基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计.doc

嘭艺量年第卷第期基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计杨晓晴张一哲（河北建筑程学院电气系）摘要介绍了采用单片机控制三相全控桥晶闸管触发器，并利用单片机从整流输出端取得电压信号，与给定电压构成控制偏差进行数字调节以实现电压负反馈闭环控制；设计中采用非中断同步方式，硬件电路简单、可靠性高、抗干扰能力强，是一种比较理想的晶闸管触发装置。关键词单片机晶闸管数字调节电压负反馈闭环控制非中断同步方式引言称度差、调试困难、抗干扰能力差等缺点。利用单片机采用数字调节器组成电压负反馈闭环系统，由在工业领域使用的变流装置中，普遍是采用三相全控桥式晶闸管变流电路。而晶闸管触发器以前是以晶体管等为主要元件的分立式元件所组成的电路，不仅制作工艺及电路调试复杂，且体积大，某些技术性能不好。随着集成电路制作技术的提高，晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，并以其可靠性高、技术性能好、体积小、功耗低，调试方便等特点已逐渐取代分立式电路。目前国内常用的有系列和系列。但由这种集成电路组成的触发器仍需用几个集成块共同组成三相全控桥式电路中六个晶闸管的脉冲触发电路。个别有采用单片大规模高性能晶闸管三相触发器集成电路，但在性能及体积上仍不理想。而采用以单片机为核心控制的晶闸管脉冲触发器，则电路简单、操作方便、整个控制面板集成度高、面积比以往的控制电路缩减了许多。本文讨论采三相全控桥晶闸管整流电路取出电压信号，采用带限幅的电压负反馈确保在电网电压波动时，整流输出电压的稳定。并且摒弃了以往的中断同步方式，改为定时器计时同步方式，这样就从根本上消除了干扰信号的影响，通过软件编程实现控制功能，灵巧简单，抗干扰能力强，控制精度高，实时性好，对称度高，稳定性强。硬件电路采用单片机组成的三相全控桥晶闸管触发电路主要由单片机、八位串行控制模数转换器，同步信号处理电路，过电流、过电压保护电路组成，如图所示。本装置所用单片机的定时计数器，采用晶振定时器方式工作。口用作输用单片机组成的三相全控桥晶闸管触发电路，它克服了模拟式触发电路和普通数字式触发电路硬件电路复杂、波形对一一万方数据来自图电路原理图基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计出脉冲和保护显示。口用作接收同步信号和采集信号、控制以及接收过电流、过电压控制信号。通过改变电位器的值，调整电压给定值，进而改变触发角度口，电位器范围是，通过转换器得到的相应值为，单片机根据采集到的数据，与从整流输出端得到的电压反馈信号转换后进行数字调节，构嘭；量胡年第卷第期度为。，再延时。到发下一组脉冲。在每组脉冲前进行保护判断，如果正常工作则最后一组脉冲结束后返回。接着再进行下一周期的电压给定信号的转换采样，之后再启动采样通道的电压反馈信号。由电压给定值与电压反馈信号构成控制偏差进行控制调节，以保证在电网波动时整流输出电压的稳定。成电压负反馈闭环控制，以保证整流输出端电压的控制算法稳定。单片机以此数据作为定时器的计数值进行延时控制，控制脉冲的输出，以达到改变整流电路输出电压的目的。八位串行控制模数转换器，是八位逐次逼近模数转换器，有四个输入通道。 作时，选择哪个模拟通道，取决于输入时序中的配置位。同时配置位也决定了输入是单端输入还是差分输入。本装置采用单端输入，由于端只在多路寻址时被检测，而此时端仍为高阻状态，因此端和端可以连在一起。六路脉冲信号经反相放大，推动功率放大芯片，该芯片的输出接脉冲变压器的的一次侧绕组。同步信号的输入采用了比较器采用标准的增量式算法。根据电压给定和电压反馈的有效采样值计算控制量，计算公式为一“：群丢每（略一博：）】式中，为第次采样时刻输入的偏差值；为比例系数；为第次采样时刻的控制变量；为采样周期；为微分时间常数；为积分时间常数。这种算法只需保留偏差、；一。