序。
在程序块926中校验控制状态,如果在程序块928中控制状态是六步下制动,则进行校验,看一看准六步定时器是否暂停。这是一个0.2秒定时器,用来防止控制状态在准六步和六步之间来回往返过多的转变,因为不论何时从准六步到六步的来回改变都可能产生会引起问题的短暂过程。当进行从六步到准六步的改变时,正返回到六步前的0.2秒内,操作将保持为准六步状态。如果准六步定时器不暂停工作,操作将只保持在准六步状态,并转移到程序块915中装入程序是。如果定时器被暂停工作,那未在程序块930中进行校验,看一看电压百分比是否大于或等于100%,如果不是,那未操作将在程序块915中保持准六步状态。如果是,则在程序块932中进行校验,看一看频率是否大于67赫。如果大于67赫,那未程序将进入准六步转变正常程序块946,它将完成到六步的转变。如果在程序块932中回答是否定的,那未在程序块934中作出校验,看一看转差率是否小于-0.8赫,它是一个比-0.8赫更小的值。如果不比0.8赫小,那未在程序块915中,操作将保持准六步状态。如果它是,那未在程序块946中转移到六步。如果这是在制动状态并且转差率小于-0.8赫,那未将不希望保持在准六步状态,因为这意味着可能需要变压器,为了使用变压器,操作就必须处在六步状态。如果这是在运转状态,准六步最高可用到67赫。在程序块926中,如果操作是在制动TX状态,则转到程序936,进行制动控制状态的校验。如果制动控制状态是六步下TX或在六步转变下的TX,则转移到程序块938。如果不是,则在软件中存在一些问题,则转移到程序937中故障处理,以便关机。在程序块938中进行准六步定时器的校验,看一看是否被暂停工作。如果没有暂停,操作将保持在程序块915的准六步状态。如果此定时器暂停,在进行六步转变之前,在程序块940中进行校验,看一看电压百分比是否大于或等于100%,如果不是,那未操作将在程序915保持在准六步状态。
在程序块926中,如果控制状态是在六步下转运状态,则转移到程序块942,校验准六步定时器是否暂停。如果没有,操作保持在程序块915的准六步状态。如果在程序块942中回答为是,那未在程序块944进行电压百分比的校验,看一看它是否大于或等于100%。如果不是,则操作将保持在准六步状态。如果是,则在程序块945中进行校验,频率是否大于67赫,如果不是,则操作将保持在准六步状态并转移到程序块915。如果在程序块915中频率高于67赫,那未可进行到六步的转变,并转移到程序块946,它是准六步转变正常程序,然后在程序块947转移到准六步到六步的转换子程序,它将完成转变计算。
在程序块926中,如果控制状态是复原状态,则在程序块927中进行校验,看是哪一种复原状态。当电动机仍在旋转时,逆变器暂停不工作后需要重新使逆变器工作,此时进入恢复状态。这利用一种特殊的过程用来慢慢地恢复电动机两端的电压,因为不能把全电压加在电动机上,因为没有足够的电动机反电动势来抵消电压,这样可能会引起过流冲击,使电动机电流大增。恢复过程的状态有“无”、“低”、“中”、“高”和“负”这些状态是以恢复过程开始时逆变器的频率为依据的。“无”表示操作不是处在恢复状态,而是正常工作状态。“低”是低于70赫的频率,“中”是70~100赫之间的频率,“高”是100赫以上。“负”是负值的频率,由于电动机反转,所以事实上存在负频率。由于存在这些不同的复原状态,所以需要使用不同类型的合成,以便提升电压,例如,在100赫以上不用脉宽调制,可以在100赫以上采用角准六步。对于70~100赫的频率,则采用脉宽调制和准六步。如果恢复状态是“无”,则操作与控制状态为六步下运转时一样,因为操作处在恢复状态并且现在已经结束,现在已可以转到正常的控制状态,所以它的工作与六步下运转状态一样。如果在程序块927中,恢复状态是“低”,那未在程序块929中进行校验,看一看百分比是否大于或等于100%。电动机的运转要求电动机上有一定的电压百分比,以持每赫兹有所需的恒定电压,在恢复状态过程中,运转在电压的低百分比时开始,然后上升到该电压的100%,以保证平滑上升从而减少电动机内瞬变过程。一旦电压达到100%,这意味着已达到恢复状态。在70赫以下的低恢复状态,如果恢复百分比大于或等于100%,则恢复状态被实现,在程序块931中,恢复状态被置为“无”以便把恢复已实现告知主控迴路,此时转变到除复原状态之外的另一个主要的控制状态,并装入程序块915。如果在程序块933中恢复原状态是“中”或“高”这意味着频率高于70赫,那未在程序块933校验,恢复原百分比是否大于或等于100%,如果是,则在程序块935,复原状态被置为“无”,并转移到准六步转变正常程序块946,这意味着操作可进入六步。
