技術領域
本實用新型涉及一種低諧波交流電機控制器，特別是涉及一種由本發明提供的交流電機控制電路。
背景技術
目前常用的電機輸出功率控制電路如圖1所示，改變雙向可控矽t1的導通角θ，便可實現對電機的交流電壓進行調節。在電源上端為正的半周內，在控制角α的時刻觸發t1正嚮導通，當電源電壓過零時t1自行關斷；同理在下半周時電源上端為負，從電壓過零點開始，延遲同樣的控制角α觸發t1反嚮導通，於是在電機上得到與上半周對稱的缺角正弦波。當電源電壓過零時t1自行關斷。
這樣在乙個週期內，t1在正、負半周各被觸發導通一次，於是在電機上得到如圖2所示的交變電壓。改變控制角α,就可調節輸出交流電壓的大小，當α由0°變至180°時，輸出電壓值便由交流電源電壓uo下降至零。加在電機上的交流電壓uo與控制
角α的關係如式（1）：
0； (2nπ<ωt≤2nπ+α 或 (2n+1)π<ωt≤(2n+1)π+α)
uo u2sinωt；(2nπ+α<ωt≤(2n+1)π 或 (2n+1)π+α<ωt≤2(n+1)π)
（n=0，1，2………）
（1）其有效電壓值為：
u=u2×√1÷2π×sin22)
由上可知只要調節控制角α，即可改變電機的電壓值，達到控制電機輸出功率的目的。在圖1所示的電路中，只要通過調節電位器rp1的大小改變c2的充放電時間，就可獲得不同的控制角α。
採用這種移相控制方法來實現的電機功率控制，由於輸出的交流電壓在正、負半周完全對稱，用傅利葉級數對其展開，諧波成份主要表現為奇次波，在電機功率較小時，諧波值都能達到電磁相容性（emc）標準要求。但當電機功率增大後（如：大於1400w），通過測試發現只有在前控制角α較小時，諧波電流值還能達到emc標準要求，α增大時諧波值明顯加大，當α達到90°時諧波最大，嚴重超出emc標準要求。
因此，採用圖1所示的普通可控矽移相控制電路，對大功率交流電機進行控制是無法滿足emc標準要求的。
針對上述情況有人提出了一種對相鄰二個正弦波的導通角進行互補控制，避開產生高值諧波導通角的演算法。這種控制演算法的主要原理是，對加在交流電機兩端的交流電壓以720°為乙個控制週期，對前兩個180°半周和後兩個180°半周分別採用不同的控制角，這樣得到的交流電壓波形如圖3所示，加在電機上的交流電壓uo與控制角α、α1的關係如式（3）：
0； (2nπ<ωt≤2nπ+α或 (2n+1)π<ωt≤(2n+1)π+α或
2(n+1)π<ωt≤2(n+1)π+α1或 (2(n+1)+1)π<ωt≤(2(n+1)+1)π+α1)
uo= u2sinωt；(2nπ+α<ωt≤(2n+1)π 或 (2n+1)π+α<ωt≤2(n+1)π或
2(n+1)π+α1 <ωt≤(2(n+1)+1)π或 (2(n+1)+1)π+α1) <ωt≤2(n+2)π
（n=0，1，2………）
（3）用傅利葉級數對上式展開，其諧波既有奇次波又有偶次波，只不過幅值不同而已。如能控制好α與α1之間的關係，就能有效地降低諧波電流強度使其符合emc標準要求，並使電機的輸出功率基本連續可調。該控制方法的優點是不用改動電機結構，只要增加少許成本，就可有效地降低諧波電流值。
但是它所採用的還是移相控制的方法，當功率大到一定程度時還有可能產生高頻電磁波幅射給無線電或其他裝置帶來干擾。這種交流電機的控制方法在歐洲已有一家德國公司申請了專利，其專利號為ep0859452a1。
發明內容
本發明的目的是提供一種解決前述問題的方案，並且提供一種實現該方案的具體電路，以實現對交流電機進行輸出功率控制，達到大大減小諧波和電磁波輻射的目的，並在滿足emc標準要求的諧波限定值內，控制大功率交流電機（如2000w）輸出基本連續可調的功率。
本發明的原理是，用過零觸發的方法通過改變在設定的週期內周波的導通數來改變雙向可控矽輸出的平均電壓。在設定的週期內導通的周波數愈多，則輸出的平均電壓愈高，反之則愈小。用這種方法控制雙向可控矽輸出的有效電壓值如式（4）：
ud= √(n÷(f×t)) ×u4）
ud…………………輸出的有效電壓；
n……………………設定週期內的周波數；
f……………………電源頻率；
t……………………設定的週期；
u……………………電源的有效電壓值；
從式（4）分析可知設定的週期愈長則調節愈細，但設定的週期過長會引起調節靈敏度降低，因此一般取四到六個周波時間為設定的週期，然而這樣調節輸出的電壓值是不連續的，因此用過零觸發控制雖然能有效地解決諧波干擾，但要達到輸出功率基本連續可調還很困難。從前面的分析我們可以發現，在移相控制中當控制角α較小時，諧波值還是能達到emc標準要求，因此我們將過零觸發控制和移相控制兩者結合起來，充分利用過零觸發諧波干擾小，不會產生高頻電磁波幅射的優點與移相控制電壓連續可調的長處，揚長避短，達到低諧波交流電機功率控制的目的。根據此原理得到的輸出電壓波形如圖4所示，其輸出的有效電壓值各為：
ud= √2÷(f×t) ×u×√1÷2π×sin24-a
ud= √2÷(f×t) ×u4-b
ud= √3÷(f×t) ×u×√1÷2π×sin24-c
ud= √3÷(f×t) ×u4-d
ud= u×√1÷2π×sin24-e
ud= u4-f
要實現基於上述原理的低諧波交流電機功率控制，涉及到大量的邏輯和算術運算，常用的可控矽控制電路實現起來相當困難，如開發專用的大規模積體電路，使必會大大增加控制器的成本。為此我們採用了單片微處理機（mcu）作為整個控制器的核心，配以專用的控制
軟體，將硬體與軟體有機地結合，在保證控制器效能、功能和可靠性的前提下最大限度地降低控制器成本。本控制器的原理框圖如圖5所示，它包括mcu、過零檢測電路、控制輸入電
路、電源電路、可控矽驅動電路和雙向可控矽等組成。電源電路的功能是為整個控制器提供+5v的直流工作電壓；過零檢測電路將交流正弦波轉換成方波訊號輸入到mcu外中斷口，當交流電壓過零時，使mcu中斷產生事件；控制輸入電路的功能是將接收到的電機輸出功率設定值傳送給mcu，控制輸入電路可接收三種輸入訊號，分別是：按鍵訊號、紅外遙控訊號和電位器設定訊號； mcu在接收到由過零檢測電路傳來的中斷事件後，按電機輸出功率設定值的要求，通過運算由輸出口輸出相應的控制觸發脈衝，經可控矽驅動電路，控制雙向可控矽通、斷以達到控制電機輸出功率的目的，控制器的程式流程如圖6所示。
控制器的電原理圖如圖7所示，1v1、1v2和1r3為過零檢測電路；n1、c1、1s1、1s2為控制輸入電路；1r8、1r9、1r10和1v5為可控矽驅動電路；1v4為雙向可控矽；1r11、1r12、1c6、1c7、1c8、1c9、1v6、1v7和1v8為電源電路； 1d1為mcu，其它電路為mcu的外圍電路。
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