基于單片機(jī)的單相電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法及其實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文介紹在三速單相電動(dòng)機(jī)中采用分時(shí)接通的方法提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檔次，使電動(dòng)機(jī)具有二十檔轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力和更好的節(jié)能效果，這種方法無需增加較多的硬件，僅在控制器中采用新的調(diào)速程序，即可達(dá)到提高風(fēng)扇風(fēng)速檔次和節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：調(diào)速；單相電動(dòng)機(jī)；單片機(jī)0 前言　　目前，三速單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，控制方便，它使電風(fēng)扇具備高、中、低三檔轉(zhuǎn)速，提高了電風(fēng)扇的供風(fēng)質(zhì)量，因此，這種單相電動(dòng)機(jī)在家用電風(fēng)扇得到廣泛的應(yīng)用。但是，當(dāng)需要進(jìn)一步提高電風(fēng)扇的質(zhì)量和品位時(shí)，僅具有三檔轉(zhuǎn)速的單相電動(dòng)機(jī)就不能滿足電風(fēng)扇的要求，必須提高單相電動(dòng)機(jī)的調(diào)速能力。我們使用無觸點(diǎn)開關(guān)分時(shí)接通的方法，在硬件電路基本不變的條件下，使三速單相電動(dòng)機(jī)具有二十檔轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力。1 三速單相電動(dòng)機(jī)開關(guān)調(diào)速的原理　　三速單相電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路如圖1所示， l、m、h分別為單相電動(dòng)機(jī)的低速抽頭、中速抽頭和高速抽頭，單相電動(dòng)機(jī)采用電容運(yùn)行方式，三個(gè)抽頭與電源的連接由三個(gè)雙向晶閘管tl、tm、th來控制，當(dāng)tl導(dǎo)通時(shí)電動(dòng)機(jī)的低速抽頭與電源連接，電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，同樣，tm導(dǎo)通時(shí)電動(dòng)機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)，th導(dǎo)通時(shí)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。我們采用分時(shí)接通l、m、h的方法，可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使三速單相電動(dòng)機(jī)獲得多于三檔轉(zhuǎn)速的變速能力。設(shè)電源頻率為50hz，其周期為0.02s，取調(diào)速周期ts=8t（t為電源周期），低速調(diào)速時(shí)，調(diào)速周期內(nèi)不接通任何一個(gè)晶閘管，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速0，調(diào)速周期內(nèi)全接通晶閘管tl，則電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，但如果在8個(gè)電源周期內(nèi)，n個(gè)周期接通晶閘管tl（0≤n≤8），其他時(shí)間不接通，那么，在電動(dòng)機(jī)的低速下可獲得8檔更低的轉(zhuǎn)速。同樣，中速調(diào)速時(shí)，調(diào)速周期內(nèi)全接通晶閘管tl，則電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，全接通晶閘管tm，則電動(dòng)機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果在8個(gè)電源周期內(nèi)n個(gè)周期接通晶閘管tm，（8-n）個(gè)周期接通tl，那么在電動(dòng)機(jī)的低速和中速之間可獲得8檔轉(zhuǎn)速。同樣道理，在中速和高速間又可獲得8檔轉(zhuǎn)速。由此可見采用分時(shí)接通的方法，可以使只有三檔轉(zhuǎn)速的三速單相電動(dòng)機(jī)具有二十四檔轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力。2 三速單相電動(dòng)機(jī)開關(guān)調(diào)速的硬件和軟件設(shè)計(jì)　　三速單相電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路如圖1所示，某家用電風(fēng)扇的單相電動(dòng)機(jī)采用單片機(jī)atmel89c2051控制，單片機(jī)的輸出端口p1.5、p1.6、p1.7經(jīng)反相器與晶閘管tl、tm、th的控制極連接，當(dāng)p1.5=“0”時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)可低速運(yùn)轉(zhuǎn)，反之，p1.5=“1”時(shí)，晶閘管截止，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，即由p1.5輸出電位控制電動(dòng)機(jī)的低速檔；同樣，由p1.6輸出電位控制電動(dòng)機(jī)的中速檔，p1.7控制電動(dòng)機(jī)的高速檔。同步電路每個(gè)電源周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，并在電源電壓由負(fù)變正時(shí)產(chǎn)生脈沖的下降沿。同步信號由int0中斷口輸入單片機(jī)。三速單相電動(dòng)機(jī)開關(guān)調(diào)速的控制方法如下：在每個(gè)電源電源電壓由負(fù)變正過零時(shí)，同步電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，向單片機(jī)申請中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后執(zhí)行調(diào)速程序，按給定的轉(zhuǎn)速代碼輸出轉(zhuǎn)速信號，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。取調(diào)速周期ts=8t（t為電源周期），調(diào)速程序必須經(jīng)過8次中斷才能輸出一個(gè)轉(zhuǎn)速代碼的轉(zhuǎn)速，在調(diào)速周期內(nèi)不能接受新的轉(zhuǎn)速代碼，否則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將不受控制。在調(diào)速程序中，采用一個(gè)存儲(chǔ)單元（34h）作為轉(zhuǎn)速輸入單元，另一個(gè)存儲(chǔ)單元（37h）作為電源周期指示器，記錄已經(jīng)輸出的電源周期，控制器需要改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速時(shí)，隨時(shí)可以向（34h）單元寫入轉(zhuǎn)速代碼，但只有電源周期指示器的數(shù)值為零時(shí)，調(diào)速程序才能將（34h）單元的數(shù)據(jù)變成實(shí)際輸出的信號。電源周期指示器的初始值為00h，int0每中斷一次調(diào)速周期定時(shí)器加1，直至電源周期指示器為08h時(shí)，重新清零，并且讀入轉(zhuǎn)速輸入單元（34h）的數(shù)據(jù)?！　≡谡{(diào)速程序中，我們采用8位數(shù)據(jù)記錄風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速代碼，其中低3位（b2b1b0）表示接通比例n，第4、5位（b4b3）表示接通檔次，高3位（b7b6b5）不用。接通檔次表示調(diào)速為低速調(diào)速、中速調(diào)速還是高速調(diào)速，其值為b4b3={00b，01b，10b，11b}，當(dāng)接通檔次為00b時(shí)，在轉(zhuǎn)速代碼設(shè)定的接通比例內(nèi)接通晶閘管tl，接通比例外不接通晶閘管；當(dāng)接通檔次為01b時(shí)，在轉(zhuǎn)速代碼設(shè)定的接通比例內(nèi)接通晶閘管tm，接通比例外接通晶閘管tl，當(dāng)接通檔次為10b時(shí)，在轉(zhuǎn)速代碼設(shè)定的接通比例內(nèi)接通晶閘管th，接通比例外接通晶閘管tm；當(dāng)接通檔次為11b時(shí)，接通比例只有00h一種，這時(shí)在整個(gè)調(diào)速周期內(nèi)接通晶閘管th，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。接通比例的取值范圍000b-111b，由此可知，轉(zhuǎn)速代碼的取值范圍為00h-18h，總共25個(gè)代碼，其中00h為零速，01h-08h為低速檔代碼，09h-10h為中速檔代碼，11h-18h為高速檔代碼。所以電動(dòng)機(jī)除零速外共有