泵站電機(jī)交流勵(lì)磁調(diào)速的控制技術(shù)

33三相轉(zhuǎn)子電流給定值計(jì)算由I2＊及θ＊易計(jì)算出轉(zhuǎn)子電流期望值在dq軸分量：=I2＊cosθ＊=－I2＊sinθ＊

已知定子供電角頻率為ω1，期望的轉(zhuǎn)子電流角頻率為ωs＊，采用兩相到三相的旋轉(zhuǎn)變換，如圖3所示可求得轉(zhuǎn)子三相電流的給定值ia＊、ib＊、ic＊：式中：λ=ωs＊t。

采用反饋控制方法，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)子電流的跟蹤控制。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可采用常用的比例積分調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器參數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。

圖5軟件框圖

4控制電路的硬件、軟件實(shí)現(xiàn)

由于控制電路需要對(duì)轉(zhuǎn)子電流幅值、相位進(jìn)行非線性計(jì)算，采用計(jì)算機(jī)控制是適宜的?？紤]到計(jì)算量較大且要求計(jì)算速度快，因此控制電路采用Intel公司的16位單片機(jī)80C196KC[5]為控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由交交變頻主電路圖可知，轉(zhuǎn)子繞組電流為正時(shí)，應(yīng)由正組晶閘管導(dǎo)通供電，反之由反組晶閘管導(dǎo)通供電。連接到同一相轉(zhuǎn)子繞組的正反組晶閘管不應(yīng)該同時(shí)導(dǎo)通，否則會(huì)造成電源短路，損壞變流設(shè)備。因此應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組電流的極性來(lái)輸出或封鎖正反組晶閘管的觸發(fā)脈沖。同理，由于晶閘管關(guān)斷需要一定時(shí)間，在轉(zhuǎn)子繞組電流過(guò)零時(shí)，應(yīng)封鎖該組的所有觸發(fā)脈沖。另外，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流等嚴(yán)重故障時(shí)，也應(yīng)封鎖觸發(fā)脈沖。為提高系統(tǒng)工作的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)從軟件、硬件兩方面實(shí)現(xiàn)了脈沖封鎖邏輯。

現(xiàn)場(chǎng)可編程器件PSD813F1內(nèi)含128k的主快閃存儲(chǔ)器，32k的電可擦除存儲(chǔ)器及2k隨機(jī)存儲(chǔ)器，內(nèi)有多達(dá)72根輸入線的可編程邏輯陣列及其他硬件。使用一片PSD813F1即可滿足控制電路對(duì)多種類型存儲(chǔ)器及主要邏輯功能的要求[6]。

檢測(cè)電路將定子電壓、定子電流及轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子電流經(jīng)隔離、濾波與變換后，變成0～5V的電壓信號(hào)，由80C196進(jìn)行采樣處理。同時(shí)，檢測(cè)電路通過(guò)比較等形成轉(zhuǎn)子各相電流的過(guò)零與正負(fù)極性信號(hào)，這些信號(hào)直接送PSD813F1，經(jīng)其內(nèi)部可編程的與或邏輯操作，完成對(duì)晶閘管觸發(fā)脈沖的輸出與封鎖控制。

液晶顯示與鍵盤(pán)輸入由一片89C51控制，89C51與80C196KC之間采用串行通信聯(lián)系。

控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心是轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)，主要包括循環(huán)執(zhí)行的主程序與中斷程序設(shè)計(jì)兩部分。軟件框圖如圖5所示。

在主程序中完成采樣數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)速控制器的程序?qū)崿F(xiàn)、轉(zhuǎn)子供電參數(shù)給定值的計(jì)算、轉(zhuǎn)子電流控制器實(shí)現(xiàn)及晶閘管觸發(fā)角的計(jì)算等。并根據(jù)運(yùn)行按鈕的狀態(tài)來(lái)判斷是否終止程序的運(yùn)行。

中斷程序主要包括：

(1)軟件定時(shí)及模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷

80C196KC中A/D轉(zhuǎn)換一次只需約20μs微秒，間隔200μs可保證將定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子兩相電流采樣一遍。程序設(shè)計(jì)時(shí)采用軟件定時(shí)器（HSO8）產(chǎn)生中斷，在每隔200μs一次的中斷程序中起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，利用A/D中斷對(duì)上述電量依次進(jìn)行采樣，保存采樣結(jié)果，由主程序處理采樣數(shù)據(jù)。

（2）定時(shí)器1溢出—轉(zhuǎn)速測(cè)量中斷

轉(zhuǎn)速測(cè)量使用光電編碼器，編碼器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)整形后直接送80C196KC的定時(shí)器2時(shí)鐘輸入端，利用定時(shí)器1溢出中斷讀取定時(shí)器2的記數(shù)，并復(fù)位定時(shí)器2，由主程序根據(jù)定時(shí)器2的記數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速。（3）HSIHSO輸出觸發(fā)脈沖中斷

晶閘管觸發(fā)脈沖的輸出時(shí)刻與轉(zhuǎn)子A相電源的過(guò)零點(diǎn)密切相關(guān)。硬件設(shè)計(jì)時(shí)將轉(zhuǎn)子A相電源的過(guò)零信號(hào)送HSI2輸入端，電源過(guò)零觸發(fā)HSI中斷，在HSI中斷程序中完成A組晶閘管觸發(fā)脈沖的輸出，同時(shí)起動(dòng)延時(shí)3.3ms的HSO中斷，再在中斷程序中依次完成B、C組晶閘管觸發(fā)脈沖的輸出。

5結(jié)語(yǔ)

由于雙饋調(diào)速所用變頻器的容量與轉(zhuǎn)差率成正比，因此雙饋調(diào)速在電機(jī)功率大、調(diào)速范圍窄的場(chǎng)合具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是在泵類負(fù)載調(diào)速系統(tǒng)中具有廣闊應(yīng)用前景。本文提出的方案綜合了速度與無(wú)功調(diào)節(jié)的需要，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。