过零调功调速调光中双向可控硅方法的应用

1、过零调功调速调光中双向可控硅方法的应用摘要：双向可控硅属于大功率电子器件，此种电子器件在工程中应用广泛。双向可控硅在交流设备中采取过零触发这种触发方式。本文基于此设计一种可控硅的过零调功调速调光控制方案，方案硬件设计简单，维护检修容易，可为同类产品开发提供一些可借鉴的参考。关键词：过零调功调速调光；双向；可控硅中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：2095-8595202105-001-003电子科学技术URL：/china-est DOI：10.16453/j.issn.2095-8595.2021.05.001Abstract：Triacisahighpowerelectron

2、icdevice，whichiswidelyusedinengineering.BidirectionalthyristoruseszerocrossingtriggeringinACequipment.Basedonthis，thispaperdesignsazerocrossingpowerregulatinganddimmingcontrolschemeforthyristor.Thehardwaredesignissimple，themaintenanceiseasy，anditcanprovidesomereferenceforsimilarproductdevelopment.Ke

3、ywords：ZeroCrossingPowerRegulationSpeedRegulationDimming；Bidirectional；SCR引言双向可控硅属于功率半导体器件中的一种，又称为双向晶闸管，这种半导体器件多在单片控制系统中作为功率的驱动元器件使用，还能在智能家居系统中当作调光器使用【1】。鉴于双向可控硅不存在反向耐压问题，电路控制简单，特别适合在控制系统中充当交流无触点开关来使用。将单片机控制系统利用光电耦合器在可控硅控制极中进行加载，可将驱动功率还有可控硅触发时所产生的干扰最大限度减小【2】。在我国，一般电气设备的工作状态都是50Hz频率交流电，在这种电路下，每10ms时电

4、压就会过零点，在这种交流电路下，双向可控硅在触发点采取的电路多是过零触发电路【3】。此次所介绍的调功调速调光方法是在检测到过零点之后，延迟一定时间之后通过可控硅进行驱动，将交流电每半个周期下的导通占空比进行调节，从而实现调功调速调光。1可控硅过零调功调速调光的原理可控硅过零调功调速调光的公式是P=T×，在此公式中，P表示的是电功率，kW；T表示的是外部阻力矩，N·m；表示的是角速度，rad·s-1。按照上面公式，外部情况不变的状态下，也就是T保持不变的时候，电功率在规定时间中出现的变化会导致角速度发生改变，此时对电功调节就能够实现调速目的。工作电压在过零调功时是一

5、个完整的正弦波形，电压最大的特点是过零导通并且过零截止。而过零调功就是要在规定时间中将负载交流正弦波的个数进行改变，通过这种改变对负载功率到达调节控制的目的。鉴于可控硅电压过零或者是电流过零的时候可触发导通，而导通状态下波形属于完整正弦波或者是半波，因此调功调速过程中可控硅移相调压在方式上不存在相应缺点，且可控硅导通是在电压过零状态，此状态下电路负载电流还有电流的变化率都不是很大，这种变化不会对可控硅工作平安造成影响。交流电路中将两个晶闸管并联后再进行串联，晶闸管交流输出功率通过改变单片机的编程来实现，工作中频率不变，这种方法属于交流电下的电力调控4，5。而晶闸管对输出电压波形做出周期性采样之

6、后会产生触发延迟角，工作中触发导通的周期还有关断周期的比例同负载所消耗的平均功率是直接相关的。而要到达调光目的可将单片机当作主控芯片，將光电耦合器在50Hz这样频率变化下将电路中的交流电转化成方波信号，以实现过零点检测目的，过零点检测后就能够将单片机控制信号转化成可控硅控制极的触发信号6，7。2硬件电路设计硬件电路在设计上要实现的功能是要对工作状态下电压的正过零还有负过零进行检测，单片机对门控电路电平通过控制门进行有效控制，从而对可控硅在过零时所触发的脉冲个数进行有效控制。2.1过零检测电路研究中主控芯片采用PIC16系列的89C51单片机Microchip公司生产，光电耦合器型号为MOC30

7、41，工作频率50Hz，可控硅采用BCR16LM型双向可控硅。过零检测电路设计的一个最终目的是确保50Hz交流电在通过零点的时候将脉冲有效取出。研究中过零控制通过2个光电电耦合器控制实现，工作原理如图1所示。交流电源经过R12加载到反并联的2个光电二极管上面，D1及D2两个二极管在交流电源正、负半周状态进行轮流导通，D1及D2导通下，T1及T2两个三极管也会实现轮流导通。导通期间低电平自V0端输出，交流电源在过零瞬间，线路中的两个二极管都会被截止，此时V0端会输出高电平，高电平输出后会得到10ms周期的一个脉冲信号，将此信号输送到89C51下的INT0引脚位置，并每间隔1s就向单片机进行100

