可控硅過零檢測調(diào)速控制電路設計方案

　　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，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，其應用范圍，前途都非常廣泛。用單片機實現(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通角控制由軟件完成，觸發(fā)電路有結(jié)構簡單，控制靈活，精度可通過軟件補償，任意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等特點，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)字實現(xiàn)可控硅過零控制的示意圖如圖1?？梢钥闯觯^零調(diào)速通過的工作電壓是完整的正弦波形，過零導通且過零截止。調(diào)速時通過改變在給定的時間內(nèi)改變加在負載上的交流正弦波個數(shù)來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。由于可控硅是在電壓(電流)過零時觸發(fā)導通的，導通時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，如：產(chǎn)生大的射頻干擾，高次諧波等。這樣就解決了第一個問題，同時也提高了電路器件的安全系數(shù)。

　　數(shù)字實現(xiàn)可控硅過零調(diào)速控制需要解決2個問題：實現(xiàn)工頻電壓的正負過零檢測，并在過零時產(chǎn)生脈沖信號;過零脈沖信號必須受單片機輸出信息控制，從而控制可控硅過零觸發(fā)時間。

　　過零脈沖信號的個數(shù)和時間間隔可以通過軟硬件協(xié)調(diào)解決。直接控制導通脈沖個數(shù)和截止脈沖個數(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的速度)。設最高速度轉(zhuǎn)速為n0，導通脈沖個數(shù)為k，截止脈沖個數(shù)為s，速度為n，理論上：

　　n=(k/s)n0 (1)

　　實際工作中要根據(jù)驅(qū)動負載設定轉(zhuǎn)速范圍。

　　2 硬件電路設計

　　硬件電路設計框圖如圖2所示。單片機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通時間;接收掉電檢測電路送來的掉電信號;檢測電機轉(zhuǎn)速等級并在數(shù)碼管上顯示。

　　過零檢測電路的最終目標是實現(xiàn)當交流電壓通過零點時取出其脈沖。其工作過程為：當通過正半周較高電壓時，光電管D1，T1導通Vo為低電平，當正半周電壓反向接近零點時D1達不到導通電壓的值而截止，從而使T1截止Vo為高電平;同樣當通過負半周較高電壓時，光電管D2，T2導通Vo為低電平，當負半周電壓正向接近零點時D2達不到導通電壓的值而截止，從而使T2截止Vo為高電平。通過這個正負交越零點時的正脈沖信號向單片機89C2051發(fā)出外部中斷 INT0，單片機根據(jù)該信號，經(jīng)過一定的延時后控制可控硅導通。其電路如圖3所示。

　　掉電檢測電路是當整流后的電源電壓小于某一值時，認為電源被關閉，此時產(chǎn)生掉電信號，該信號作為單片機外部中斷信號INT1，使單片機進入掉電保護程序。

　　數(shù)碼顯示電路是用數(shù)碼管將存儲在EEPROM中的電機轉(zhuǎn)速用數(shù)字顯示出來，可以顯示電機的轉(zhuǎn)速等級。

　　導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，實現(xiàn)單片機對控硅的導通控制，從而達到轉(zhuǎn)速控制的目的?？煽毓栌|發(fā)電路如圖4所示。

　　3 軟件設計要點

　　采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式，由單片機控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個控制周期內(nèi)可控硅導通和關斷交流完整全波(或半波)信號的個數(shù)來調(diào)節(jié)負載功率，進而達到調(diào)速的目的。由于INT0信號反映工頻電壓過零時刻，因此只要在外中斷O的中斷服務程序中完成控制門的開啟與關閉，并利用中斷服務次數(shù)對控制量 N(在每個控制周期內(nèi)可控硅導通的正弦波個數(shù))進行計數(shù)和判斷，即每中斷1次，對N進行減1計數(shù)。如N≠0，保持控制電平為“1”，繼續(xù)打開控制門;如 N=O，則使控制電平復位為“0”，關閉控制門，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，實現(xiàn)可控硅的過零控制，從而達到按控制量控制的效果，實現(xiàn)速度可調(diào)。

　　4 結(jié)語

　　在實驗室試驗調(diào)試過程中，對直流電機的調(diào)速顯得較穩(wěn)定，調(diào)速范圍也很寬;但對交流電機的調(diào)速過程中，中高速段調(diào)速較平穩(wěn);在低速段調(diào)速時電機存在抖動現(xiàn)象，并且速度越低，抖動越嚴重，這也是本設計中要解決的后續(xù)問題。