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自校正模糊控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整器的研究與設(shè)計(jì)
摘要:分析了由MCU和雙向晶閘管開(kāi)關(guān)來(lái)控制通用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的原理,提出了一種提高電動(dòng)機(jī)效率的設(shè)計(jì)方案,給出了該實(shí)現(xiàn)方案的硬件電路和軟件程序框圖,同時(shí)給出了實(shí)驗(yàn)仿真的結(jié)果。關(guān)鍵詞:微控制器;晶閘管開(kāi)關(guān);電路板
1 引言
在日常生產(chǎn)與生活中,大量電動(dòng)機(jī)都以規(guī)定的速度和功率去拖動(dòng)各種機(jī)械。而在軍事上,很多應(yīng)用往往要求旋轉(zhuǎn)天線在各種條件下都要保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng),這就要求在不同的情況下,電動(dòng)機(jī)能相應(yīng)調(diào)整工作速度,以保持恒定的速度。要實(shí)現(xiàn)這一功能,最常用的方法是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞或交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓,都可以在一定的范圍里改變轉(zhuǎn)速;也可用雙向晶閘管交流開(kāi)關(guān)或直接選用模擬控制的通用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)取代笨重的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組以及飽和電抗器。本文介紹一個(gè)直接由110/240V電源供電的通用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)MCU以及一個(gè)雙向晶閘管開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)控速的設(shè)計(jì)方法。其中單片機(jī)選用Microchip公司的PIC12F675。與用戶接口的方式有三種?一個(gè)是接觸傳感器;一個(gè)是按鈕;一個(gè)是電位器。筆者在該仿真實(shí)驗(yàn)中采用的是電位器。輔助電源從電源電壓中變壓整流獲得。
2 設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)
2.1 電路結(jié)構(gòu)
電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。使用時(shí),可通過(guò)設(shè)置電位器的電阻大小,并經(jīng)A/D輸入單片機(jī)來(lái)預(yù)設(shè)速度;單片機(jī)通過(guò)同步電路與220V交流電源同步,并通過(guò)輸出脈沖控制晶閘管的通斷,從而控制電動(dòng)機(jī)的速度,同時(shí)將電動(dòng)機(jī)的速度通過(guò)速度檢測(cè)裝置(霍爾開(kāi)關(guān))反饋給單片機(jī)以形成閉環(huán)。
2.2 單片機(jī)電路的功能原理
該設(shè)計(jì)中單片機(jī)電路的功能原理圖如圖2所示。它由5V直流副電源和220V交流主電源、單片機(jī)、雙向晶閘管開(kāi)關(guān)和電機(jī)整流電路和霍爾開(kāi)關(guān)組成。其中,單片機(jī)的腳1(Vdd)接+5V腳8(Vss)接地,其它引腳的功能與設(shè)計(jì)如下:
(1)GP3用于上電復(fù)位。在通電的瞬間,C3通過(guò)R2充電?GP3以經(jīng)延遲后低電平觸發(fā)。延遲的大小和CPU的頻率有關(guān),對(duì)于PIC12F675單片機(jī),延遲只要大于72ms就可以了。GP3外的電阻可以選1kΩ?電容應(yīng)大于0.1μF。二極管D2的作用是在電源快速反復(fù)通斷時(shí),保證C3電容能及時(shí)放電。
圖2
(2)GP4主要用于速度信息的輸入。該腳外的電位器R1用于為GP4輸入一個(gè)電平(GP4在這里的功能是10位A/D轉(zhuǎn)換器)。該輸入電平通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后,用于給單片機(jī)輸入一個(gè)預(yù)設(shè)速度。將該速度和實(shí)際速度進(jìn)行比較,并計(jì)算出速度的偏差,然后查表或通過(guò)算法便可以得到延遲Td。電位器R1的阻值應(yīng)較大(在100kΩ左右),以減少5V副電源的負(fù)載壓力。
(3) 通過(guò)GP2可輸入同步信號(hào)。由于220V的交流電源頻率不是很穩(wěn),因此,為了保證延遲Td的精確,應(yīng)通過(guò)R5輸入交流信號(hào)進(jìn)行同步。GP2在這里的功能也是A/D轉(zhuǎn)換器,它可將通過(guò)R5輸入的交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。R5的阻值要大約在1MΩ左右。因?yàn)椋遥抵苯咏釉冢玻玻埃值慕涣麟娫瓷希鴨纹瑱C(jī)的輸入電流不能太大。
(4)通過(guò)GP0可輸入霍爾器件產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。
霍爾開(kāi)關(guān)是用于磁場(chǎng)檢測(cè)的半導(dǎo)體傳感器,霍爾開(kāi)關(guān)的實(shí)際接線圖如圖3所示,PIC12F675的1腳接5V直流電源,2腳接地,3腳輸出頻率脈沖給單片
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