基于STM32的晶閘管三相調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-08-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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討論一下ωt∈[0，π]期間即U相正半周的情況，通過圖6我們可以看出，以U_Sync過零點(diǎn)為基準(zhǔn)，在經(jīng)過延遲角Delay Angle(即觸發(fā)角α)后開始同時(shí)發(fā)出了U_Trigger、W_Trigger兩個(gè)觸發(fā)脈沖，從而相當(dāng)于將S1、S2、S5、S6開關(guān)閉合。由于此時(shí)已經(jīng)過了U、W的自然換相點(diǎn)(圖1的點(diǎn)1)，U點(diǎn)電壓大于W點(diǎn)電壓，電流可以從U點(diǎn)(也就是K4)經(jīng)R15、R3、S1、S2、R14、L1、L3、R18、S6、S5、R11、R19流至W點(diǎn)(也就是K2)。這樣K4點(diǎn)電壓比G4高，G1點(diǎn)電壓比K1高，K5點(diǎn)電壓比G5高，G2點(diǎn)電壓比K2高，根據(jù)晶閘管特性我們知道，只要G點(diǎn)電壓高于K點(diǎn)電壓，且電流方向與晶閘管方向一致，則該只晶閘管將被觸發(fā)導(dǎo)通，即VT1、VT2導(dǎo)通，與我們的設(shè)計(jì)思想一致。
再分析一下ωt∈[π，2π]期間即U相負(fù)半周的情況，第一組觸發(fā)脈沖發(fā)生后，經(jīng)過π時(shí)間(180°)，根據(jù)三相電源原理也將會(huì)進(jìn)行一次換流(圖1的點(diǎn)4)，所以必須發(fā)生U_Trigger、W_Trigger兩個(gè)觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于將S1、S2、S5、S6開關(guān)閉合。由于此時(shí)已經(jīng)過了W、U的自然換相點(diǎn)，W點(diǎn)電壓大干U點(diǎn)電壓，電流可以從W點(diǎn)(也就是K2)經(jīng)R19、R11、S5、S6、R18、L1、R14、S2、S1、R3、R15流至U點(diǎn)(也就是K4)。這樣K2點(diǎn)電壓比G2高，G5點(diǎn)電壓比K5高，K1點(diǎn)電壓比G1高，G4點(diǎn)電壓比K4高，根據(jù)晶閘管特性我們知道，只要G點(diǎn)電壓高于K點(diǎn)電壓，且電流方向與晶閘管方向一致，則該只晶閘管將被觸發(fā)導(dǎo)通，即VT4、VT5導(dǎo)通，也同樣與我們的設(shè)計(jì)思想一致。其它換流時(shí)刻依此原理，不再贅述。
通過以上分析，如果我們正確發(fā)生了圖6的三組觸發(fā)信號(hào)，配合圖3～圖5的電路，通過調(diào)整觸發(fā)角α的大小就可以有效控制三相電機(jī)的輸入電壓，達(dá)到調(diào)壓的目的。
前面我們分析了觸發(fā)脈沖發(fā)生的時(shí)序及相互依賴關(guān)系，下面我們?cè)儆懻撘幌旅}沖寬度對(duì)調(diào)壓控制的影響。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的純阻性負(fù)載來說，只要在自然換流點(diǎn)以后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)，就會(huì)使得相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通。如果在自然換流點(diǎn)之前觸發(fā)，而且觸發(fā)脈沖的下降沿也處于自然換流點(diǎn)之前，那么將會(huì)發(fā)生遺漏觸發(fā)的現(xiàn)象。所以在純阻性負(fù)載情形下，如果觸發(fā)脈沖寬度跨越自然換流點(diǎn)，那么換流后對(duì)應(yīng)的晶閘管馬上導(dǎo)通，相當(dāng)于輸出滿壓。如果調(diào)壓控制的話，必須保證觸發(fā)脈沖上升沿在自然換流點(diǎn)之后。
對(duì)于電機(jī)等感性負(fù)載來說，相對(duì)于純阻性負(fù)載會(huì)延遲一個(gè)功率角φ，調(diào)壓時(shí)的觸發(fā)角應(yīng)該滿足如下公式α>=max(φ，y)，當(dāng)然可以盡量增大觸發(fā)脈沖的寬度W，保證30°W60°比較合適。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主芯片采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32 ARMCortex—M3，開發(fā)平臺(tái)選用Keil MDK。整個(gè)軟件采用了模塊化編程思想，分成數(shù)據(jù)采集模塊、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生模塊、PID控制模塊、通訊模塊及人機(jī)交互模塊組成。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/175748.htm

其中，數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集通過互感器及信號(hào)調(diào)理電路輸出的相間電壓值(SCR調(diào)壓值)，供PID控制模塊做PV值使用；觸發(fā)信號(hào)發(fā)生模塊主要用來發(fā)生以一定的控制角導(dǎo)通對(duì)應(yīng)晶閘管起到調(diào)壓作用的觸發(fā)波形；PID控制模塊完成控制到某給定電壓(SV值)的任務(wù)；通訊模塊負(fù)責(zé)完成將調(diào)壓后電壓及控制角參數(shù)以9 600波特率輸出至計(jì)算機(jī)的作用；系統(tǒng)人機(jī)交互模塊完成通過鍵盤、LCD顯示板進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試的作用。控制軟件的流程圖如圖9所示。

4 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用
本系統(tǒng)應(yīng)用于油田抽油機(jī)的節(jié)電項(xiàng)目中，只要按照要求正確將設(shè)備與三相電源、三相交流異步電機(jī)相連，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)跟蹤負(fù)載。負(fù)載輕，所調(diào)的電壓就低；負(fù)載重，所調(diào)的電壓就高。由于晶閘管特性的限制，所調(diào)電壓不會(huì)低于200 V交流，不然由于導(dǎo)通角較大，低次諧波過多，會(huì)出現(xiàn)斷流電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如圖10所示系統(tǒng)按照需求發(fā)生了正確的觸發(fā)信號(hào)波形，通過實(shí)際運(yùn)行來看，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到預(yù)期結(jié)果、穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)論
本系統(tǒng)采用STM32高性能ARM處理器設(shè)計(jì)了光電隔離的晶閘管觸發(fā)控制脈沖信號(hào)及驅(qū)動(dòng)電路，可以輸出30°～60°脈寬較寬的觸發(fā)信號(hào)，規(guī)避了脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)方式只能采用窄脈沖或窄脈沖序列的缺點(diǎn)。軟件采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)軟件的健壯性，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性及可維護(hù)性。通過實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)具有調(diào)壓準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。