如果恢复状态有负频率,恢复原状态等于“负”。为避免电动机过快失控。如果电动机在反向运转时合成将保持在脉宽调制状态。等于“负”的复原状态表示逆变器频率为负,恢复将使用脉宽调制。当恢复状态等于“低”时,这意味着电动机上逆变器的频率在0~70赫之间,开始的合成方式为脉冲调制,并且合成可转变到准六步,但不会转变到六步。根据准六步到六步的转变准则,在恢复状态的终点时操作仍将处在准六步状态,此后,如果控制需要,它也可转变到六步状态。在“中”恢复状态70-100赫的范围内开始的合成方式为脉宽调制,并转变为准六步,当复原结束时可改变为六步。在100赫以上的“高”恢复状态,不使用脉宽调制,因为转换频率可能过高,而采用单角准六步,以便降低转换频率,在恢复结束时改变为六步。
在程序块926中,如果操作处在其它任何控制状态,则软件有问题,转移到图57中所示的故障处理程序或关机程序,以便使逆变器关断。
电动机控制器(图4中的程序块62)是用来确定恢复原状态的,并且控制恢复原百分比从最小值上升到100%。如果程序保持在准六步状态,则转移到称之为装入程序的程序块915,在程序块948进行校验,看一看θ1是何值。θ1可能是0°或60°、120°、180°、240°、300°,这关系到所要计算的GTO点火时间的各60°区段的起点。在图10中,对于准六步的三个相位而言,0°将在该图的左端,即0-60°区段。当θ=0时,程序进入零程序块950。对于图13所示的#1相位波形而言,在程序块952中,W1是时间1,送到1-排队器。在程序块954校验W2和W3是否等于零,如果一个为零另一个也将为零因为有时想要消除这些脉冲,例如,对于高百分比电压而言,需要降低到三个角度。如果W2和W3是零,在程序块956中,将W2送到#1相的正排队器,W3被送到负排队器。在程序块958中,校验W4和W5是否是零,如果不是,那未在程序块960中将W4脉冲送到#1的正排队器,W5脉冲送到负排队器。在程序块962中,老时间1置为W6,由于它完成60度的最后一个W6没有形成一个完整的脉冲,所以它被称为老时间1。对于在程序块964中的#2相,W6时间是第一个出现的脉冲,所以W6与老时间2相加,这可能给出一个正脉冲,被送到正排队器。在程序块966中,进行W4和W5的校验,看一看它们是否是零,如果不是,则在程序块968中,将W5送到2-排队器,W4送到2+排队器。在程序块970中校验,W2和W3是否等于零。如果不是,在程序块972中,将W3送到2-排队器。W2送到2+排队器。在程序块974中将W1送到2-排队器。在程序块976中,看一下#3相的Vc,这一相将不导致任何要在此时进行计算的脉冲,所以取时间60,并把它与老时间3相加,这就是最后一个60度计算的W6剩余时间。然后作转移到CONT程序块978。在程序块980中,60°与θ1相加,在程序块982中校验,θ1是否小于或等于300°,如果它不小于或等于300°,那就意味着它是360°,在程序块984中O1被重新置为0°,在程序块986中进行排队数的校验,看一看任何一个排队器是否还需要计算另一个60°度所必需的时间。然后程序在返回程序块结束。
在图44中对60°、120°、180°、240°、和所示的其它情况,在功能上与上述的0°情况相同。例如,60°的情况示于图44D。
在图45A和45B中给出了六步定时器周期计算程序,在程序块1000中进行校验,看一看是否要求新的电压百分比。如果是,则在程序块1002中,将电压百分比置为所要求的电压百分比,新电压标志复位,表示新电压百分比的请求已作处理。在程序块1004中,校验是否已产生新频率。如果没有,则转移到程序块1012,如果是,则在程序块1006把逆变器频率置为所要求的逆变器频率,在程序块1008中,新频率标志复位表示新频率已处理。在程序块1010中,计算的时间60等于1被6除再乘以逆变器频率,从而实际上给出了一个相当于60度段的时间。然后进入程序块1012,作控制状态的校验。如果控制状态等于恢复,这意味着操作处在恢复过程。在程序块1013,如果电压百分比小于100%,则转移到变为准六步程序块1062。如果电压百分比不是小于100%,那么在程序块1015校验频率是否大于64赫。如果不大于64赫,那么在程序块1062中返为准六步。如果是,则在转移到计算程序块1018,进行六步计算。
如果在程序块1012中控制状态不等于制动六步,则在程序块1014进行电压百分比的校验,看一看是否小于100%。如果它小于100%,则转移到程序块1024,改变为准六步。如果在程序块1014中的电压百分比不小于100%,这将意味着它可能等于100%,在程序块1016进行校验,看一看频率是否大于64赫。如果它大于64赫,则操作将保持在六步状态,并转移到程序块1018。如果不是,那未在程序块1020校验,转差频率是否大于0赫,如果大于0赫,这意味着操作处在运转状态,当小于64赫时操作应该返转为准六步状态。如果在程序1020中操作处在制动状态,则转移到程序块1022,它是可能保持六步的程序块,校验操作是否确实能够保持在六步。在程序块1024中,当改变为准六步的决定已作出时,将控制状态置为六步下制动状态,因为在此以前操作已处在制动六步状态,而现在是想要作出改变为六步下制状态的转变。程序块1062是变为准六步的程序块。在程序块1064中合成方式被置为准六步。程序块1066将准六步定时器初始化为0.2秒,这是防止在准六步和六步之间多次来回转移的定时器,在程序块1068中设置六步到准六步能转变标志。然后,在转移到计算程序块1018,六步到准六步的转换标志将告知最初调用的中断程序一旦把六步脉冲送到合成定时器,就可进行准六步的转变。
