減少雜波干擾的可控硅調(diào)速電路設(shè)計(jì)

摘要：為了改善傳統(tǒng)電機(jī)調(diào)速系雜波干擾大，系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種以工業(yè)單片機(jī)為核心運(yùn)算控制芯片，可控硅采用過零檢測觸發(fā)方式，主回路由軟件、硬件協(xié)調(diào)完成，控制可控硅進(jìn)行電機(jī)調(diào)速的電路，達(dá)到了減少主電路雜波干擾的目的，控制靈活，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，檢測和維護(hù)方便。
關(guān)鍵詞：雜波干擾；可控硅調(diào)速；過零檢測；觸發(fā)

    可控硅具有功率大，效率高，體積小，重量輕，無噪音，控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有使用小電流，小功率來控制大電流大功率的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍，前途都非常廣泛。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)可控硅過零調(diào)速，相比于變頻調(diào)速，不僅可使可控硅的導(dǎo)通角控制由軟件完成，觸發(fā)電路有結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，精度可通過軟件補(bǔ)償，任意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等特點(diǎn)，還可以避免類似移相調(diào)速，脈寬調(diào)速(PWM)，正弦脈寬調(diào)速(SPWM)等在調(diào)速過程中產(chǎn)生大量噪聲和高次諧波，對電路器件耐壓值要求較高的。

1 可控硅過零檢測調(diào)速控制的方法
    數(shù)字實(shí)現(xiàn)可控硅過零控制的示意圖如圖1?？梢钥闯?，過零調(diào)速通過的工作電壓是完整的正弦波形，過零導(dǎo)通且過零截止。調(diào)速時(shí)通過改變在給定的時(shí)間內(nèi)改變加在負(fù)載上的交流正弦波個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于可控硅是在電壓(電流)過零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通的，導(dǎo)通時(shí)的波形是完整的正弦波或半波，所以不存在可控硅移相調(diào)壓調(diào)速所存在的一些缺點(diǎn)，如：產(chǎn)生大的射頻干擾，高次諧波等。這樣就解決了第一個(gè)問題，同時(shí)也提高了電路器件的安全系數(shù)。


    數(shù)字實(shí)現(xiàn)可控硅過零調(diào)速控制需要解決2個(gè)問題：實(shí)現(xiàn)工頻電壓的正負(fù)過零檢測，并在過零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號；過零脈沖信號必須受單片機(jī)輸出信息控制，從而控制可控硅過零觸發(fā)時(shí)間。
    過零脈沖信號的個(gè)數(shù)和時(shí)間間隔可以通過軟硬件協(xié)調(diào)解決。直接控制導(dǎo)通脈沖個(gè)數(shù)和截止脈沖個(gè)數(shù)就可以了，調(diào)速范圍可以從零到最高速度(加入完整的工頻電壓時(shí)的速度)。設(shè)最高速度轉(zhuǎn)速為n0，導(dǎo)通脈沖個(gè)數(shù)為k，截止脈沖個(gè)數(shù)為s，速度為n，理論上：
    n=(k／s)n0     (1)
    實(shí)際工作中要根據(jù)驅(qū)動負(fù)載設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
    硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。單片機(jī)為控制器的核心部件，其主要工作是接收220 V交流電的過零信號，根據(jù)過零檢測信號控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間；接收掉電檢測電路送來的掉電信號；檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速等級并在數(shù)碼管上顯示。


    過零檢測電路的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)當(dāng)交流電壓通過零點(diǎn)時(shí)取出其脈沖。其工作過程為：當(dāng)通過正半周較高電壓時(shí)，光電管D1，T1導(dǎo)通Vo為低電平，當(dāng)正半周電壓反向接近零點(diǎn)時(shí)D1達(dá)不到導(dǎo)通電壓的值而截止，從而使T1截止Vo為高電平；同樣當(dāng)通過負(fù)半周較高電壓時(shí)，光電管D2，T2導(dǎo)通Vo為低電平，當(dāng)負(fù)半周電壓正向接近零點(diǎn)時(shí)D2達(dá)不到導(dǎo)通電壓的值而截止，從而使T2截止Vo為高電平。通過這個(gè)正負(fù)交越零點(diǎn)時(shí)的正脈沖信號向單片機(jī)89C2051發(fā)出外部中斷 INT0，單片機(jī)根據(jù)該信號，經(jīng)過一定的延時(shí)后控制可控硅導(dǎo)通。其電路如圖3所示。


    掉電檢測電路是當(dāng)整流后的電源電壓小于某一值時(shí)，認(rèn)為電源被關(guān)閉，此時(shí)產(chǎn)生掉電信號，該信號作為單片機(jī)外部中斷信號INT1，使單片機(jī)進(jìn)入掉電保護(hù)程序。
    數(shù)碼顯示電路是用數(shù)碼管將存儲在EEPROM中的電機(jī)轉(zhuǎn)速用數(shù)字顯示出來，可以顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速等級。
    導(dǎo)通控制電路通過帶光隔離的雙向可控硅驅(qū)動器MOC3052驅(qū)動可控硅，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對控硅的導(dǎo)通控制，從而達(dá)到轉(zhuǎn)速控制的目的?？煽毓栌|發(fā)電路如圖4所示。



3 軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
    采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式，由單片機(jī)控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個(gè)控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波(或半波)信號的個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。由于INT0信號反映工頻電壓過零時(shí)刻，因此只要在外中斷O的中斷服務(wù)程序中完成控制門的開啟與關(guān)閉，并利用中斷服務(wù)次數(shù)對控制量 N(在每個(gè)控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波個(gè)數(shù))進(jìn)行計(jì)數(shù)和判斷，即每中斷1次，對N進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。如N≠0，保持控制電平為“1”，繼續(xù)打開控制門；如 N=O，則使控制電平復(fù)位為“0”，關(guān)閉控制門，使可控硅過零觸發(fā)脈沖不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求，實(shí)現(xiàn)可控硅的過零控制，從而達(dá)到按控制量控制的效果，實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)。

4 結(jié)語
    在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)調(diào)試過程中，對直流電機(jī)的調(diào)速顯得較穩(wěn)定，調(diào)速范圍也很寬；但對交流電機(jī)的調(diào)速過程中，中高速段調(diào)速較平穩(wěn)；在低速段調(diào)速時(shí)電機(jī)存在抖動現(xiàn)象，并且速度越低，抖動越嚴(yán)重，這也是本設(shè)計(jì)中要解決的后續(xù)問題。