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單片機(jī)控制的三相全控橋觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-資料下載頁

2025-07-02 19:48本頁面

【導(dǎo)讀】療,環(huán)保,和人們?nèi)粘I畹母鱾€(gè)領(lǐng)域,進(jìn)入新世紀(jì)后電力電子技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛,因此對(duì)電力電子技術(shù)的研究更為重要。近幾年越來越多電力電子應(yīng)用在國民工業(yè)中,一。些技術(shù)先進(jìn)的國家,經(jīng)過電力電子技術(shù)處理的電能己達(dá)到總電能的一半以上。路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路,軟件部分由C51高級(jí)語言編程。SCR可控硅整流為直流電給負(fù)載供電。此種控制方式其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出波形穩(wěn)定和可靠。性高抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)。觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制靈活,溫度影響小,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。并將在很多的工業(yè)??刂浦械玫胶芎玫倪\(yùn)用。

  

【正文】 第五章 控制系統(tǒng)原理 5. 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)控制的晶閘管觸發(fā) 系統(tǒng)控制部分 主要由 AT89C52 系列單片機(jī) 、同步信號(hào)檢測(cè) 電路 、觸發(fā)脈沖 發(fā)生 電路 、 4179。 4 輸入鍵盤、 LED 顯示電路 部分組成,如 下 圖所示 ,單片機(jī) 通過檢測(cè)電路獲知 同步信號(hào) ,依據(jù)所要控制的 三相全控整流 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) 。 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 45 (系統(tǒng)原理框圖) 5. 2 觸發(fā)器硬件組成 圖 1 給出單片機(jī)控制的移相觸發(fā)脈沖控制 系統(tǒng) 硬件電路圖。單片機(jī)選用 AT89C52,共有 40 個(gè)引腳 , 8KB 內(nèi)存。同步信號(hào)的輸入經(jīng)電阻 R1, R1 起到限流和保護(hù)的作用,正弦同步信號(hào)經(jīng) VD1 和 VD2 兩個(gè)限制比較器輸入電壓的箝位二極管削波后,送入比較器 LM339的輸入端, LM339 輸出為 180176。與電源相位相同的方波。同步檢測(cè)信號(hào)發(fā)生正跳變時(shí),由于AT89C52 采用低電平為有效觸發(fā) 方式,所以 信號(hào)經(jīng)反相 器反相 以中斷方式向單片機(jī)的INT0(引腳 12)提供同步指令,從表面上看好像是外部中斷信號(hào)輸入,實(shí)際上是要量脈沖的寬度,這決定于信號(hào)到來的時(shí)間。使用該比較電路,無論輸入的同步電壓信號(hào)高還是低, LM339的輸出信號(hào)都能較 準(zhǔn)確的反映同步輸入信號(hào)的過零點(diǎn), R2 和 C3 對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波,以避免輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。由于 AT89C52 為 CMOS 8 位單片機(jī),所以該觸發(fā)器內(nèi)部均為 8 位數(shù)字量計(jì)算,其觸發(fā)延遲角范圍為 0176。~ 180176。,控制精度為 0. 7,雖然控制精度受到內(nèi)部運(yùn)算位數(shù)的限制,但足以滿足一般控制要求。 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 46 (圖 1 ) 由于 AT89C52 控制的為阻感性負(fù)載其移相范圍 0176?!?90176。之間,所以 P0 口接顯示兩位動(dòng)態(tài)顯示的 LED 顯示器。 P1 口作為 4X4 鍵盤接口,其中 F 鍵作為確認(rèn)鍵。由于鍵盤存在一定的局限性每輸入觸發(fā)角時(shí)必須先確認(rèn)一次然后在 輸入想要按下的鍵值否則將會(huì) 發(fā)生紊亂。其中用 P2 口的 和 口作為位控制口分別為十位和個(gè)位。 P2 端口的 ~ (引腳21~26)分別用于輸出三相橋式全控整流電路 VT1~ VT6 的觸發(fā)脈沖信號(hào) 。 6 路脈沖信號(hào)經(jīng) 過六路反相器 7406 驅(qū)動(dòng)光電耦合器 TTL117,經(jīng)電氣隔離輸出的信號(hào)經(jīng)過復(fù)合管電壓跟隨器將信號(hào)放大,通過脈沖變壓器輸出脈沖觸發(fā)電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管的導(dǎo)通。 