在程序块1012中,如果控制状态是制动TX,它表示制动电路80与变压器一起在使用。在程序块1017校验制动控制处态,看它处于什么样的变压器制动状态。如果它处于在TX六步转变状态,则在程序块1032进行电压百分比的校验,看一看它是否大于或等于100%。如果不是则要求作准六步的改变,这将要求在程序块1034中把制动控制状态置为六步转变下TX。然后转移到程序块1062,以便改变为准六步。如果制动控制状态等于TX六步,那末在程序块1036进行电压百分比的校验,看一看它是否大于或等于100%,如果是,则到可能保持六步的程序块1022。如果不是,则需要改变为准六步,这将要求在程序块1038中把制动控制状态置为六步TX,并转移到变为准六步的程序块1062。如果在程序块1017中,制动控制状态等于TX角控制或TX高转差控制,那么就需要保持在六步状态,转移到可能保持六步的程序块1022,因为在变压器正被调制之时不需进入准六步状态。如果制动状态是其它的任一状态,则出现了一些问题,所以转移到图57所示的故障处理程序,将逆变器关掉。在可能保持程序块1022,在程序块1023中进行校验,看一看频率是否小于30赫。当频率小于30赫时,对六步此频率过低,所以作出转移到故障处理程序,并关机作为应时的保护措施。如果不是,那末转移到计算程序块1018进行六步计算。为了在程序块1018进行六步计算,而在程序块1040进行θ1的校验。θ1可能是0°或60°、120°、180°、240°、300°,程序转移到六个程序中的一个。如果对于图11中所示的六步波形O1位于0°标记处,那么对于A相(即由VA表示的#1相),在程序块1042中老时间1被置为时间60。对于#2相(在图11中是VB),0-60°将形成#2相整脉冲的保留部分,在程序块1044中六步2+时间被置为老时间2(不论在0°前剩下什么老时间)+时间60-1,因为硬件计数器多接收一个额外时钟周期脉冲。对于#3相而言,在程序块1046中老时间3被置为老时间3+时间60,因为这恰好是在点火时间脉冲的中部。在进行制动计算时,有一个称之时间90的值。在程序块1048中#2相的时间90被置为六步2+时间脉冲(这是刚算出的脉冲)除以2。在程序块1050中制动角时间2被置为所需制动角乘以六步2+时间,然再除以180°。在程序块1052中制动GTO位置时间2被置为时间902减去制动角时间2除以2,在程序块1054中制动GTO断开时间2被置为制动角时间2。在程序块1056中,60°与θ1相加,这样下一次就可计算下一个60度周期。在程序块1058检验θ1是否大于300°。如果是,则在程序块1060中将θ1复原为零,因为它显然是360°,程序进入返回。
在图46中,示出脉宽度调制到准六步的转变程序,正如在图15中所示,用转变程序可以计算在0°和60°之间的GTO时间,在程序块1080中,为计算与电压有关的各个变量,转移到图54所示的准六步方式,电压计算程序。在图1082中,为计算W时间,转移到图55所示的W时间计算子程序。对于#1,在程序块1084中,将老时间1加W1送到1-排队器,在程序块1086要作出校验,以判断W2和W3是否均为零。如果他们均不为零,则在程序块1090中,将W2送到1+排队器,将W3送到1-排队器。在程序块1092中,要作出检验,判断W4和W5是否均等于零,如果均不为零,那么在程序块1094,将W4送到1+排队器W5送到1-排队器。在程序块1096,将老时间1置为W6,对于#2相,在程序块1098中,由于准六步脉冲需要向正方向转变,将老时间2送到2-排队器,W6送到2+排队器。在程序块1100,作出检验,判断W4和W5是否均为零。如果均不为零,在程序块1102中,将W5移到2-排队器,W4送到2+排队器。在程序块1104中,作出检验,判断W2和W3是否均为零。如果均不为零,在程序块1106中,将W3送到2-排队器,将W2送到2+排队器。在程序块1108中,将W1送到2-排队器。对于#3相,在程序块1110,将老的时间3置为老时间3加上时间60。在程序块1112上,将θ1置为60°,在程序块1114上,进行排队器数校验,判断各排队器是否还要更多的时间。
图47中所示的准六步到脉冲宽度调制方式的转换程序与图18所示的波形有关。程序块1120将脉冲宽度调制载波此置为零,将θ1置为零,将新的Δθ也置为零。在程序块1122中,设置新频率标志,同时设置新电压标志,由于下一次将要求有脉冲宽度调制值,而且将要根据这些标志对它们进行计算,在程序块1124中,老时间1被置为等于零,因为不存在由最后完成的准六步计算所剩下的老时间。在程序块1126中,将老时间2送到2+排队器行列。在程序块1128,老时间2被置为零,在程序块1130中,校验排队器数,判断排队器中是否有某一个需要更多的时间。
