单片机控制相全控桥晶闸管触发器设计.docVIP

嘭艺量ｔ４３  ２００７年第２８卷第８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Ｘ－程学院电气系）  摘  要  介绍了采用ＡＴ８９Ｃ２０５１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ＰＩＤ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ＰＩＤ调节 电压负反馈闭环控制 非中断同步方式  １  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ＰＩＤ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 ＫＪ系列和ＫＣ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。 ２硬件电路 采用ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机组成的三相全控桥晶闸 管触发电路主要由ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机、ＴＬＣ０８３４八 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ｌ所示。 本装置所用ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机的定时／计数 器，采用１２Ｍ晶振定时器方式工作。Ｐ１口用作输 用ＡＴ８９Ｃ２０５１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 一６６一 万方数据 来自  图１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。Ｐ３口用作接收同步信号和采 集Ａ／Ｄ信号、ＰＩＤ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０—５Ｖ， 通过ＴＬＣ０８３４Ａ／Ｄ转换器得到的相应值为０—２５５， 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Ａ／Ｄ转换后进行数字ＰＩＤ调节，构  嘭；量胡２００７年第２６卷第８期 度为１８。，再延时４２。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 Ａ／Ｄ转换采样，之后再启动ＴＬＣ０８３４采样ＣＨｌ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ＰＩＤ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 ３．２ ＰＩＤ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。ＴＬＣ０８３４八位串行控制模／数转换 器，是八位逐次逼近模／数转换器，有四个输入通 道。ＴＬＣ０８３４ Ｔ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ＤＩ端只在多路寻址时被检测，而此时ＤＯ端 仍为高阻状态，因此ＤＩ端和ＤＯ端可以连在一起。 六路脉冲信号经７４ＬＳ０４反相放大，推动功率放大 芯片ＴＤ６２００４ＡＤ，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ＰＩＤ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 ｎｉ＝Ｕｉ一１＋△“ △“：群ｈ‰＋丢ｑ＋每（略一２¨博：）】 式中，ｅｉ为第ｉ次采样时刻输入的偏差值；ＫＰ为 比例系数；ｕ；为第ｉ次采样时刻的控制变量；Ｔ 为采样周期；ＴＤ为微分时间常数；ＴＩ为积分时间 常数。这种算法只需保留偏差ｅｉ、ｅ；一。、ｅ；一２和 “；一１即可完成递推运算。将上式进一步整理可得． △ｕ：Ｋ，（－＋丢＋等）ｅｉ－Ｋｐ １＋２争）札，＋ ＬＭ３９３。过