8、次中断的申请，通过申请来实现100次/s的一个中断控制周期。此过零检测电路在设计过程中实现了当零点存在电源电压通过的时候就会有准确过零脉冲产生，电路工作状态稳定，可以满足电器在工作状态下的平安工作要求。2.2可控硅的触发电路此电路在设计中光耦采用的是MOC3041双向可控硅过零光耦，此光耦在设计上能够集过零检测、光电隔离还有过零触发等众多功能为一体，线路输入通道及输出通道对于双向可控硅触发无需同时触发，双向可控硅过零光耦输出通道中的隔离驱动电路大大简化，可控硅的触发电路如图2所示。此电路的工作原理为：单片机对用户参数设置进行相应，并在I/O口将高电平输出，输出之后的高电平经过反向器做反向处理，

9、反向处理后将低电平输出，导通光电耦合器，让光电耦合器对双向可控硅进行同时触发，从而将整个电路导通，确保其能正常工作。在一定时间下，负载所获得的功率可以表示为8：上式中，P表示的是负载下的功率，kW；n表示的是一定时间内可控硅所导通的正弦波的个数；N表示的是一定时间内交流正弦波的个数；U表示的是一个电源周期下可控硅全导通状态下所对应的电路电压的有效值，V；I表示的是一个电源周期下可控硅全导通状态下所对应的电路电流的有效值，A。通过此公式可以得知，当电压、电流、交流正弦波个数都是定值的情况下，只需要对一定时间内可控硅所导通的正弦波的个数进行调节改变，就能够对电机的转速来进行有效调节。3软件设计此程

10、序在软件设计上触发方式采取双向可控硅过零触发，双向可控硅通断由单片机来进行控制。单片机能够将控制周期下可控硅导通还有交流关断状态下的完整全波或者半波的信号个数进行控制，此控制周期我们定为1s，在1s下可控硅所导通的正弦波的个数变化是对负载功率进行调节的关键，通过功率调节最终到达了调速调光这样的目的。鉴于INT0信号能够对过零时的工频电压产生反应，因此只要将过零时中断效劳程序在外进行中断就能够实现对控制门开启或者是关闭的控制，而利用中断效劳的次数对一定时间内可控硅所导通的正弦波的个数进行计数性判断。效劳次数每中断1次，所对应的一定时间内可控硅所导通的正弦波的个数n便进行-1的计数。计数过程中，如

11、果n0，那么需将控制电平保持在“1这个水平，并将控制门继续翻开；如果n=0，那么需将控制电平复位到“0这个位置，并将控制门关闭，这样就可以让可控硅过零时所触发的脉冲不再通过。按照上述设计对双向可控硅通断进行控制，就能够实现对可控硅过零进行控制，并通过效劳次数改变，控制一定时间内可控硅所导通的正弦波的个数，最终得到按照控制量进行控制，并实现调功调速调光的目的。1主循环的控制程序：主循环控制程度是在初始话数据存储单元之下，确定调功调速调光器的工作参数，并将这些工作参数转换成一定时间内可控硅所导通的正弦波的个数，对中断的优先权还有开断进行确定，确保正弦波完整性。单片机需要对电路负载进行判断后进行复位

12、，如果存在负载就会进行主循环，并在主循环中等待中断到来，工频过零时需要将INT0同步中断，并对高一级中断源进行确定。2中断效劳程序：对中断效劳程度进行执行的时候需要对现场进行有效保护，将INT0位置定义为中断的标志位置，严禁主程序对工作参数进行修改。在INT0中断位置进行-1的计数，从而对双向可控硅是否关断进行判断，并决定是否将调功调速调光器进行关闭，调功调速调光器关闭之后，INT0中断位置数据进行清理处理，所有数据初始化，工作线路现场恢复，中断返回。外中断过零时通过对双向可控硅在1s这个特定周期范围内所能够导通的正弦波的个数来进行控制，得到1s这个特定周期范围内交流正弦波总个数，当交流正弦波

13、总个数N=100的时候，INT0中断位置数据进行清理处理，所有数据初始化，工作线路现场恢复，中断返回。4实验结果及结论此次研究与传统可控硅的调速调功调光不同，通过对每个周期中双向可控硅导通所占的空比对负载功率进行控制。这种设计在电炉、交流电机等等大功率的交流设备中都可以应用，经过大量实验证明控制方法平安可靠。本文主要对过零检测及触发电路进行了设计，过零检测过程中如果检测到过零的时候会发出中断请求，软件设计简单，可以为同类产品开发提供一些可借鉴的参考。参考文献【1】王天凤.双向可控硅调功电路的实现与应用J.电子世界，202123：88-88.【2】张保建.调光调速类产品中可控硅导通角应用的研究J.自动化应用，20214：46-47.【3】张伟，杨森林.基于单片机的SCR过零控制实现研究J.煤矿机械，2021，371：243-245.【4】李炜，章庆.交流电力控制调整器的设计与实验仿真J.工業c，20214：00099