准六步到六步的转变程序示于图48A和48B中,与其有关的波形示于图16。在程序块1140中,准六步到六步转换的状态标志被置为转变开始时的状态,这样一来,中断程序就可知道操作正处于这一转变之中。当从准六步转变到六步合成时,就有必要倒空这些排队器。利用这一状态标志来监视转变过程。因为#1相位正常都在高脉冲时终止,同时要求在低脉冲时在0°处终止,故应更改在VA相中所示出的脉冲W2+脉冲W1。在程序块1142中,作出检验,判断W2是否等于零。如果W2不等于零,那么在程序块1144中,W2′被置为W2+W1,W4′被置为W4,W6′被置为W6。如果W2等于零,那么在程序块1146上作出检验,判断W4是否等于零。如果W4等于零,在程序块1148中,W6′被置为W6加W1,W2′被置为W2,W4′被置为W4。如果不等于零,在程序块1150中W4′被置为W4+W1,W2′被置为W2,W6′被置为W6。在程序块1152上,W6′根据上面所出现的情况可以是W6,也可以是W6+W1,将W6′加到从准六步剩余下来的老时间1上,并送到1-排队器。在程序块1154上,作出检验,判断W4和W5是否等于零。如果他们均不等于零,将则W5送到1+排队器,W4′送到1-排队器。在程序块1158中,作出检验,判断W2′和W3是否等于零。如果它们均不等于零,在程序块1160中,将W3送到1+排队器,W2′送到1-排队器。在程序块1162中,(自然留有180度要计算,将3乘时间60。(它和该脉冲相等)送到1+排队器。对于#2相在程序块1164中将老时间2加2乘时间60送到2+排队器。在程序块1166内,老时间2被置为2乘以最后一次120°计算的时间60。然后在程序块1168上,开始进行#3相的计算,并将W1送到3+排队器。在程序块1170内,进行检验,判断W2和W3是否为零。如果不为零,则在程序块1172内,将W2送3-排队器,W3送到3+排队器。在程序块1174内进行检验,判判W4和W5是否等于零。在程序块1176上,如果它们均不为零,将W4送到3-排队器,W5送到3+排队器。在程序块1178上,将W6加上2乘时间60送到3-排队器,然后在程序块1180内,考虑到计算中的最后一个60度,将老时间3置为时间60,然后再进行转变计算。在程序块1182上,θ1被置为180°,因为这一计算已高达180°。在程序块1184上,由于程序不再计算其它任何量,故排队器需要数据标志复位。
六步到准六步的转变示于图49A和49B,它们和图17所示的波形有关。这个程序建立了排队器,并把新的计数送入定时器,因为要利用定时器内的缓冲器和排队器来启动准六步操作。在六步的任何一个60°中断点上,可能发生从六步变化到准六步的判定。图17示出在120°中断时的情况,在此情况下,要计算出300°到0°的六步周期,并决定转入准六步合成,计算300°到0°的最后一个六步脉冲,并设置标志,表示要求转变,而在此过程之后,完成六步到准六步转变的部份的计算,而它包括如图17所示的0°到120°的这段,在程序块1200中,清除全部定时器排队器。在程序块1202中,转移到图55所示的W时间计算程序。在程序块1201,检验θ1的数值,θ1表示准六步开始时刻的角度。对于图17所示的情况,θ1是0°。根据在程序块1201内的θ1是哪个值,来执行六个转变程序中的某个程序。如果存在图17所示的情况,则将执行程序块1203的路径。这条路径是下述示范流程图中的一条。在程序块1204,#1相的W1送到1+排队器,由于W1通常可能是一个低脉冲,而要求都是以高脉冲启动,所以W1被人为地移动1+排队器,将W1送到1-排队器,以实现即将开始的转变。在程序块1026中,将老时间1置为2乘时间60,再减2乘W1,它即为120度的剩余部分。这是因为考虑到#1相。对于#2相,在程序块1208上,将老时间2+W6送到2+排队器。在程序块1210上,作出检验,判断W4和W5是否为零,如果它们均不为零,在程序块1212上,将W5送到2-排队器,而W4送到2+排队器。在目前情况下,它们均等于零。在程序块1214中,要作出检验,判断W2和W3是否为零,如果不为零,在程序块1216上,将W3送到2-排队器,W2送到2+排队器。在程序块1218上,将W1送到2-排队器,由于操作目前正处在第二个60度区段内,故将W1也送到2+排队器。在程序块1220上,作出检验,判断W2和W3是否均为零。如果它们均不为零,在程序块1222上,将W2送到2-排队器上,W3送到2+排队器。在程序块1224上,作出检验,判断W4和W5是否等于零。如果不等于零,在程序块1226上,将W4送到2-排队器,W5送到2+排队器。在程序块1228上,将老时间2置为W6。这样就完成了对第二相的计算,到此为止剩下的只有第三相。在程序块1230上,老时间3(即为从六步计算后的剩余部分)加到时间60和W6上,然后送到3-排队器,在程序块1232上,作出检验,以判断W4和W5是否为零,如果均不为零,则在程序块1234上,将W5送入3+排队器,W4则送入3-排队器。在程序块1236之内,作出检验,判断W2和W3是否等于零。如果均不为零,在程序块1238上,将W3送到3+排队器,W2送到3-排队器。