基于單片機的直流電機調速器控制電路分析

摘 要 現代社會的單片機應用范圍越來越廣，功能越來越強大。利用單片機進行直流電機的改造，可單獨調整調速器中的控制電路。本文將利用單片機經過同步、采樣、比例積分調節、移相觸發等工序后，能夠緩解模擬控制電路中的三相同步信號滯后現象，增強觸發動作的對稱可靠。完成軟件介入控制后，實現電機轉速的復合控制精度的提升。

【關鍵詞】單片機 直流調速 控制電路

常規直流電機中的控制電路多由模擬器件設計而成，影響電路輸出值的因素眾多，其中主要是電網電壓與各模擬元器件的離散參數影響較多。隨著這些影響的存在，控制電路中的不同觸發件將出現特征不確定的移相動作，從而增加了三相電壓引發的脈沖表現出不對稱特征，如此使得直流電機中的整流變壓器不會再傳輸平衡態的電流，大量零序電流產生，在電網的三相電壓中性點出現偏移量后，意味著附加諧波流變得更大，且可控整流設備功率也變得更大。為避免傳統模擬電路中各種元器件在長期使用中變得老化異常，下文特擬建基于單片機的直流電機調速器控制電路，將在相應的操作處理中，完成其模擬控制電路的改造，總體上把握延長壽命與增強工作效率的途徑。

1 基于單片機的直流電機調速器控制電路設計概述

直流電機的電源常為三相四線工頻輸入，另配置雙電源輸出。兩路輸出中，其中一條輸出電路將作為可控整流，可當作直流電動機的電樞電壓輸入。輸出電壓可記作：VOUT1，額定功率記作：Pe，已知VOUT1的調值區間為[0，250]，單位取伏特（V）；Pe的常規取值為4400V，即是額定電壓220V與額定電流20A之積。電流電機的主控制電路常用元器件為三相全波整流帶平波電抗器、續流二極管電路。引入單片機控制單元后，所有電機信號采樣過程、移相觸發的電路控制、穩定電壓或可控整流等內容全部由單片機芯片作為中央控制單元設計控制。若輸出電源電壓的采樣工作存在途徑不同，從而導致調速器的控制模式有了恒壓與恒速控制之分。雙電源輸出中的另外一條輸出電路將對接直流電機的勵磁部分，成為電磁感應中的電流來源。此電源電壓的快速變化區間保持[0，200]V，輸出電流的峰值也達到2A以上。勵磁電壓的數值穩定性靠自耦變壓器來實施調壓，一般硅二極管橋式整流器整流獲得。通過上述的簡單構造可知，直流電機調速器控制的電路可以三部分劃分區間：三相全波可控整流電路、單片機控制電路、采樣電路。

2 單片機系統調速器控制的三電路

2.1 三相同步取樣電路

該電路在模擬控制電路的動作實施中，并不會改變采樣方式，仍然會保持變壓器采樣的方式。電路中常存在三個變壓器，一旦此三變壓器的設備硬件性能參數不一致，就會導致整個三相過零采樣延時失去統一性，就會無形中增加電壓證實有效性的難度，在信號圖上表現出波動.現階段，設計中可利用光耦技術來完成三相同步信號的采樣工作，如圖1電路原理圖所示。電路的設計過程中，需要分清電路的主要組成構件，包括光耦與RS觸發器等，三相同步取樣電路具有較為固定的結構，可由6個光耦兩兩成對后以星形拓撲接法對接三相電壓輸入端。若采樣相電壓近零，RS觸發器會及時發送數字信號到單片機，這些數據點分別對應三相電中的各相位，確保頻率相位的一致。

上述電路的設計中，要找準限流電阻，并及時完成篩選以找出選優電阻對象，這樣就能夠讓取樣電路中得到的不同數據信號所具有的相位延遲接近于無窮小。當然，通過光耦隔離代替變壓器隔離方式的采樣電路設計，電路提升了抗干擾能力，穩定性與可靠性不斷增強。

2.2 直流電機的單片機系統

直流電機的單片機硬件部分為兩片機芯，分別被稱之為是主控與觸發單片機，前者是單片機功能的硬件主控，后者是觸發信號的主體單片機。本文中的擬建單片機系統將采用PIC系列，具有明顯的功能及結構優勢：哈佛總線框架、13位程序存儲器、單周期、單字節傳輸指令、抗擾能力突出、內部集成多路數模轉換電路，能夠較高質量匹配本文的設計單片機所需。在硬件選材中，以PIC系列中的PIC16C74為主控，以PIC16C71為觸發，合作完成單片機硬件核心。主控與觸發之間借助三根數據線相連。當主控機接收到三相同步信號以及回饋輸出電壓信號后，可通過比例積分線性調節算法來計算觸發移相角。對所設定的6觸發點定時，以相電壓過零點為起始時間，結束定時后，觸發單片機產生信息脈沖經過3根數據線激勵觸發單片機下發觸發信號，待觸發機輸出脈沖信號后可對6個可控硅發起觸發指令。

2.3 可控硅觸發電路

將雙脈沖觸發信號作為可控硅觸發電路中的主要傳輸信號，可在單擊觸發動作后同時觸發不同的兩個可控硅，如此直接增強了可控硅觸發開啟的可靠保障。在可控硅觸發電路中，其主要的技術參數為：發生脈沖束頻率100kHz、單脈沖循環內的占空比50%、脈沖束寬度2ms。PIC單片機上引腳眾多，可輸出脈沖信號后再接受功率放大，借助變壓器實現隔離傳遞，最終傳至可控硅門極。需要注意：觸發電路電源兩端外電壓達12V，變壓器副邊輸出電壓達到5V，電流保持0.1A水平。

3 結束語

本文簡述了基于PIC單片機構建直流電機調速器控制電路的思想，通過積極的改造和驗證，較之傳統的模擬控制電路穩定性大幅提高，且結構穩定性、控制精度等都有較大改觀，表明當前的改造是成功的，具有可操作性。

參考文獻

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作者簡介

余順云（1981-），男，重慶市萬州區人。大學本科學歷，工程碩士。現為重慶市三峽水利電力學校講師。

作者單位

重慶市三峽水利電力學校 重慶市 404000endprint