基于单片机的直流电机调速器控制电路分析

摘 要 现代社会的单片机应用范围越来越广，功能越来越强大。利用单片机进行直流电机的改造，可单独调整调速器中的控制电路。本文将利用单片机经过同步、采样、比例积分调节、移相触发等工序后，能够缓解模拟控制电路中的三相同步信号滞后现象，增强触发动作的对称可靠。完成软件介入控制后，实现电机转速的复合控制精度的提升。

【关键词】单片机 直流调速 控制电路

常规直流电机中的控制电路多由模拟器件设计而成，影响电路输出值的因素众多，其中主要是电网电压与各模拟元器件的离散参数影响较多。随着这些影响的存在，控制电路中的不同触发件将出现特征不确定的移相动作，从而增加了三相电压引发的脉冲表現出不对称特征，如此使得直流电机中的整流变压器不会再传输平衡态的电流，大量零序电流产生，在电网的三相电压中性点出现偏移量后，意味着附加谐波流变得更大，且可控整流设备功率也变得更大。为避免传统模拟电路中各种元器件在长期使用中变得老化异常，下文特拟建基于单片机的直流电机调速器控制电路，将在相应的操作处理中，完成其模拟控制电路的改造，总体上把握延长寿命与增强工作效率的途径。

1 基于单片机的直流电机调速器控制电路设计概述

直流电机的电源常为三相四线工频输入，另配置双电源输出。两路输出中，其中一条输出电路将作为可控整流，可当作直流电动机的电枢电压输入。输出电压可记作：VOUT1，额定功率记作：Pe，已知VOUT1的调值区间为[0，250]，单位取伏特（V）；Pe的常规取值为4400V，即是额定电压220V与额定电流20A之积。电流电机的主控制电路常用元器件为三相全波整流带平波电抗器、续流二极管电路。引入单片机控制单元后，所有电机信号采样过程、移相触发的电路控制、稳定电压或可控整流等内容全部由单片机芯片作为中央控制单元设计控制。若输出电源电压的采样工作存在途径不同，从而导致调速器的控制模式有了恒压与恒速控制之分。双电源输出中的另外一条输出电路将对接直流电机的励磁部分，成为电磁感应中的电流来源。此电源电压的快速变化区间保持[0，200]V，输出电流的峰值也达到2A以上。励磁电压的数值稳定性靠自耦变压器来实施调压，一般硅二极管桥式整流器整流获得。通过上述的简单构造可知，直流电机调速器控制的电路可以三部分划分区间：三相全波可控整流电路、单片机控制电路、采样电路。

2 单片机系统调速器控制的三电路

2.1 三相同步取样电路

该电路在模拟控制电路的动作实施中，并不会改变采样方式，仍然会保持变压器采样的方式。电路中常存在三个变压器，一旦此三变压器的设备硬件性能参数不一致，就会导致整个三相过零采样延时失去统一性，就会无形中增加电压证实有效性的难度，在信号图上表现出波动.现阶段，设计中可利用光耦技术来完成三相同步信号的采样工作，如图1电路原理图所示。电路的设计过程中，需要分清电路的主要组成构件，包括光耦与RS触发器等，三相同步取样电路具有较为固定的结构，可由6个光耦两两成对后以星形拓扑接法对接三相电压输入端。若采样相电压近零，RS触发器会及时发送数字信号到单片机，这些数据点分别对应三相电中的各相位，确保频率相位的一致。

上述电路的设计中，要找准限流电阻，并及时完成筛选以找出选优电阻对象，这样就能够让取样电路中得到的不同数据信号所具有的相位延迟接近于无穷小。当然，通过光耦隔离代替变压器隔离方式的采样电路设计，电路提升了抗干扰能力，稳定性与可靠性不断增强。

2.2 直流电机的单片机系统

直流电机的单片机硬件部分为两片机芯，分别被称之为是主控与触发单片机，前者是单片机功能的硬件主控，后者是触发信号的主体单片机。本文中的拟建单片机系统将采用PIC系列，具有明显的功能及结构优势：哈佛总线框架、13位程序存储器、单周期、单字节传输指令、抗扰能力突出、内部集成多路数模转换电路，能够较高质量匹配本文的设计单片机所需。在硬件选材中，以PIC系列中的PIC16C74为主控，以PIC16C71为触发，合作完成单片机硬件核心。主控与触发之间借助三根数据线相连。当主控机接收到三相同步信号以及回馈输出电压信号后，可通过比例积分线性调节算法来计算触发移相角。对所设定的6触发点定时，以相电压过零点为起始时间，结束定时后，触发单片机产生信息脉冲经过3根数据线激励触发单片机下发触发信号，待触发机输出脉冲信号后可对6个可控硅发起触发指令。

2.3 可控硅触发电路

将双脉冲触发信号作为可控硅触发电路中的主要传输信号，可在单击触发动作后同时触发不同的两个可控硅，如此直接增强了可控硅触发开启的可靠保障。在可控硅触发电路中，其主要的技术参数为：发生脉冲束频率100kHz、单脉冲循环内的占空比50%、脉冲束宽度2ms。PIC单片机上引脚众多，可输出脉冲信号后再接受功率放大，借助变压器实现隔离传递，最终传至可控硅门极。需要注意：触发电路电源两端外电压达12V，变压器副边输出电压达到5V，电流保持0.1A水平。

3 结束语

本文简述了基于PIC单片机构建直流电机调速器控制电路的思想，通过积极的改造和验证，较之传统的模拟控制电路稳定性大幅提高，且结构稳定性、控制精度等都有较大改观，表明当前的改造是成功的，具有可操作性。

参考文献

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[2]朱新华，周龙.基于单片机的直流电机调速系统设计[J].现代制造技术与装备，2016（01）：72-74.

[3]黄伟锋，吴丽宏.基于单片机的直流电机调速系统设计与仿真[J].机电工程技术，2010，39（12）：74-76.

作者简介

余顺云（1981-），男，重庆市万州区人。大学本科学历，工程硕士。现为重庆市三峡水利电力学校讲师。

作者单位

重庆市三峡水利电力学校 重庆市 404000endprint