在程序块1240上,W1送到3+排队器。这样就完成了六步到准六步转变的计算。在程序块1242上。将A+、B+、B-、C-和C-排队器的计数分别送到A+、B+、B-、C+和C-定时器。在0°转变时,可能算出图17所示VA中#1相的负脉冲,并以将它放在1-定时器,这是缓冲器内已存有计数的唯一步时器。其他所有定时器都没有任何等待要送入计数,所以就必须给其他五个定时器缓冲器送入计数。这可在程序块1242内完成。在程序块1244上,将θ1置为120°因为这是计算结束的地方。然后在程序块1246内,排队器需要数据标志被复位,表明这些排队器已具有足够的供转变用的计数,然后返回。在程序块1201,有一个不为0°的O1,可采用另外五条路径中的一条,每一条路径均可能完成类似的计算,然后转移到六步到准六口出程序块1245。
在图50中,示出了脉冲宽度调制电压计算程序,该程序在图43所示的装入脉冲宽度调制排队器程序块756中曾被调用过。在程序块850内,将电压百分比置为所需的电压百分比。由图4所示电动机控制器62发出的所需电压百分比74被逆变器与制动合成器所接收。该值可代表电动机控制器62正在寻求的多大可达到的逆变器输出电压。在程序块852上,脉冲宽度调制正弦电压(图12中所示的正弦波90的峰值),被置为所需的电压百分比乘以被78.5%相除的三角电压值,此处的三角电压值等于600伏。在程序块854内,要作出检验,判断脉冲宽度调制正弦电压是否大于550伏。如果大于550伏,就表示正弦波和三角电压彼此互相接近,这就将产生很窄的GTO点火脉冲,所以不应让它们的彼此接近超过这种程序。如果这样,则在程序块856上,脉冲宽度调制正弦电压箝制在550伏上,以防止算出的GTO脉冲过窄。在程序块858上,新电压标志复原,表明新的电压百分比。
在图51中,给出了脉冲宽度调制的频率计算程序。在程序块1400中,将逆变器频率置为所需的逆变器频率,而所需的逆变器频率由图4和5所示的电动机控制器62所决定。在程序块1402上,新频率标志被复位,表明新频率已处理完。在程序块1404中,新的脉冲宽度调制载波比是按照逆变器基频的3的整数倍计算的;为此,逆变器频率被乘以3,并将它分割成350赫,它就是容许的最低开关频率,同时对它的整数部分加1,然后整个数再乘以3,就可以得到新的脉冲宽度调制载波比。它就是逆变器基频的3的整数倍,而且其值高于350赫。如果这个频率低于60赫,则允许的最小载波比是12。如果频率处在60和80赫之间,允许的最小载波比是6。在程序块1406上,要作出检验,判断新的脉冲宽度调制载波比是否小于允许的最小载波比。如果它小于该最小值,在程序块1408上,脉冲宽度调制的新载波比被箝制在可允许的最小载波比值上。通常,脉冲宽度调制将不会在高于35赫时工作。但是在特殊的恢复控制特性下,脉冲宽度调制也可以在频率高达100赫时使用。脉冲宽度调制载波比低于12是不符合要求的,这就是要有最小限值的理由。但是由于逆变器11的种种限制,故这个最小值要求随着频率的增高而有所放松,因此这个最小比值取决于逆变器频率。在程序1410上,要作出检验,判断脉冲宽度调制载波比是否为零,它等于零的唯一时间是当脉冲宽度调制合成第一次开始的时刻。如果是这样,转到新比值可用一程序块1411。经常变换载波比是不恰当的,这样会对已有的波形产生相变。当载波比较高时,在所要的任何时刻进行转换都可以,但在载波比较低时,就只能在波形的某个特定点上进行转换,以减少这些相位变化。如果脉冲宽度调制载波比不等于零,则在程序块1412上,作一检验,以判断新的脉冲宽度调制载波比是否和老的载波比相同。如果两者相同,就转到保持老比值的程序块1413,此时载波比不改变。如果两者不相同,在程序块1414上,要作出检验,判断脉冲宽度调制载波比是否大于24。如果大于24,转移到新比值可能的程序块1415。对低的载波比,要努力做到在通常情况下不转换,或者只在波形的适当位置上转换,这个适当位置就是当A相从负进入到正或B相从负进入到正、或者当C相从负进入到正的时刻。在程序块1414上作出检验,判断载波比是否大于24,判断迟滞定时器能否防止比值改变过于迅速,大约每隔0.2秒,迟滞速率定时器暂停一次,使载波比能够改变。如果在程序块1416上这个定时器没有暂停,转移到新比值不可能的程序块1417以保持老比值。如果它暂停工作,那么从程序块1416转移到新比值可能的程序块1415。在程序块1418上,要作出检验,判断新比值是否大于33。如果是比33大,这就是一个很大的比值,就允许在任何时间上发生变化。如果不比33大,在程序块1420上作出检验,就要判断#1相、#2相、或#3相是否在越过零度处,此处它将由负变正,如果是这样,那么它就可以转入到一个新比值。如果不是这样,新比值就不可能,这就意味着程序块1416没决定到这里。在程序块1422,设置一个新频率标志,尽管程序块1402被复位,由于新载波比按需要可能已经算出,所以它要再一次置位。但是由于迟滞定时器暂停或由于在#1、#2相或#3相有一相正好越过零点所以这些要求并没有得到满足。