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基于單片機的晶閘管觸發(fā)器無(wú)疑是現在的熱門(mén)觸發(fā)裝置。它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，溫漂小，可靠性高，便于智能化控制等。一般的觸發(fā)裝置往往只采集一相同步信號，然后經(jīng)單片機處理送出帶有一定導通角α的六路脈沖控制信號，這無(wú)疑對三相交流電有一定的誤差。本設計同時(shí)采集三相的同步脈沖信號，避免了只檢測一相而造成的延時(shí)。同時(shí)，系統中的三相全控橋式整流電路采用了阻容吸收裝置，避免產(chǎn)生過(guò)電壓，使系統更加的穩定可靠。 1 系統硬件電路 整套系統的硬件電路主要由主回路和微處理器控制電路組成。其中主回路包括同步信號產(chǎn)生電路和觸發(fā)脈沖信號驅動(dòng)電路以及帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路。 本裝置所用AT89C52單片機的定時(shí)／計數器，采用12 M晶振定時(shí)器方式工作，同步信號產(chǎn)生電路用以將從電網(wǎng)獲得的220 V交流電壓轉換成6個(gè)在相位上相差60°的同步脈沖，AT89C52用作接收同步信號和α角，并將α角轉換為脈沖延時(shí)，從而控制三相全控橋式整流電路的門(mén)級，控制輸出電流的大��；驅動(dòng)電路用來(lái)將從單片機出來(lái)的脈沖信號進(jìn)行功率放大；帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路實(shí)現對輸出電流大小的控制并接收過(guò)電流、過(guò)電壓。 1．1 AT89C52主控制電路 主控制電路(圖1)充分利用AT89C52內部資源，通過(guò)外接12 M晶振和電容來(lái)實(shí)現時(shí)鐘電路。如圖1所示，同步信號通過(guò)P0．0～P0．2口輸入，單片機通過(guò)內部軟件實(shí)現計時(shí)和向P1．2～P1．7口輸出六路脈沖控制信號。若程序死循環(huán)，即可上電自動(dòng)復位或人工復位。電路結構非常簡(jiǎn)單，易于實(shí)現。 1．2 三相全控橋式整流電路 經(jīng)變壓器出來(lái)的直流電壓接通六個(gè)晶閘管。同時(shí)經(jīng)過(guò)脈沖隔離驅動(dòng)電路出來(lái)α的帶觸發(fā)角的六路脈沖信號控制門(mén)級UT1～UT6。 為了避免產(chǎn)生過(guò)電壓而造成的不利影響，提高系統的穩定性，本實(shí)驗采用帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路，如圖2所示。阻容吸收裝置利用電容來(lái)吸收過(guò)電壓，將引起過(guò)電壓的磁場(chǎng)能量變成電場(chǎng)能量?jì)Υ嬖谧儔浩髦�，然后電容通過(guò)電阻放電，將能量釋放在電阻上。 1．3 同步電路設計 傳統的觸發(fā)電路一般都需要三相同步變壓器提供同步信號，在三相全控橋式整流電路中，采用單片機觸發(fā)的晶閘管，首先要使觸發(fā)脈沖的自然換相點(diǎn)與三相電源的線(xiàn)電壓的過(guò)零點(diǎn)同步。 為克服傳統的同步變壓器接法復雜，調試困難的缺點(diǎn)，采用三個(gè)如圖3所示的同步電路，每一個(gè)電路采集一相同步信號，這樣使得誤差更小，精度更高。這三個(gè)一樣的電路分別接入單片機的P0．0～P0．2。同步電路主要由過(guò)零檢測器SF339和光耦隔離組成。由結構簡(jiǎn)單、使用方便的SF339從電網(wǎng)中獲得的線(xiàn)電壓轉換成方波信號，再經(jīng)過(guò)光耦隔離，形成觸發(fā)電路所需的同步信號，其中每個(gè)電源周期的過(guò)零點(diǎn)輸出兩個(gè)同步脈沖，如圖4所示。這樣一個(gè)周期內，三相電源輸出6個(gè)同步脈沖，這6個(gè)同步脈沖信號在相位上相差60°。同步信號再經(jīng)過(guò)整形輸出分別送到AT89C52的三個(gè)輸入端口P0．0～PO．2． 1．4 觸發(fā)脈沖驅動(dòng)電路 六路脈沖控制信號在送入晶閘管控制級之前，必須對其進(jìn)行放大，因為從AT89C52輸出的脈沖信號強度不夠驅動(dòng)晶閘管，此時(shí)采用如圖5所示的光電耦合集成運放驅動(dòng)電路。從單片機來(lái)的控制信號經(jīng)過(guò)光電耦合再由集成運放放大，達到晶閘管所需的觸發(fā)脈沖。這種方法摒棄了體積較大的脈沖變壓器，電路的結構更簡(jiǎn)化。 2 軟件定時(shí)與實(shí)現 2．1 軟件的定時(shí) 由于定時(shí)器采用AT89C52的自動(dòng)計數功能，省去了單片機外接定時(shí)芯片，簡(jiǎn)化了設計電路。采用的晶振為12MHz，分頻為12，所以相應的時(shí)鐘周期為： 即定時(shí)計數器的最大值為20000，它對應同步脈沖360°電角度。 為了使電流斷續后，能夠使晶閘管再次導通，必須對兩組中應導通的一對晶閘管同時(shí)有觸發(fā)脈沖，可以有兩種方法：寬脈沖觸發(fā)法和雙脈沖觸發(fā)法。寬脈沖觸發(fā)法是使每個(gè)脈沖的寬度大于60°，但必須小于120°，一般取80°～100°。雙脈沖觸發(fā)法是在觸發(fā)某一號晶閘管時(shí)，同時(shí)給前一號晶閘管補發(fā)一個(gè)脈沖，使共陰極組和共陽(yáng)極組的兩個(gè)應導通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖，相當于兩個(gè)窄脈沖等效的代替大于60°的寬脈沖。采用寬脈沖觸發(fā)法的軟件實(shí)現要比雙脈沖觸發(fā)法更簡(jiǎn)便�，F取脈沖寬度為90°，因此計數初值N0為： 即第一個(gè)脈沖的延遲時(shí)間的計數初值為5 000，又從同步信號產(chǎn)生電路獲得6個(gè)在相位上相差60的脈沖，經(jīng)過(guò)輸入α角的延時(shí)，從而控制三相全控橋式晶閘管整流電路輸出電流的大小，延遲角度α可以通過(guò)軟件延時(shí)來(lái)實(shí)現，其延遲初值Nα為： 其輸出波形原理如圖6所示(以α=30°為例)： 2．2 軟件的實(shí)現 主程序中包括了系統初始化子程序，控制角的輸入及計算，同步輸入信號的檢測，脈沖信號的輸出，系統啟動(dòng)、復位或停機的控制。 主程序流程圖如圖7： 3 結束語(yǔ) 本實(shí)驗充分利用了AT89C52單片機的內部資源，采用了單片機實(shí)現導通α角對電路輸出電流的控制，使用單片機內部計數／定時(shí)器而省去了一些外圍器件，由此使得結構簡(jiǎn)單。通過(guò)軟件實(shí)現對晶閘管的控制智能化。該控制方案簡(jiǎn)單，使用元件少、實(shí)現容易、應用廣泛，有很高的實(shí)用和推廣價(jià)值。 |
