基于單片機(jī)的晶閘管觸發(fā)器的設(shè)計(jì)
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晶閘管也叫可控硅整流器．是目前工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛的大功率變換器件。晶閘管在燒結(jié)爐、電弧爐等整流場合主要采用移相觸發(fā)控制，即通過調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻的相位實(shí)現(xiàn)控制輸出。傳統(tǒng)的晶閘管觸發(fā)器采用模擬控制電路，無法克服其固有缺點(diǎn)。數(shù)字式控制電路與模擬式相比，主要優(yōu)點(diǎn)是輸出波形穩(wěn)定和可靠性高，但其缺點(diǎn)是電路比較復(fù)雜，移相觸發(fā)角較大時(shí)控制精度不高。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，由單片機(jī)組成的控制電路的優(yōu)勢越明顯，除具有與數(shù)字式觸發(fā)電路相同的優(yōu)點(diǎn)外，更因其移相觸發(fā)角通過軟件計(jì)算完成，觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，溫漂影響小，控制精度可通過軟件補(bǔ)償，移相范圍可任意調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，目前已獲得業(yè)界的廣泛認(rèn)可。以三相橋式全控整流電路為例，介紹應(yīng)用單片機(jī)組成晶閘管觸發(fā)器硬件電路的設(shè)計(jì)，以及軟件實(shí)現(xiàn)移相觸發(fā)脈沖控制的方法。
2 單片機(jī)觸發(fā)器的組成
單片機(jī)控制的晶閘管觸發(fā)器主要由同步信號(hào)檢測、CPU硬件電路、復(fù)位電路和觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)電路4部分組成，如圖l所示。CPU通過檢測電路獲知觸發(fā)信號(hào)，依據(jù)所要控制的電路要求，通過編程實(shí)現(xiàn)預(yù)定的程序流程，在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)通過單片機(jī)I/O端輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)，復(fù)位電路可保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。
3 移相觸發(fā)脈沖的控制原理
相位控制要求以變流電路的自然換相點(diǎn)為基準(zhǔn)，經(jīng)過一定的相位延遲后，再輸出觸發(fā)信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通。在實(shí)際應(yīng)用中，自然換相點(diǎn)通過同步信號(hào)給出，再按同步電壓過零檢測的方法在CPU中實(shí)現(xiàn)同步，并由CPU控制軟件完成移相計(jì)算，按移相要求輸出觸發(fā)脈沖。
圖2為三相橋式全控整流電路，觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出的時(shí)序也可由單片機(jī)根據(jù)同步信號(hào)電平確定，當(dāng)單片機(jī)檢測到A相同步信號(hào)時(shí)，輸出脈沖時(shí)序通常采用移相觸發(fā)脈沖的方法，即用一個(gè)同步電壓信號(hào)和一個(gè)定時(shí)器完成觸發(fā)脈沖的計(jì)算。這在三相電路對稱時(shí)是可行的。因?yàn)槿嗤耆珜ΨQ，各相彼此相差120°，電路每隔60°換流一次，且換流的時(shí)序事先已知。該方法所用單片機(jī)資源少，只需一個(gè)同步信號(hào)，電路比較簡單，但軟件設(shè)計(jì)工作量稍大。
因?yàn)橹挥靡粋€(gè)同步輸入信號(hào)，所有晶閘管的觸發(fā)脈沖延遲都以其為基準(zhǔn)。為了保證觸發(fā)脈沖延遲相位的精度，用一個(gè)定時(shí)器測量同步電壓信號(hào)的周期，并由此計(jì)算出60°和120°電角度所對應(yīng)的時(shí)間。由于三相橋式全控整流電路的觸發(fā)電路，必須每隔60°觸發(fā)導(dǎo)通一只晶閘管，也就是說，每隔60°時(shí)間必然要輸出一次觸發(fā)脈沖信號(hào)，因此作為基準(zhǔn)的第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)必須調(diào)整到小于60°才能保證觸發(fā)脈沖不遺漏。當(dāng)以A相同步電壓信號(hào)為基準(zhǔn)，單片機(jī)檢測到A相同步電壓信號(hào)正跳變時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器工作，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)，以后由所計(jì)算出的周期確定每隔60°己時(shí)輸出一次觸發(fā)脈沖，直到單片機(jī)再次檢測到A相同步信號(hào)的正跳變時(shí)，這個(gè)周期結(jié)束，開始下一個(gè)周期。需要注意，從單片機(jī)檢測到同步電壓正跳變到輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)的時(shí)間，必須調(diào)整到小于等于60°電角度時(shí)間，否則會(huì)造成觸發(fā)脈沖的遺漏。第一個(gè)觸發(fā)脈沖相對于同步信號(hào)正跳變的時(shí)間，可根據(jù)三相橋式全控整流電路的觸發(fā)時(shí)序來調(diào)整，如圖3所示。圖3中α1為觸發(fā)延遲角，(α2-α1)、(α4-α3)均為觸發(fā)窄脈沖寬度60°，α0為同步脈沖信號(hào)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)周期360°；g0表示同步脈沖信號(hào)，gl、g2、g3、g4、g5、g6分別表示VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6觸發(fā)脈沖信號(hào)；其中0表示低電平，1為高電平。
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