1、 64 單片機控制的可控硅三相全控橋整流觸發電路武漢大學彭家銀李曉明武漢電力設備廠苗宏志摘要關鍵詞研究以MCS-96系列80C196KB單片機為基礎,結合外圍器件來實現對可控硅三相全控橋的觸發控制。采用鎖相環技術及過零觸發的方法,實現觸發脈沖與電源信號(線電壓的同步,提高了觸發器的抗干擾能力,改善了三相觸發脈沖的對稱性。由軟件控制可產生不同順序的6組觸發脈沖。單片機可控硅鎖相環過零觸發引言電力電子變流主要由電力電子器件、電力變流電路和控制電路組成。電力電子變流技術在工業化國家中有著廣泛的應用,大至兆瓦級高壓直流輸電,小至家用電器節能燈,無不滲透著這種技術。在這些電力電子設備中,相控整流占有相當

2、大的比重。國產的這類設備大多仍停留在中小規模集成電路的水平,觸發精度差、故障率高。一些升級換代的計算機控制產品,靠計算機本身晶振構成的時鐘決定觸發角,由于機內時鐘不可能與工頻電源同步,故當工頻電源頻率有偏差時,必然要產生觸發誤差,雖然該項誤差對觸發精度影響不大,但其屬于原理性誤差,理應設法消除;而用模擬電子電路控制的可控硅觸發電路,體積比較大,調試比較困難,排障也是很困難的。采用單片機來控制可控硅的觸發,是可控硅應用的發展趨勢。本文設計用MCS-96系列80C196KB 單片機結合外圍器件來控制可控硅的觸發。同時,還將鎖相環技術及過零觸發的方法引入觸發脈沖的生成中,提高了觸發脈沖的穩定性以及對

3、稱性。此外,還可采用軟件編程得到觸發角可調的觸發脈沖。1系統的組成及工作原理系統原理結構如圖1所示。主回路是典型的三相全控橋整流電路后接負載?？刂齐娐酚?0C196KB 單片機及其外圍電路組成。單片機的外部輸入信號為與電源工頻信號同步的V 3HSI.0(來自電源的工頻信號先經變壓器變壓、鎖相環鎖相后再次形成50 Hz 工頻信號,然后送入基準點脈沖形成電路,進行過零比較、整形輸出,送入HSI.0,輸出的控制信號為HSO.0口在軟件定時控制下產生與電源同步的可移相的脈沖信號。此脈沖信號與單片機的P1.05組合后,經脈沖變壓器驅動,最后分別送給主電路中可控硅V1V6的門極。1.1工頻50H z鎖相倍

4、頻原理工頻電源的1個周期理論上應為20 ms ,但由于電網負荷的變化,經常出現其周期不嚴格等于20 ms 的情況,其中大于20 ms 的情況較多。為適應這種現實,可將單片機對周期的計時改為對頻率的計數,例如,10 s 內共產生了n 次HSI.0中斷,每1 s 產生的中斷次數為n /10,然后將其求倒,就得周期T ,以它替代原來的周期T 0(初始化時,T 0 =20 ms。只要該頻率為工頻電源的倍頻,則每一倍頻后的脈沖即可代表一固定的電角度。若該倍頻脈沖串是與工頻電源的相位嚴格鎖定的,則這種方案可以從原理上消除電網頻率不穩造成的觸發誤差,其原理框圖如圖2所示。圖2中工頻信號(線電壓經變壓器降壓與

5、50 H z 鎖定正弦波一同進入鑒相器進行相 圖1系統原理結構圖工頻圖2鎖相電路 位比較。鑒相器輸出的比較結果中包含偏差電壓成分,經環路濾波器濾波,產生控制電壓,加在壓控振蕩器輸入端,其產生的振蕩輸出經分頻后變為50 Hz正弦波重新進入鑒相器,與工頻信號進行相位比較。當2個50 Hz信號相位差偏離標準時,環路濾波器必然輸出偏差校正電壓,以使壓控振蕩器產生頻率變化,從而造成分頻后的50 Hz正弦波相位發生反方向的校正,使2個50 Hz信號相位重新鎖定在標準位置(即鎖相,此時相位差為0,以利于達到與電源工頻信號同步。1.2基準點脈沖的形成基準點脈沖形成電路由比較器LM324和整形電路組成,如圖3所

6、示。選用線電壓V ac過零點為參考點(控制角?= 0的起始點,故取線電壓V ac經變壓器降壓后再經鎖相電路得V t,送往比較器,輸出方波電壓經微分放大在三極管發射極得到一正脈沖V3,此正脈沖的上跳沿與線電壓V ac的零點同步。1.3可控硅觸發脈沖的形成當同步信號正跳沿發生時,80C196KB的HSI.0中斷立即響應,根據以前鍵盤輸入的觸發角?值(注:以下的t IU、t ID、t IU、t2U、t ID、t2D 等均是相對HSI.0中斷響應時定時器T1的時間值,計算每周期第一個脈沖對應的時間值t IU(=?T/360,此即觸發脈沖的上面HSO中斷產生的6個觸發脈沖經由單片機的HSO.0口輸出,此

7、脈沖信號與單片機的P1.05組合后, 分別送給驅動電路的g點,經脈沖變壓器驅動,最后將G、K分別送給三相橋主電路中的相應6只可控硅V1V6的門極、陰極,如圖5所示。圖5所示驅動電路僅以驅動(HSO.0&P1.0送給 V3HSI.0中斷服務 圖4 程序流程圖圖5驅動電路圖65Mi crocontrol lers & Embedded Systems 可控硅V1為例。2系統的外圍輔助設備為了滿足對同一輸入信號可輸出不同電壓的要求,需要整定不同的觸發角,因此,系統需擴展一個鍵盤輸入電路,人工輸入觸發角?。又因80C196KC 單片機除了256個內部特殊存儲器外,其余空間均需擴展用來存放系統控制程序、各種中間結果及地址緩存等,所以,還要增加存儲器擴展電路。另外,還可帶上顯示電路以顯示當前的各種狀態,譬如:觸發角?、系統經整流的電壓值等等。結束語采用單片機來控制可控硅的觸發,是可控硅應用的發展趨勢。本方法的設計思想是在盡量少增加硬件的情況下,充分利用單片機的資源來實現單片機對三相全波全控橋整流觸發的控制。這對提高三相全波全控橋整流裝置的可靠性具有積極作用。該觸發電路理論上可以觸發10800 A的晶閘管。目前,我們已成功觸發過100300 A的晶閘管;至于應用于500800 A的晶閘管,因試驗條件的限制沒有進行。參考文獻1 黃俊. 電力電子變流技術. 北京:機械工業出版社, 1