由于已经决定要保持老比值,所以在程序块1424上,三角频率被置为脉冲宽度调制载波比乘以逆变器的频率。如果在程序块1410、1418或1420中的某一个上的新比值适当,那就可以改变比值,然后在程序块1426上,将迟滞定时器重新置为0.2秒左右,这样一来,如果迟滞定时器是一个正在防止载波比转换过于频繁的定时器,那么现在它就会重新复原到0.2移。同时,要求再等待0.2秒,作再一次改变,在程序块1428上,脉冲宽度调制载波比被置为新的脉冲宽度调制载波比,同时在程序块1430上,三角频率被置为脉冲宽度调制的载波比(它是一个新的脉冲宽度调制载波比)乘以逆变器频率。在程序块1432上称为Δt的变量被置为三角频率的二倍的倒数,Δt变量是如图12所示的三角周期的一半。在程序块1434上,如图12所示的新Δθ被置为二倍Δt乘以逆变频器频率再乘以360°。在程序块1436上,Δθ被置为新的Δθ加上最后一个新的Δθ值,然后再除以2。在程序块1438中,D角D时间被置为新的Δθ值被Δt除再乘以2,D角D时间即为每时间周期内的角度偏移。在程序块1440上,三角斜率值被置为三角电压乘以三角频率再乘以4,其中三角电压为600伏。
图52A至52F所示的排队器装入程序用于将所计算的数送到排队器。在其他任何一个程序中,凡是要求把时间送到排队器的地方都要调用上述六个程序中的一个,这实际上是把时间送到合适的排队器。例如,图43所示程序块820的作用可能是调用图52A所示的装入1-排队器子程序。这个1-排队器又可能跳到图53所示的装入A-排队器子程序,将图43中程序块820算出的1-时间送入A-排队器。图52C至52F也都有一个方向判断。如果车辆方向是向前。则2-和2+时间也分别放入B-、B+排队器。3-和3+时间分别放入相应的排队器。如果车辆方向相反,则2-和2+时间将分别放在C-和C+排队器。3-和3+时间分别放入B-和B+排队器,正反方向运转时,排队器的交换使电动机B相与C相交换,最后又使电动机以不同的方向转动。
图53示出了装入A-排队器程序。在程序块851上,由于不需要在给定时器排队器装入的中途发生定时器中断,定时器中断信号是需要的。在程序块853上,要作出检验,以判断A-排队器目前是否已满,如果已满,一定出了一些问题,故要指示出故障。在正常情况下,程序可能将向下转移到程序块855,此处与被置入排队器的数有关,从该数中减掉1,以便调整时间控制在正到负或从负到正的转换期间由硬件插入的一个1。在程序块857上,将该数送到A-定时器的排队器。在程序块859上,在A-排队器的数目数要增加1。然后,在程序块861将定时器中断打开。
应当指出,对于装入A+、B-、B+、C-、和C+排队器的操作,备有相似的程序。
在图54中,计算与新的准六步电压有关的变量。在程序块860上,将称为DIFF(差值)的变量置为两个电压百分比之差,一个是准六步中的最后一个计算值,经舍入到最靠近的一个1%到99%之间的整数,另一个是所需的电压百分比,其可能是分数。在程序块862上,如果DIFF的绝对值大于或等于0.75%,那么就要改变电压百分。如果不是,就可使用同一个电压百分比。这是为了产生一些迟滞,以避免经常改变准六步的波形。如果电压百分值之差大于或等于0.75%,那么,在程序块864上,电压百分比被置为所需的电压百分比,其值舍入最靠近的整数。在程序块866上,新电压标志复位,以表明新的电压百分比。
图55给出W时间计算程序。在程序块870,逆变器频率被置为所需的逆变器频率。在程序块872,使新的频率标志复位,在程序块874,校验恢复控制状态。如果它处于高恢复状态,则转移到单角准六步程序块1500,因为应该用它。如果操作处于低恢复状态,频率低于70赫,在程序块1562进行检验,看频率是否大于或者等于56赫。如果大于56赫,则转移到程序块1502,采用三角准六步。如果不是,则在程序块1564校验频率是否大于或等于54赫。如果不大于或者等于54赫,则转移到程序块1504,用五角准六步。如果是,则在程序块1566中,频率在54和56赫之间,不管使用哪一个,将选择最后时间,这提供了2赫的迟滞频段。在程序块1566进行的关于准六步状态的校验,检查当前的准六步操作是几角,如果置3,操作保持在三角状态,如置5,操作将保持在五角状态。如果程序块874中恢复状态等于“中”,即意味着频率在70和100赫之间,那么在程序块1586,准六步角状态被置为3,因为要求使用三角准六步,在程序块1570,使指示器指向三角恢复原查询表。三角恢复查询表不同于正常的三角准六步查询表,它具有的角度稍大,因为同准六步中的正常情况相比,这一操作是在更高频率上进行的。这一操作高于70赫,而正常准六步是低于70赫。由于在恢复状态下要求在70赫以上进行准六步,为此提供了这一专用的三角表。在程序块1516读出准六步三角表,进行余下的计算。在程序块874,如果恢复控制恢复状态等于无,这表明操作处于复原状态,则在程序块876校验现有准六步角状态是什么,它可能是1、3或5。如果它是单角,则在程序块878检验频率是否大于70赫,如果大于,操作将保持在单角状态。