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1引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展，單片機(jī)正向各工業(yè)領(lǐng)域滲透。由于它體積小，設(shè)計(jì)靈活、運(yùn)算速度快，從而成為工控領(lǐng)域的優(yōu)選控制手段。目前許多吹膜機(jī)中，直流機(jī)仍在大量使用，用微機(jī)技術(shù)對(duì)吹膜機(jī)進(jìn)行更新?lián)Q代的改造，可使設(shè)備性能大大改善，運(yùn)行可靠性明顯提高，且避免了設(shè)備更新的巨大投資。本文的設(shè)計(jì)曾成功應(yīng)用于橡塑及印染行業(yè)的設(shè)備改造，成功地替代了一臺(tái)損壞的意大利進(jìn)口設(shè)備中82kW直流拖動(dòng)部分。
2總體方案
晶閘管直流拖動(dòng)系統(tǒng)中決定整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)的關(guān)鍵在于控制回路，主電路方案差別并不大。本文的主電路可適應(yīng)新式440V直流機(jī)，配合本文的控制和驅(qū)動(dòng)電路可適用于200k W以下的中、小功率直流拖動(dòng)系統(tǒng).主電路中LD為進(jìn)線電抗，LH為電流互感器，RY為壓敏電阻，F(xiàn)為速熔，主回路系統(tǒng)的尖峰過(guò)壓靠壓敏電阻和阻容吸收電路共同抑制，其轉(zhuǎn)速、電流、缺相、熔斷保護(hù)及勵(lì)磁失磁等信號(hào)一并送入控制回路由微機(jī)統(tǒng)一處理。
主回路由晶閘管三相全控橋構(gòu)成，純電感負(fù)載時(shí)其輸出平均直流電壓可表為:Ud=2. 34U2cosa其中Ud為輸出直流電壓平均值，U:為三相進(jìn)線的相電壓，a為晶閘管觸發(fā)控制角。當(dāng)進(jìn)線相電壓為220V時(shí)，考慮到進(jìn)線電抗造成的壓降及線路損失.其a=0時(shí)的直流輸出電壓平均值約有460V，比電機(jī)額定稍有盈余。
整機(jī)共設(shè)有三級(jí)過(guò)流保護(hù)及缺相，勵(lì)磁失磁，主快熔熔斷，相序等保護(hù)，并有相應(yīng)的顯示及聲告警。一級(jí)過(guò)流保護(hù)為軟件形式，主回路電流一旦超過(guò)一級(jí)整定閡值則由單片機(jī)停發(fā)觸發(fā)脈沖，二級(jí)過(guò)流由硬件強(qiáng)行關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路電源，三級(jí)過(guò)流由執(zhí)行機(jī)構(gòu)強(qiáng)行拉斷主回路繼電器。
驅(qū)動(dòng)電路采用了中功率VMOS管及脈沖變壓器隔離，其最大觸發(fā)脈沖峰值可達(dá)400mA，足可以觸發(fā)1000A以下任何型號(hào)的普通晶閘管。觸發(fā)脈沖為單片機(jī)產(chǎn)生的1200方波，為提高觸發(fā)可靠性，整個(gè)脈沖被高頻率脈沖調(diào)制，由于采用了與電源相位鎖定的倍頻技術(shù)，六路脈沖將3600周期均勻分為六份，從而實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的等間距觸發(fā)。
3控制電路原理
本控制電路主要由8031最小系統(tǒng)，A/D，同步信號(hào)移相，鎖相倍頻電路，保護(hù)電路，脈沖整形放大驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。U4A,W1,R102-104及C103構(gòu)成移相電路，由電源側(cè)預(yù)處理得到的同步信號(hào)經(jīng)TBS端輸入，調(diào)整wl約可得到1000相移。當(dāng)A/D滿度時(shí)，這樣寬的調(diào)整范圍再配合調(diào)整同步信號(hào)相位已足能使鎖相輸出的50H:方波后沿與晶閘管的零觸發(fā)角對(duì)齊。
