基于單片機的晶閘管觸發(fā)器的設計
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晶閘管也叫可控硅整流器．是目前工業(yè)應用中最為廣泛的大功率變換器件。晶閘管在燒結爐、電弧爐等整流場(chǎng)合主要采用移相觸發(fā)控制，即通過(guò)調節晶閘管導通時(shí)刻的相位實(shí)現控制輸出。傳統的晶閘管觸發(fā)器采用模擬控制電路，無(wú)法克服其固有缺點(diǎn)。數字式控制電路與模擬式相比，主要優(yōu)點(diǎn)是輸出波形穩定和可靠性高，但其缺點(diǎn)是電路比較復雜，移相觸發(fā)角較大時(shí)控制精度不高。隨著(zhù)單片機技術(shù)的發(fā)展，由單片機組成的控制電路的優(yōu)勢越明顯，除具有與數字式觸發(fā)電路相同的優(yōu)點(diǎn)外，更因其移相觸發(fā)角通過(guò)軟件計算完成，觸發(fā)電路結構簡(jiǎn)單，控制靈活，溫漂影響小，控制精度可通過(guò)軟件補償，移相范圍可任意調節等特點(diǎn)，目前已獲得業(yè)界的廣泛認可。以三相橋式全控整流電路為例，介紹應用單片機組成晶閘管觸發(fā)器硬件電路的設計，以及軟件實(shí)現移相觸發(fā)脈沖控制的方法。
2 單片機觸發(fā)器的組成
單片機控制的晶閘管觸發(fā)器主要由同步信號檢測、CPU硬件電路、復位電路和觸發(fā)脈沖驅動(dòng)電路4部分組成，如圖l所示。CPU通過(guò)檢測電路獲知觸發(fā)信號，依據所要控制的電路要求，通過(guò)編程實(shí)現預定的程序流程，在相應時(shí)間段內通過(guò)單片機I/O端輸出觸發(fā)脈沖信號，復位電路可保證系統安全可靠的運行。
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，經(jīng)過(guò)一定的相位延遲后，再輸出觸發(fā)信號使晶閘管導通。在實(shí)際應用中，自然換相點(diǎn)通過(guò)同步信號給出，再按同步電壓過(guò)零檢測的方法在CPU中實(shí)現同步，并由CPU控制軟件完成移相計算，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)脈沖信號輸出的時(shí)序也可由單片機根據同步信號電平確定，當單片機檢測到A相同步信號時(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)同步電壓信號和一個(gè)定時(shí)器完成觸發(fā)脈沖的計算。這在三相電路對稱(chēng)時(shí)是可行的。因為三相完全對稱(chēng)，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。該方法所用單片機資源少，只需一個(gè)同步信號，電路比較簡(jiǎn)單，但軟件設計工作量稍大。
因為只用一個(gè)同步輸入信號，所有晶閘管的觸發(fā)脈沖延遲都以其為基準。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的周期，并由此計算出60°和120°電角度所對應的時(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)導通一只晶閘管，也就是說(shuō)，每隔60°時(shí)間必然要輸出一次觸發(fā)脈沖信號，因此作為基準的第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號必須調整到小于60°才能保證觸發(fā)脈沖不遺漏。當以A相同步電壓信號為基準，單片機檢測到A相同步電壓信號正跳變時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器工作，當定時(shí)器溢出時(shí)，輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號，以后由所計算出的周期確定每隔60°己時(shí)輸出一次觸發(fā)脈沖，直到單片機再次檢測到A相同步信號的正跳變時(shí)，這個(gè)周期結束，開(kāi)始下一個(gè)周期。需要注意，從單片機檢測到同步電壓正跳變到輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號的時(shí)間，必須調整到小于等于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正跳變的時(shí)間，可根據三相橋式全控整流電路的觸發(fā)時(shí)序來(lái)調整，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為同步脈沖信號的一個(gè)標準周期360°；g0表示同步脈沖信號，gl、g2、g3、g4、g5、g6分別表示VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6觸發(fā)脈沖信號；其中0表示低電平，1為高電平。
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