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菜鳥交流調壓應用筆記

admin @ 2014-03-26 , reply:0

概述

0.寫在前面的一些東西 最近小弟被一些亂七八糟的事情折騰得不行,忽兒想到可以忙裡偷閒參加下本站的活動透透氣,也算是給以前的試驗工作做個總結吧。文章題目叫做“菜鳥交流調壓應用筆記&……

0.寫在前面的一些東西 
最近小弟被一些亂七八糟的事情折騰得不行,忽兒想到可以忙裡偷閒參加下本站的活動透透氣,也算是給以前的試驗工作做個總結吧。
文章題目叫做“菜鳥交流調壓應用筆記”,一來,因為自己學的是機械專業,搞這個交流調壓純粹是奉命越俎代庖;二來,做這個東西的途中繞了不少彎路,亦符合一名菜鳥的合理表現。
現在把文章貼上來,借二姨寶地讓各位評看一番。文中可能多有概念/事實性的錯誤,也歡迎大家前來批評,不吝板磚橫飛,刀槍斧正。

1.本活計的由來
 因為完全不涉密,小弟就大膽講明了。
 做這個交流調壓,是為一台超凈台的負壓排風設備準備的(超凈台就是一種實驗設備,生物實驗等場合常用)。原本的設計如下圖1-1所示。
 
圖1-1 六檔風速調節
採用的器件非常好理解,為了方便調壓,找了一個六檔輸出的自耦變壓器(據說做安全櫃的風機,帶調速檔的用的基本都是這個東西)。東西拿回來以後,花了一天時間做了個繼電器板;又自製單片機控制板一個,按著下面的圖1-2,沒幾天就倒騰出來了,調速的效果還行。
  
圖1-2 自耦變壓器與繼電器板
哪知天災人禍,做完了東西,老闆突然又翻臉了(朝令夕改乃一大特色),認為:這有級調速,很土很過時;俺們要整就整個無級調速的,外加風速感測器一隻,做成帶風速閉環的自動無級調速器。這下把小弟害苦了。風機是個帶電容運轉的單相電機,外加離心葉輪;直流調速還讓我好理解些,這個交流調速,怎麼個弄法?眼前也沒有師傅可以請教,就只好自已上網找資料去了。
 先找成品吧,發現有料:有現成的交流調壓器賣。等等,調電壓怎麼能給交流電機調速呢?按照課本公式,要調速不是變極對數就是變頻,怎麼可以用調壓的方法來調速呢?不過網上的風機水泵調速器,好多都是調壓式的。之前不理解,後來想明白了。這個咱後面再說。

2.熱身
 現在目標明確了,就是整個交流調壓器。不過,因為想自已學點東西,就沒買現成的,準備山寨一個出來。磨刀不誤砍柴功,了解一下基本原理先[1]。
 調壓的方法也有很多種,如圖2-1,要是仔細找找的話,應該還能分得更細的。因為小弟以前知道過一些可控硅的東西(其實也就是課上講過),所以,毫不猶豫地,就挑上了可控硅移相觸發的調壓方式。
 
圖2-1 交流調壓原理
a,周波控制調壓 b,相位控制調壓 c,斬波調壓
 仔細想了想要準備的東西:
 主角:可控硅一隻,一瞅要對付交流電,直接用雙向可控硅了(洋名TRIAC),我用的是BTA16/600B
 導演:單片機一隻,小弟窮,眼光又短淺,就直接去宏晶北京辦弄了兩隻STC來。
 就是它們倆(圖2-2)
 
圖2-2 主要的器件
 一開始以為這樣就OK了,後來一想,不成,要移相觸發呀,得先有能檢測交流過零信號的電路,於是,上網隨便找了一個圖(圖2-3);又去電子市場訂了一個電源變壓器,好方便用上低壓交流電。然後呢,觸發可控硅怎麼弄呢?翻了好幾本舊書,終於找到了:有用TRIAC驅動光耦的,也有用脈衝變壓器的。小弟向來喜歡便宜貨,就直接買了幾個MOC3020,這下東西差不多都有了。
 
圖2-3 交流過零檢測電路

3.發現問題
 洋公司就是好(太崇洋媚外了),什麼文檔都有一些。上仙童的網站上搞下來幾個Application Note[2],再看了看TI的Datasheet[3],然後如法炮製。“反正是交流調壓,照做應該沒問題吧?”我心想(想當然似乎是菜鳥們的通病吧)。於是乎一下午的時間,照這個圖把電路弄了出來,如圖3-1。
 
圖3-1 雙向可控硅驅動阻性負載
 先不給風機上電。給過零檢測電路通上電試試,還好,波形出來了,正反向過零檢測,100Hz,先竊喜一下。再試下移相觸發信號,貌似也沒問題(圖3-2)。
 
圖3-2 過零與觸發信號示意圖
這下好了,波形都搞對了,讓俺先在風機上試一把。上電,風機轉起來了。然後,按幾下按鈕,讓它減速。
 見鬼了,盯著示波器看,明明觸發信號一點點的后移了,這風機怎麼就沒動靜呢。半個工頻周波周期是10ms, 我就給可控硅設計了個0~9500us的可調觸發延時時間。過了一會,觸發信號的延遲到3000us的時候,風機抽瘋了——一下快,一下慢地轉著;再下去,等觸發延遲快到7000us的時候,風機跟死在那兒一樣,一動不動了,只聽見風機繞組發出嗡嗡的響聲。

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