、；一和“；一即可完成递推运算。将上式进一步整理可得：，（丢等） 争）札，。过电流、过电压保护电路经单片机的脚、脚输入。，每一”采用数字调节器组成的电压负反馈式中：，（丢等）闭环系统模拟量采样处理模拟量输入信号共有两个，一个是电压给定信号，另一个是电压反馈信号。单片机的一分别控制的口、串行时钟输入端和片选端，电压给定信号送入通道，电压反馈信号送，输入通道的转换配置位为，输入通道的转换配置位为。在设计程序中中的定时器，模式是靠触发开始计数的。系统上电后首先在程序开始时先等待的低电平打开定时器，等变成高电平时，才开始启动采样通道的电压给定值。因为转换器得出的是八位，可表示的数据是，而定时器是双字节计时（模式，位定时），故转换器采样转换完毕后，要进行由单字节到双字节的转换。接着进行渐变处理，然后进行保护，计算延时，在要求的时间发脉冲。本系统采用双窄脉冲触发，脉冲宽口。，（睾）：等它们都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系数。调整口、口。、：就可获得理想的动态响应特性。同步信号的处理如图所示，同步信号的获取是由电源整流变压器的二次侧取相电压，阻容滤波器滤波后得到的正弦同步信号，经两个二极管削波后，送入比较放大器的输入端，输出为电角度。与电源相位相同的方波，如图所示。同步信号输出接的脚上，即外部中断引脚，从表面上看好像是外部中断信号输入，实际上是要测量脉冲的宽度，这决定于信号到来的时间。用单片机测量这个脉冲到来的时间可用图说明。定时器选用模式，门控位置一万方数据嘭艺与明年第卷第期基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计，经非门反相角度。综上可以得出对应关系。后为。这时与可以得到 ，这意味着的满刻度为门的输出受。即的变化值为。和的共同控制。当时，弓脚 ：一历系统只采用了一个相同步信号，在计算的高电平将控制图同步信号合，定时器的计数值等于而高电平的宽度，其最大值为电角度。由于比较器的输出波形很出第一个脉冲发出的时间后，其余个只要仿效相应差。即可。整齐，所以可以保证输入的同步信号稳定，不容易下面用图介绍图同步信号示意图被干扰。本系统选用晶振，则为一个计数单位，计数最大值为 。定时器的初值选为，在为高时及时置为，则定时器自动在高电平的作用下计数，在需要处理时读出其计数值。可以看出，这时同步信号的输入方式完全是查询方式，而不是中断方式。因而极大地增强了系统的抗干扰能力。假设在极端情况下此引脚输入了较大的干扰脉冲，也只会使读数产生一些变化，造成电压的一些波动，而不会造成整流触发脉冲的混乱，不会影响程序正常运行。这样系统更稳定，应第一个脉冲发出时间的计算方法。设整流延迟角口，则第一个脉冲应在同步脉冲的时发出。设口，则第一个脉冲应在同步脉冲的时发出。实际应用中，进入逆变状态时。即可。已知模值 ，读出定时器的值，再读出电压给定信号及电压反馈信号两个采样值经控制算法得到的数值。三者进行计算，即可得到发出第一个脉冲的时间。定时器计数值在、中，占两个字节，而单片机对两个采集值进行控制算法得到的数值输出是双字节。延时的计算公式为用性更强。一算法输出值一（、）结束语由于同步信号采用了非中断方式，干扰信号不能从单片机的外部中端引入，提高了信号的抗干扰能力。且在整流输出端采用了由数字调节器组成的电压负反馈闭环系统，使输出电压稳定。故该方案具有较高的实用和推广价值。图定时计数工作模式原理图参考文献数值、定时器及第一个脉冲的计算方法赵晓安，耿恒山，杨鹏一单片机原理及应用天津：天津大学出版社，黄俊，王兆安电力电子技术北京：机械工由于定时器的晶振为，它是分频，所以相应时钟周期为厂“，而同步信号的时钟周期为，而的周期为，由此可得出定时器的满刻度值“ ，即定时器计数的最大值为 。它对应同步脉冲。电角度。而单片机从模数转换器采集的信号最大值对应。，它有一。一。的变化区域，即。