如不大于,则在程序块880校验频率是否大于或者等于54赫,如果不是,则转移到五角程序块1504,如果是,则转移到三角程序块1502。如果程序块876中的准六步角状态是3,则在程序块882校验频率是否小于54赫,如小于,则转移到五角准六步程序块1504。如不小于,在程序块884校验频率是否大于72赫,如大于,转移到单角状态程序块1500,如不大于,则转移到三角程序块1502,如准六步角状态等于5,则在程序块886校验频率是否小于或者等于56赫,如果是,操作将保持五角程序块1504。如果不是,在程序块888校验频率是否小于或者等于72赫,如果是,则转移到三角程序块1502,如果不是,则转移到单角程序块1500。在程序块1500的单角程序中,程序块1506置准六步角状态为1,程序块1508使指示器指向单角查询表,然后转移到读准六步单角表程序块1510。程序块1502指到三角程序,在程序块1512上,将准六步角状态置为3,在程序块1514上,将指示器指向三角查表,然后转移到读准六步三角表程序块1516。程序块1504指向五角程序,在程序块1518上,将准六步角状态置为5,在程序块1520上,使指针指向五角查询表,在程序块1522,转移到读准六步五角表,读准六步单角表程序块1510读出单角表,并根据此角确定所有W时间。单角表基本上每个180°脉冲有两个对移的凹口,在一个正常180度六步脉冲的每一端有一个凹口。该凹口的角度选择得能获得从1%到90%的所需输出电压百分比。对于从1%到99%的每一个百分比在查询表中均有一个数值,以获得准六步操作中所要求的输出电压百分比。对于三角准六步,在每个被移去的180度六步脉冲的每一端上存在两个凹口,这两个凹口选择得能获得所需的电压百分比输出,并使谐波有所减小。五角准六步在每个180度六步脉冲或每个180度周期上有三个凹口,这三个凹口选择得能获得要求的电压百分比,并使谐波有所减少。图13是五角准六步的一个示例。
从读准六步单角表程序块1510转移到程序块1524,为查询表每项内的α设定偏移,使它等于电压百分比乘以2。乘2的理由是,每项为两字节,所以在程序块1526中α1被置为等于2字节的位置指示器内容加上刚刚算得的偏移,在程序块1508中使指示器到单角查询表。在程序块1528中,计算W1,它等于α1被除以逆变器频率再乘以360°。在程序块1530中,进行校验看W1是否大于180微秒,如大于,那正好;如不大于,则在程序块1532中,置W1等于180微秒,因为逆变器能被这样窄的脉冲点火。小于150微秒时逆变器就不能点火,所以置W1为180微秒,以保证它在150微秒之上。在程序块1534上,置时间60等于60度被除以逆变器频率再乘以360°。在程序块1536中,置W6等于时间60减W1。在程序块1538中,W2、W3、W4、W5都置于0,然后程序转移到保存W程序块1560。从读准六步三角表程序块1516转移到程序块1540,在此计算α1的偏移值,它等于电压百分比乘以3再乘以2。乘3是因为每一电压百分比有三个α项,乘2是因每个α有两个字节。在程序块1542中,置α1等于程序块1514确定的指示器内容加上刚在程序块1540计算出的偏移值,从查询表检索出α1、α2、和α3,括号表示被检地址内的内容。α2和α3是表中的下两项,检索α2时,它等于指示器+偏移+2,检索α3时,它等于指示器+偏移+4。在程序块1544中计算W1时间,它等于α1/(逆变器频率*360°),还要计算两个中间值×2和×3,X2等于α2/(逆变器频率*360°),X3等于α3/(逆变器频率*360°),然后在程序块1546中,计算时间60(等效于60度的时间)它等于60°/(逆变器频率*360°)。在程序块1548,计算余下的W值,其中W6等于时间60减X3,W4和W5等于0,W3等于X3减去X2,W2等于X2减去W1。因为全部W值已算出,程序转移到保存W值程序块1560。程序从读准六步五角表程序块1522进入程序块1550,在此计算相对于电压百分比项的α1偏移,它等于电压百分比乘5再乘以2.5表示对于每个电压百分比项有5个α,因为每α有2个字节,所以乘以2。在程序块1552,从查询表检索出α1、α2、α3、α4和α5,这与三角操作所做的方式相似,但必须再检索α4和α5两个值。在程序块1554中,计算W1它等于α1/(逆变器频率*360°)。然后计算4个中间值X2、X3、X4和X5,用它们再计算其它的W值。在程序块1556,置时间60等于60°/(逆变器频率*360°),在程序块1558,计算W6到W2。程序转移保存W值程序1560,然后从子程序返回。
图56示出加电或起动程序。当处理器加电时,就转移到这一位置,在程序块1300,使所有堆栈指示器初始化。合成定时器和制动定时器都被置于断开状态。使随机存取存储器RAM初始化并被与汽车控制通信用的汽车控制通信设备初始化。实时时钟计时器初始化至正确频率700赫,程序块1302清除所有中断。然后程序在程序块1304打开所有中断堆(能出现的中断是来自实时时钟,因为电动机还没有起动)。程序块1306把与合成操作有关的所有变量初始化。每一次控制脉冲合成操作的起动或重新起动都必须使有关的变量初始化。
