摘要：分析了过零触发电路的工作原理,介绍了过零触发电路在电镦机中加热电流的软硬件实现方法，并利用Labview进行了频谱分析。结果表明，过零触发电路具有对电源污染少，不含直流分量，具有一定的应用价值。
关键词：过零触发；Labview ； 频谱分析
1 引言
电热镦粗是给金属棒料通以低电压大电流，利用金属的电热效应，使其加热到塑性变形温度，在外力的作用下进行局部镦粗过程。它是一种无切削先进工艺，已广泛用于拖拉机、汽车、摩托车的气门加工行业。目前，我国大部分的电镦机都采用可控硅移相方式进行调功调压。容易造成的功率因数低、电网污染严重等问题。而过零触发电路，通过改变晶闸管通断的周波数来实现交流调压。可以克服上述缺点，并且通过简单控制，避免了闭环调节时可能出现的DC分量，已在气门电镦机的加热电流控制中得到了良好的验证。
2 过零触发电路原理分析
3 过零触发电路的软硬件实现
3.1 过零触发电路的硬件组成
主回路采用两只晶闸管反并联，负载为加热变压器接镦粗工件，通过改变变压器原边的电压来控制副边加热电流，从而使工件按预定的加热电流进行镦粗. 主回路原理见图2。变压器的原边采用380V、50Hz的交流电，次级电压采用第四档2.35V。为保证其可靠性一致，尽量选取对称性好的晶闸管，并且两只晶闸管采用同一路触发脉冲。
晶闸管的控制可采用移相控制或过零控制两种方案。移相触发虽然电流连续可调，但会对工厂电网产生冲击和干扰；并且闭环控制时,很难保证正负半波面积相等，从而产生直流分量；当控制角较小时，功率因数较低。由于工艺要求智能电镦机能够加工多种工件，即要求镦粗电流在较大范围内可调。所以在调节电流时，采用过零触发电路可以克服上述缺点。
过零触发电路由电压过零检测电路、逻辑处理电路、高频脉冲产生电路、延时展宽电路、脉冲输出电路等组成。控制系统框图见图3。
图2 晶闸管反向并联调压原理图 |
采用宽脉冲零电压同步进行整周波控制策略，使用
图3中限幅比较电路接收来自工控机的控制信号，对其限幅后与系统的参考电平进行电压比较，控制过零检测输出信号是否输出，脉冲延时展宽电路将电子开关的输出脉冲展宽至 ，保证晶闸管元件的可靠触发导通，同时与高频脉冲序列进行调制，形成高频脉冲驱动信号驱动晶闸管。从整个导通时间内看，不再有DC分量，由于采用整周波控制，如起始是正，通电总以负半周结束，能保证每次导通时防止与剩磁同方向叠加，过渡过程的涌流不大。
工控机的控制信号为0V和15V。当工控机发出高电平(15V)时，装置将在交流线电压零点附近使开关元件(SCR)导通，输出完整电压周波；当工控机发出低电平(0V)时，装置的开关元件(SCR)阻断，输出电压为零。系统还设置有电流霍尔传感器，检测变压器原边和副边电流，送入工控机进行运算后，控制加热单元的工作，同时检测出的电流信号用于系统的保护。
3.2 过零触发电路的软件实现
过零触发的关键在于控制通、断周波个数的比例。在电镦过程中，为克服电镦棒料加热不均匀的状况，在控制电流时，应避免出现连续两个周期都截断的情况。所以，设定通电流周波数与截断电流周波数的比例为0、1:1 、2:1 、3:1……9:1、全通，共11 档电流，m1 为设定的档位，m1分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。m1＝0表示关断电流；m1＝10表示全通状态，m1＝5表示通5个周波断1个周波。程序中iPulse 表示周波的通/断状态，1 表示通电流， 0表示断电流；icounter是计数器，定义为static char icounter=0。若设定的档位为 4，即 m1=4，表示通/断比为 4:1,导通 80ms（4个周波）后截断20ms（1 个周波）。然后把 ipulse 作为电流控制信号通过 I/O卡输出到晶闸管的控制端。实现过零触发功能的程序
4 基于Labview过零触发电路频谱分析
LabVIEW 是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发平台，是目前国际上首推并应用最广的数据采集和控制开发环境之一，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域，并适用于多种不同的操作系统平台。与传统程序语言不同，LabVIEW采用强大的图形化语言（G 语言）编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。 LabVIEW是真正的编译器，用户可以创建独立的可执行文件，能够脱离开发环境而单独运行。虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
比较可控硅移相方式和过零触发电路的频谱分析图可知，当功率输出相同时，可控硅移相方式无偶次谐波但奇次谐波严重，占较大比例,这样在可控硅导通的瞬间使电网电压畸变，功率因数下降，对其他用电设备会产生不良影响。而过零触发电路虽然存在较小的低频干扰，但谐波分量很小，克服了可控硅移相电路的缺点，不会产生直流分量，不会造成对电网的污染。
5 结论
综上所述，采用过零触发电路进行调压和调功，对电网电压污染小，对电阻性和感性负载均可获得较好的正弦波，具有广泛的应用前景。已在气门电镦机的生产中，得到了很好的应用。
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