整個(gè)控制過程為先鍵入所要的控制角,控制角被計(jì)算成相應(yīng)的觸發(fā)延時(shí)時(shí)間,并等待當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部中斷信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到外部中斷信號(hào)后啟 動(dòng)定時(shí)器 1 延時(shí)相應(yīng)的時(shí)間,之后接著啟動(dòng)定時(shí)器 0 并產(chǎn)生發(fā)出六脈沖信號(hào)經(jīng)過變換放大觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通,以獲得相應(yīng)的電壓。 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 47 5. 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(cè)的方法在 單片機(jī) 中實(shí)現(xiàn)同步,并由 單片機(jī) 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(cè)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(duì)稱時(shí)是可行的。因?yàn)槿嗤耆珜?duì)稱,各相彼此相差 120176。,電路每隔 60176。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(jiǎn)單,但軟件設(shè)計(jì)工作量稍大 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 48 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(cè)量同步電壓信號(hào)的周期,并由此計(jì)算出 60176。和 120176。電角度所對(duì)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 60176。觸發(fā)導(dǎo)通一只晶閘管,也就是說,每隔 60176。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 60176。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(cè)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 60176。己時(shí)輸出一次觸發(fā)脈沖,直到單片機(jī)再次檢測(cè)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(cè)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 60176。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(duì)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, (α2α1)、 (α4α3)均為觸發(fā)窄脈沖寬度 60176。, α0 為同步脈沖信號(hào)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)周期 360176。; g0 表示同步脈沖信號(hào), gl、 g g gg g6 分別表示 VT VT VT VT VT VT6 觸發(fā)脈沖信號(hào);其中 0 表示低電平, 1為高電平 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 49 圖 3 單一同步基準(zhǔn)的雙窄觸發(fā)脈沖時(shí)序 第六章 硬件電路主要器件選擇 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 50 6. 1 主要器 件的計(jì)算選擇 硬件電路器件的選擇都是以選擇的直流電機(jī)的參數(shù)作為基準(zhǔn)計(jì)算選擇,本設(shè)計(jì)控制選擇的直流電機(jī)參數(shù):型號(hào): Z3— 33 額定功率: 4Kw 額定電壓: 220V 額定轉(zhuǎn)速: 3000 額定電流: 效率: 81% 最高轉(zhuǎn)速: 3600 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 6. 1. 1 晶閘管及平波電抗器 對(duì)晶閘管和 平波電抗器及其他的器件的 主要參數(shù)進(jìn)行了解和正確理解各參數(shù)的含義是合理選用元件的基礎(chǔ)。 (1) 額定電壓的選擇可控硅型號(hào)上的額定電壓,一般是將正向轉(zhuǎn)折電壓與反向擊穿電壓所對(duì)應(yīng) 的正弦半波電壓的最大值各減去 100V,并取整數(shù)值作為斷態(tài)復(fù)重峰值電壓 UDRM 與反向重復(fù)峰值電壓 URRM,而把 UDRM 與 URRM,中較小的數(shù)值作為該元件的額定電壓。例如,實(shí)測(cè)正向轉(zhuǎn)折電壓為 680V,反向擊穿電壓為 730V,各減去 100V 取整數(shù),則 UDRM=500(v), URRM=600(V)將其中數(shù)值較小者 UDRM=500(v)作為該元件型號(hào)上的額定電壓。在選用時(shí),可控硅實(shí)際工作電壓的峰值應(yīng)低于額定電壓,并要考慮足夠的安全系數(shù)。通常選擇可控硅的額定電壓為實(shí)際工作電壓峰值的 2 一 3 倍。例如,當(dāng)可控硅兩端承受 220V 的交流電壓時(shí),其峰值電壓為 2179。 