在程序块1308进行校验,看看变压器制动复位定时器是否暂停。当变压器制动操作因故障停止运转时,它先停在某一个状态关机,过一会后,改变到另一个状态,这两个状态之间有一个定时器,控制改变到最后状态。如果这一定时器没有暂停,程序在程序块1308处等待定时器暂停。在程序块1310,,制动控制硬件因制动控制暂停的第二状态而不起作用,这些操作包括接通可控硅,断开制动电路中的GTO开关。在程序块1312,逆变器准备就诸标志置于1,表明所要求的初始化已被完成,并通知处理机已准备作合成操作的主控回路。实时中断正在检查这个标志,在这个标志被置1以前,程序不起动电动机。在程序块1314上,背景监视器被初始化,它与视频显示器一同工作,显示正在进行什么。在程序块1316,背景监视器开始工作,以便进行研制可需的测试,和显示诊断信息,图56的流程图给出了主起动循环程序,也给出了故障后的起动。在程序块1316执行背景监视器功能同时,微处理机将接收实时中断,在这些实时中断期间,微处理机将执行完成图5所示电动机控制功能的程序。这个控制功能将产生所需的逆变器频率,所需的逆变器电压百分比,和上述合成程序使用的所需制动角。
图57示出停止运转或故障处理过程序的流程图。这一程序供图21、23、24、26、27、30、31、33、34、37、38、40、41、43、44、45、53和55所示的流程图调用。在程序块1320,关闭所有的中断,在程序块1322、所有的逆变器的GTO定时器都不起作用,这将关闭所有的GTO。在程序块1324,进行校验看看可控硅目前是否使制动变压器短路。如果它们不短路,那么要采取几个中间步骤,因为要将可控硅恢复到能够开始短路变压器,但不是马上就完成,在程序块1326,制动GTO断开,同时可控硅仍然断开。目的是最终要把可控硅接通,把制动GTO断开。在程序块1328,启动TX制动复原定时器,它是提供时延的0.05秒定时器,一旦这个定时器暂停,图56中的另一程序处于起动状态,它将接通可控硅并切断制动GTO,提供起动的正常条件。程序块1330使合成定时器和制动定时器初始化,当要求再起动时,定时器已作好准备。在程序块1332,指示逆变器不在工作并且还没有准备好工作,因为需要将在重新起动程序已初始化的值初始化。程序块1334使复原定时器初始化,这是一个0.2秒定时器,在逆变器于紧急状态期间停止运转之后,它可提供0.2秒时延,或给电流衰耗提供某些时间,程序块1336置逆变器频率等于0,逆变器频率值等于0。逆变器频率是一有引号的数,频率值是频率的绝对值。程序块1338置控制状态于紧急断开状态。程序块1340校验看看暂停是否是滑行暂停还是软件暂停。如果是其中的任一情况,则程序块1342置控制状态于正常断开状态,程序块1344打开中断。如果不是,在程序块1340校验暂停中的一种情况,然后控制状态保持在紧急断开状态,程序块1346记录暂停,然后转移到图58所示的重新起动程序。
图58给出图59所示暂停程序所调用的重新起动程序流程图。在重新起动程序中,程序块1350使堆栈指针初始化。在程序块1352,当执行实时程序时,出现中断时,实时标志被置为0,在程序块1354,与合成操作有关的变量被初始化。在程序块1356,打开所有的中断。在标号1358处,程序进入图56所示起动程序的程序块1308。
在本发明的运输车辆牵引交流感应电动机控制装置与方法的实施方案中,采用了下列器件:
微型处理机182-莫托罗拉MC68000
定时器190、208、210、和228-英特尔8254间隔定时器
锁存器196和198-74LS373
触发器194和224-74LS74
编码器184-74LS148
Claims (5)
1、一种响应工作请求信号的电动机控制方法。该电动机与具有高、低端的直流电源相连,包括下列步骤:
提供连接在高压端和电动机之间的第一开关;
提供连接在低压端和电动机之间的第二开关;
确定逐次的第一导通时间和逐次的第二导通时间,为上述电动机提供电压,上述电压具有所需的幅度和频率符合上述工作请求信号的要求;
对每个第一导通时间进行计数以控制上述第一开关的操作,对每个第二导通时间进行计数以控制第二开关的操作;
对第二导通时间的计数作出响应,对第一导通时间进行计数;对第一导通时间的计数作出响应,对第二导通时间进行计数。
2、权利要求1的电动机控制方法,包括以下步骤:
用一个公用时钟信号使第一导通时间的计数与第二导通时间的计数同步。
3、权利要求1的电动机控制方法,
一个第二导通时间计数结束时起动一个第一导通时间的计数,一个第一导通时间计数结束时起动一个第二导通时间的计数。
4、权利要求1的电动机控制方法,
根据电源电压,电动机的转动频率和工作请求信号确定第一和第二导通时间。
5、权利要求1的电动机控制方法,根据第一和第二导通时间的计数来确定第一和第二导通时间。
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