[发明专利]微机控制的斩波器调速方法

说明书

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。