由移相電路輸出的50Hz正弦信號(hào)與分頻電路得到的50H:方波信號(hào)分別進(jìn)入鎖相環(huán)4046的鑒相器兩輸入端，其相位差信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波器加于壓控振蕩器輸入端VCOIN,從而控制其輸出頻率。此頻率經(jīng)404。的28分頻和74LS92的六分頻生成50Hz方波重新加于鑒相器輸入端。當(dāng)兩50H:信號(hào)間有一固定相位差時(shí)，整個(gè)鎖相環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。一旦兩相位差發(fā)生變化，則環(huán)路濾波器將輸出一校正電壓以改變壓控振蕩器的輸出頻率，使兩50Hz相位差重新鎖定在正確的數(shù)值上。由74LS92的QD端輸出的50H:方波直接送入8031的INTO端做為標(biāo)準(zhǔn)同步脈沖，由4040的Q8端輸出的6 X 50Hz信號(hào)直接送入8031的INT1端做為每相晶閘管觸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)相信號(hào)，由4046的VCOUT端輸出的信號(hào)可做為1200觸發(fā)脈沖的高頻調(diào)制脈沖，并同時(shí)送往8031的TO及T1計(jì)數(shù)器輸入端，由于該頻率經(jīng)6X28分頻后已與50Hz電源頻率嚴(yán)格鎖定，故每一電源周期之內(nèi)它恰巧有6 X 2'= 1536個(gè)脈沖，則3600的周期被均勻分成1536份，每脈沖間隔約代表0. 20電角度，若利用8031的T0,T1計(jì)數(shù)器在標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)相和同步脈沖的作用下分別對(duì)此脈沖列計(jì)數(shù)，則對(duì)晶閘管觸發(fā)角的控制實(shí)際上已經(jīng)數(shù)字化，其最小分辨率約合0. 2。電角度。由軟件產(chǎn)生并經(jīng)P1. 0-P1. 5口送出的120觸發(fā)方波經(jīng)調(diào)制后由74LS06及VMUS管整形放大，送往脈沖變壓器及觸發(fā)電路，處理后去觸發(fā)主晶閘管。
本控制電路設(shè)計(jì)包括一系列保護(hù)電路，本文僅論述一級(jí)過(guò)流保護(hù)電路原理。電路如圖3所示。整機(jī)模擬電流信號(hào)由GL端輸入，U 12C構(gòu)成一闌值電壓可調(diào)的施密特觸發(fā)器，其輸出電壓擺幅約士1OV，其回差電壓可借助調(diào)整電阻R433改變，電路上電時(shí)由于C432的上拉作用，觸發(fā)器必在上電后輸出正電壓。調(diào)整電路參數(shù)可使觸發(fā)器的下觸電壓VT一為負(fù)值，由于GL，信號(hào)不會(huì)小于零，則觸發(fā)器一旦由于過(guò)流翻轉(zhuǎn)成負(fù)輸出，就不可能再翻回原態(tài)，除非關(guān)機(jī)再開(kāi)。這種功能可防止過(guò)流故障的重復(fù)出現(xiàn)。過(guò)流輸出信號(hào)經(jīng)R434及R435分壓后加于緩沖門(mén)7417，并分別被送往8031的P3. 1口及故障顯示，報(bào)警蜂鳴器電路。因7417內(nèi)部加有鉗位保護(hù)二極管，故可承受有一定內(nèi)阻的負(fù)電壓輸入。
4軟件流程
整個(gè)程序由主程序，INTO中斷、INT1中斷及TO,T1中斷程序構(gòu)成。為準(zhǔn)確認(rèn)相，在8031內(nèi)存中設(shè)有六相脈沖相序寄存器單元PH, INTO每中斷一次僅將此單元清零，INT1則每中斷一次將PH內(nèi)容增1，并裝載起動(dòng)計(jì)數(shù)器對(duì)T0,T1的輸入脈沖計(jì)數(shù)，其裝載初值直接與A/D結(jié)果有關(guān)，由于全控橋觸發(fā)脈沖的最大移相范圍不會(huì)超過(guò)1200，故采用兩計(jì)數(shù)器輪流計(jì)數(shù)的方式已夠應(yīng)付.T0,T1中斷僅負(fù)責(zé)向P1口發(fā)脈沖碼，
5結(jié)束語(yǔ)
本文利用相位鎖定技術(shù)實(shí)現(xiàn)了晶閘管的等間距觸發(fā)并使觸發(fā)角控制數(shù)字化，對(duì)橡塑、印染行業(yè)某些吹膜機(jī)的更新改造結(jié)果說(shuō)明，本設(shè)計(jì)能使吹膜機(jī) 煥發(fā)青春，性能改善，運(yùn)行可靠性提高。其調(diào)速比可升到100 - 1以上，穩(wěn)速精度可達(dá)0.5%，且兩年多來(lái)整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的故障率幾乎為零，使設(shè)備維護(hù)工作量大大減輕。