电万方数据业出版社，王兆安，张明勋电力电子设备设计和应用手册北京：机械工业出版社，耿恒山，等基于单片机的嵌入式晶闸管触发器电力电子技术，（）何克忠，李伟计算机控制系统北京：清华大学出版社，收稿日期：一一定时器的开关闭基于单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器的设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：杨晓晴， 张一哲河北建筑工程学院电气系电气应用ELECTROTECHNICAL APPLICATION2007，26(8)1次参考文献(5条)1.赵晓安.耿恒山.杨鹏 MCS-51单片机原理及应用 20012.黄俊.王兆安 电力电子技术 20023.王兆安.张明勋 电力电子设备设计和应用手册 20024.耿恒山 基于单片机的嵌入式晶闸管触发器 2004(5)5.何克忠.李伟 计算机控制系统 1998相似文献(10条)1.期刊论文 王旭光.张吉卫 用89C52单片机构成晶闸管触发器 -山东交通学院学报2004,12(2)用89C52单片机为核心部件构成了一个晶闸管触发电路,有效地消除了晶闸管及其触发电路作为一个环节在控制系统中表现出的非线性.该触发电路可以挂在计算机控制电路的总线上,与主CPU组成主从式双CPU结构,大大提高了系统的精度,简化了硬件电路.2.期刊论文 殷晓安.吴明亮 基于单片机AT89S52的晶闸管触发电路设计 -中国科技博览2009(8)该文阐述了基于单片机AT89S52构成的三相半波可控整流电路晶闸管触发电路的设计,介绍了AT89S52单片机控制的触发装置的硬件与软件设计,并且成功地改造了KGT-1型晶闸管调速装置.3.期刊论文 海涛.齐红伟.骆武宁.文志刚.谌亮书.辛鹏.海敏.HAI Tao.QI Hongwei.LUO Wuning.WEN Zhigang.CHEN Liangshu.XIN Peng.HAI Min 基于AVR单片机的三相晶闸管触发电路的研制 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2003船舶电站试验教学是为了加强航海类院校在校学生实际技能的培养，使他们在任职后能对电站、发电机组及船舶电气设备的具体问题有较强的分析和解决的能力。电站系统主要由直流电源、直流电动机、同步发电机、主配电盘和负载五部分组成。直流电源供电给直流电动机，同时给电动机的励磁电路供电，通过手动调节实现调磁调速。由于目前的直流电源柜由模拟电路实现，硬件电路复杂、元器件易老化、存在温漂和抗干扰能力差的缺点，因此提出了单片机模糊控制晶闸管直流调压系统的课题，对直流电源柜进行改造，支持电站系统的工作。本系统以单片机作为控制核心，以模糊控制为主要的控制思想，将原有的依靠模拟电路实现各项功能的直流电源柜改造成数控直流电源柜，调压范围在0250V可调。7.期刊论文 郝浩.李宏.HAO Hao.LI Hong 基于单片机的晶闸管触发器的设计 -电子设计工程2009,17(2)详述了基于AT89C2051单片机的晶闸管触发器的硬件构成和软件设计方案.分析和应用了移相触发脉冲控制理论,其控制方案简单和便于调节,是一种具有很高实用价值的控制方案.8.期刊论文 曹立杰.牛悦苓.CAO Li-jie.NIU Yue-ling 基于晶闸管和单片机的直流可调电源 -大连轻工业学院学报2007,26(2)为提高船舶电站中直流电源的稳定性、同步性以及可靠性,设计了一种以51系列单片机为核心、以晶闸管为开关器件、输出电压连续可调的直流电源.介绍了电源的主要硬件构成和软件流程.该电源已应用在某高校船舶电站模拟实验室,运行效果良好.该电源具有触发电路简单、输出电压范围宽的特点.9.期刊论文 赵良梁.陈敏琍.曾胜.ZHAO Liang-liang.CHEN Min-li.ZENG Sheng 基于PIC单片机的晶闸管整流装置-电机与控制应用2006,33(12)介绍了一种利用PIC16F73单片机为核心,进行三相晶闸管整流的简单方案.该方案采用三相桥式半控整流,只有一套触发电路,对三相的进线相序无要求,理论上的电压调节范围为满量程的25%100%.给出了该方案