基于A(yíng)VR單片機的三相晶閘管觸發(fā)電路的研制

0 引 言

用于晶閘管三相全控橋整流裝置的觸發(fā)電路，若僅從觸發(fā)信號的相位控制方式來(lái)看，只有多通道相位控制和單通道相位控制兩種。前者的典型電路為鋸齒波移相觸發(fā)電路，它用于三相全控橋式主電路時(shí)，移相通道多達6個(gè)，由于各個(gè)通道中同步電路本身特性的差異，發(fā)出的觸發(fā)脈沖相位對稱(chēng)度很差。另外，傳統的晶閘管整流或逆變系統需要3個(gè)同步變壓器來(lái)得到觸發(fā)脈沖的同步信號，不僅增加了系統的成本，同時(shí)給安裝調試帶來(lái)不便。隨著(zhù)新型器件的發(fā)展，數字移相技術(shù)逐漸開(kāi)始取代傳統的模擬移相技術(shù)。AVR單片機具有強大的邏輯分析和計算能力，而且可以在系統編程，可靠性很高。

本文詳細介紹了一種以AVR單片機為核心，并且不需同步變壓器、具有相序自適應功能的雙脈沖序列數字移相觸發(fā)器設計?，F場(chǎng)應用證明，該相控數字觸發(fā)電路簡(jiǎn)單可靠，產(chǎn)生的脈沖對稱(chēng)性好，抗干擾能力強。

1 三相半控橋的觸發(fā)原理

在三相橋式半控整流電路中，每個(gè)導電回路中有2個(gè)晶閘管，見(jiàn)圖1。

該電路由一個(gè)三相半波不控整流電路與一個(gè)三相半波可控整流串聯(lián)而成，因此兼有可控與不可控兩者的特點(diǎn)。共陽(yáng)極組的整流二極管總是在自然換相點(diǎn)換流，使電流換到陰極電位低的一相上去；而共陰極組的3個(gè)晶閘管則要觸發(fā)后才能換到陽(yáng)極電位更高的一相中去。輸出整流電壓Ud的波形是兩組整流電壓波形之和，改變可控組的控制角α可得到0～2.34U2的可調輸出平均電壓Ud。

2 裝置的工作原理

2.1系統總體結構

系統總體框圖見(jiàn)圖2。

2.2同步信號的獲取

在三相半控整流電路中，選擇觸發(fā)電路的同步電源非常重要，只有正確地選擇了同步電源，才能使各晶閘管在指定的時(shí)刻及時(shí)依次順序觸發(fā)導通。同步電源的選擇與3個(gè)因素有關(guān)：整流電路形式及整流變壓器繞組的接法；同步變壓器繞組的接法；觸發(fā)電路中同步電源電壓的相位與觸發(fā)脈沖的相位之間的關(guān)系。

為了得到觸發(fā)脈沖的移相角，即確定觸發(fā)脈沖相對于輸入電壓的位置，必須從三相交流電源引入同步信號。傳統的做法是從電源側通過(guò)3個(gè)變壓器得到各相的同步信號，這樣就增加了系統的成本，并且安裝也不方便。采用如圖3所示的方法，將三相線(xiàn)電壓信號，經(jīng)過(guò)限流電阻，使用光耦進(jìn)行電壓隔離，這樣就不需要同步變壓器，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，同時(shí)節省了成本。

同步信號獲取電路如圖3所示。

在正弦交流電壓信號的正半周，發(fā)光二極管導通，光耦輸出低電平，在負半周輸出高電平。光耦輸出信號的下降沿就是同步信號的正過(guò)零時(shí)刻。但是，這一時(shí)刻會(huì )有一點(diǎn)延時(shí)，這個(gè)問(wèn)題將在3.2節中討論。波形圖見(jiàn)圖4。

2.3同步工作原理

在工頻為50 Hz時(shí)，電源1個(gè)周期理論上應為：T=1／50=0.02s=20ms。因此，系統初始化時(shí)T=20 ms。實(shí)際應用中，由于電網(wǎng)負荷的變化，經(jīng)常出現周期不嚴格等于20 ms的情況。如果不相應調整T值的話(huà)，就會(huì )產(chǎn)生觸發(fā)誤差。定義16位的定時(shí)器T1工作在系統時(shí)鐘頻率的1／8(即1μs，最大計時(shí)為65.5 ms)，用計數器1計時(shí)兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間就是周期T。這樣就消除了電網(wǎng)頻率不穩造成的觸發(fā)誤差。

2.4可控硅觸發(fā)脈沖的形成

Atmega16有3個(gè)外部中斷，不需要擴展中斷就可以做到3個(gè)同步信號的獲取。定義單片機的中斷為下降沿有效，中斷一來(lái)，延時(shí)指定的時(shí)間t后就在指定的I／O口輸出一個(gè)高電平，經(jīng)過(guò)1 ms輸出低電平。流程見(jiàn)圖5。各相中斷信號互為獨立。