摘要：本文介紹在三速單相電動機中採用分時接通的方法提高電動機的轉速檔次，使電動機具有二十檔轉速的調速能力和更好的節能效果，這種方法無需增加較多的硬體，僅在控制器中採用新的調速程式，即可達到提高風扇風速檔次和節能的目的。關鍵詞：
調速；單相電動機；微控制器0前言
目前，三速單相電動機結構簡單，成本較低，控制方便，它使電風扇具備高、中、低三檔轉速，提高了電風扇的供風質量，因此，這種單相電動機在家用電風扇得到廣泛的應用。但是，當需要進一步提高電風扇的質量和品位時，僅具有三檔轉速的單相電動機就不能滿足電風扇的要求，必須提高單相電動機的調速能力。我們使用無觸點開關分時接通的方法，在硬體電路基本不變的條件下，使三速單相電動機具有二十檔轉速的調速能力。
1三速單相電動機開關調速的原理
三速單相電動機調速電路如圖1所示，l、m、h分別為單相電動機的低速抽頭、中速抽頭和高速抽頭，單相電動機採用電容執行方式，三個抽頭與電源的連線由三個雙向閘流體tl、tm、th來控制，當tl導通時電動機的低速抽頭與電源連線，電動機低速運轉，同樣，tm導通時電動機中速運轉，th導通時電動機高速運轉。我們採用分時接通l、m、h的方法，可以調節電動機的轉速，使三速單相電動機獲得多於三檔轉速的變速能力。設電源頻率為50hz，其週期為0.
02s，取調速週期ts=8t（t為電源週期），低速調速時，調速週期內不接通任何乙個閘流體，則電動機的轉速0，調速週期內全接通閘流體tl，則電動機低速運轉，但如果在8個電源週期內，n個週期接通閘流體tl（0≤n≤8），其他時間不接通，那麼，在電動機的低速下可獲得8檔更低的轉速。同樣，中速調速時，調速週期內全接通閘流體tl，則電動機低速運轉，全接通閘流體tm，則電動機中速運轉，如果在8個電源週期內n個週期接通閘流體tm，（8-n）個週期接通tl，那麼在電動機的低速和中速之間可獲得8檔轉速。同樣道理，在中速和高速間又可獲得8檔轉速。
由此可見採用分時接通的方法，可以使只有三檔轉速的三速單相電動機具有二十四檔轉速的調速能力。
2三速單相電動機開關調速的硬體和軟體設計
三速單相電動機調速電路如圖1所示，某家用電風扇的單相電動機採用微控制器
atmel89c2051控制，微控制器的輸出埠p1.5、p1.6、p1.
7經反相器與閘流體tl、tm、th的控制極連線，當p1.5=「0」時，閘流體導通，電動機可低速運轉，反之，p1.5=「1」時，閘流體截止，電動機停轉，即由p1.
5輸出電位控制電動機的低速檔；同樣，由p1.6輸出電位控制電動機的中速檔，p1.7控制電動機的高速檔。
同步電路每個電源週期產生乙個脈衝訊號，並在電源電壓由負變正時產生脈衝的下降沿。同步訊號由int0中斷口輸入微控制器。三速單相電動機開關調速的控制方法如下：
在每個電源電源電壓由負變正過零時，同步電路產生乙個脈衝訊號，向微控制器申請中斷，微控制器響應中斷後執行調速程式，按給定的轉速**輸出轉速訊號，調節電動機轉速。取調速週期ts=8t（t為電源週期），調速程式必須經過8次中斷才能輸出乙個轉速**的轉速，在調速週期內不能接受新的轉速**，否則電動機的轉速將不受控制。在調速程式中，採用乙個儲存單元（34h）作為轉速輸入單元，另乙個儲存單元（37h）作為電源週期指示器，記錄已經輸出的電源週期，控制器需要改變風扇的轉速時，隨時可以向（34h）單元寫入轉速**，但只有電源週期指示器的數值為零時，調速程式才能將（34h）單元的資料變成實際輸出的訊號。
電源週期指示器的初始值為00h，int0每中斷一次調速週期定時器加1，直至電源週期指示器為08h時，重新清零，並且讀入轉速輸入單元（34h）的資料。
在調速程式中，我們採用8位資料記錄風扇的轉速**，其中低3位（b2b1b0）表示接通比例n，第4、5位（b4b3）表示接通檔次，高3位（b7b6b5）不用。接通檔次表示調速為低速調速、中速調速還是高速調速，其值為b4b3=，當接通檔次為00b時，在轉速**設定的接通比例內接通閘流體tl，接通比例外不接通閘流體；當
接通檔次為01b時，在轉速**設定的接通比例內接通閘流體tm，接通比例外接通閘流體tl，當接通檔次為10b時，在轉速**設定的接通比例內接通閘流體th，接通比例外接通閘流體tm；當接通檔次為11b時，接通比例只有00h一種，這時在整個調速週期內接通閘流體th，電動機高速運轉。接通比例的取值範圍000b-111b，由此可知，轉速**的取值範圍為00h-18h，總共25個**，其中00h為零速，01h-08h為低速檔**，09h-10h為中速檔**，11h-18h為高速檔**。所以電動機除零速外共有二十四檔轉速。
這樣定義轉速**的優點是三檔轉速的**時連續的，並且**的大小與轉速的高低相關。
調速程式的控制演算法如圖2所示，電源週期指示器指示在乙個調速週期內已經過的電源週期的數目，其初值為00h，n為轉速**中的接通比例。
int0每中斷一次電源週期指示器的值加1，直至08h時重新置零，因此，可以用電源週期指示器來控制接通閘流體的電源週期數，實現轉速**中接通比例對電動機轉速的控制。為了便於程式設計，我們引入乙個控制位c，在轉速**設定的接通比例範圍內，控制位置c=1，在轉速**設定的接通比例範圍之外控制位置c=0，再根據轉速**的接通檔次，可以算出需要接通閘流體的**，即
閘流體的**（t1t0）=（接通檔次位b4b3）+控制位（c）
這裡閘流體的**t1t0=，其中00b表示不接通，01b表示閘流體tl，10b表示閘流體tm，11b表示閘流體th。閘流體**算出之後即可根據閘流體**與控制訊號的邏輯關係獲得相應的控制訊號，輸出相對應的訊號，對電動機的轉速進行控制。閘流體**與輸出控制訊號的邏輯關係為：
根據上述控制演算法，我們編寫控制程式，實驗證實上述方法可以調節三速單相電動機的轉
速，使僅有三檔轉速的電動機具備二十四檔轉速的調速能力，但這個方法有一些缺點，主要是：
1）電動機的轉矩是脈動的，使電動機的機械雜訊增大，必須採取良好的潤滑和防止轉子軸向運動的措施減少雜訊。為了在調速週期內電動機的轉矩較為平滑，減少脈動，可採用改進的控制位波形如圖3所示，在接通比例不變的前提下，平均分布接通控制位，減少電動機轉矩的脈動程度，從而減低電動機的雜訊。
2）低速檔接通比例較低時，電風扇的風葉出現蠕行，不能正常送風，必須限制最小轉速**。可去掉低速檔轉速**中最低接通比例的四個**，保留轉速較高的二十檔轉速。
實驗證實，採用改進的控制位波形和限制最小轉速**之後，三速單相電動機在風扇應用中取得較好的調速和節能效果。三速單相電動機開關調速的實驗測試結果如下：
本試驗電動機所帶的負載為風扇，有關技術資料如下：
額定電壓：220v±10%，額定頻率：50hz，風葉直徑：300mm，轉速：高-1150r/min中-900r/min低-600r/min。
3結束語
在家用電風扇控制電路中，採用閘流體分時接通的方法，可以使僅有高、中、低三檔轉速的單相電動機具有二十檔轉速的調速能力，這種方法無需增加較多的硬體，僅在控制程式中採用新的調速演算法，即可達到提高風扇風速檔次的目的，同時，電風扇的功率在調速時能
隨著轉速下降而減少，使風扇具有良好的節能效果。這種方法的主要缺點是：
1）電動機的轉矩是脈動的，使電風扇的機械雜訊增大。
2）低速檔接通比例較低時，電風扇的風葉出現蠕行，不能正常送風。
對1）個問題，採用改進的控制位波形資料，在接通比例不變的前提下，平均分布接通控制位，減少電動機轉矩的脈動程度，同時，採取良好的潤滑和防止轉子軸向運動的措施，減低電動機的雜訊。對2）個問題，採用限制最小轉速**即可防止電風扇在低速執行時風葉蠕行，不能送風。實驗證實，採用改進的控制位波形和限制最小轉速**之後，三速單相電動機在風扇應用中取得較好的調速效果和節能效果。
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