220=311(V),則必須選擇額定電壓大于 2179。 311=622(v)的可控硅。但額定電流的選取可控硅的通態(tài)平均電流是指在符合規(guī)定的散熱條件下,電流為正弦半波時(shí)所允許通過電流的平均值。例如一個(gè) 100A 的元件,在正弦半波 180176。導(dǎo)通時(shí),平均電流允許為 100A,此時(shí)的峰值電流將是 314A,有效值則是 157A。當(dāng)可控硅的導(dǎo)通角小于 180176。時(shí),則允許通過的正弦半波電流的平均值應(yīng)相應(yīng)降低。在使用時(shí),可控硅實(shí)際通過的最大平均電流應(yīng)低于通態(tài)平均電流,并要考慮電流波形的變化而進(jìn)行相應(yīng)的換算, 再留有 倍到 2 倍的余量。 (2) 控制極觸發(fā)電壓與電流控制極實(shí)測(cè)觸發(fā)電壓不能太小,小了易受干擾造成誤導(dǎo)通 。觸發(fā)電壓也不能太高,高了又會(huì)使觸發(fā)困難。正常工作時(shí)的觸發(fā)電壓和電流應(yīng)大于實(shí)測(cè)的參數(shù)UGT 與 IGT,以保證可靠觸發(fā),但也不能超過允許的極限值。 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 51 (3) 平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的,在輸出的直流電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的,需要由平波電抗器加以抑制。 6. 1. 2 晶閘管的保護(hù) 1 過電流保護(hù) 由于晶閘管的熱容量很小,一旦發(fā)生過電流時(shí),溫度就會(huì)急劇上 升而可能把 PN 結(jié)燒壞,造成元件內(nèi)部短路或者開路。 晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有:負(fù)載端過載或者短路;某個(gè)晶閘管被擊穿短路,造成其他元件的過電流;觸發(fā)電路工作不正常或受干擾,使晶閘管誤觸發(fā),引起過電流。晶閘管承受過電流能力很差,例如一個(gè) 100A 的晶閘管,它的過電流能力下表所列。這就是說,當(dāng) 100A的晶閘管過電流為 400A 時(shí),僅允許持續(xù) ,否則將因過熱而損壞。由此可知,晶閘管允許在短時(shí)間見內(nèi)承受一定的過電流,所以,過電流保護(hù)的作用在于當(dāng)發(fā)生過電流時(shí),在允許的時(shí)間內(nèi)將過電流切斷,以防止原件損壞。 晶閘管的 過載時(shí)間和過載倍數(shù)的關(guān)系 過載時(shí)間 5s 5min 過載倍數(shù) 4 2 晶閘管的過電流的保護(hù)措施有以下幾種: ( 1) 快速熔斷器 普通熔斷絲由于容短時(shí)間長(zhǎng),用來保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷,這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器。快速熔斷器用的是銀質(zhì)熔絲,在同樣的過電流倍數(shù)下,它可以在晶閘管損壞之前熔斷,這是晶閘管過電流保護(hù)的主要措施??焖偃蹟嗥鞯慕尤敕绞接腥N,其一是快速熔斷器輸出(負(fù)載)端,這種接法對(duì)輸出回路的過載或者短路起保護(hù)作用,但對(duì)原件本身 故障引起的過電流不起保護(hù)作用。其二是快速熔斷器與原件串聯(lián)可以對(duì)元件本身的故障進(jìn)行保護(hù)。以上兩種接法一般需要同時(shí)設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 52 采用。第三種接法是快速熔斷器接在輸入端,這樣可以同時(shí)對(duì)輸出端短路或者元件短路實(shí)現(xiàn)保護(hù),但是熔斷器熔斷之后,不能立即判斷是什么故障。熔斷器的電流額定應(yīng)該盡量接近實(shí)際工作電流的有效值而不是按所保護(hù)的元件的電流定額(平均值)選取。 ( 2)過電路繼電器 在輸出端(直流側(cè))裝直流過電流繼電器,或是輸入端(交流側(cè))經(jīng)電流互感器接入靈敏的過電流繼電器,都可在發(fā)生過電流故障時(shí)動(dòng)作,使輸入端的開關(guān)跳閘。這種保護(hù)措施對(duì) 過載是有效的,但是在發(fā)生短路故障時(shí),由于過電流繼電器的動(dòng)作及自動(dòng)開關(guān)的跳閘都需要一定的時(shí)間,如果短路電流比較大,這種保護(hù)方式不是很有效。 ( 3)過流截止保護(hù) 利用過電流的信號(hào)將晶閘管的觸發(fā)脈沖移后,使晶閘管的導(dǎo)通角減小或者停止觸發(fā)。 2 過電壓保護(hù) 晶閘管耐受過電壓的的能力極差,當(dāng)電路中電壓超多其反相擊穿電壓時(shí),即使時(shí)間極短,也容易損壞。如果正向電壓超過其轉(zhuǎn)折電壓,則晶閘管誤導(dǎo)通,這種誤導(dǎo)通次數(shù)頻繁時(shí),導(dǎo)通后通過的電流較大,也可能使原件損壞或使晶閘管的特性下降。因此必須采取措施消除晶閘管上可能出現(xiàn)的 過電壓。 引起過電壓的主要原因,是因?yàn)殡娐分幸话愣冀佑须姼性?。在切斷或接通電路時(shí),從一個(gè)元件導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到另一個(gè)元件導(dǎo)通時(shí),以及熔斷器熔斷時(shí),電路中的電壓往往都會(huì)超多正常值。有時(shí)雷擊也會(huì)引起過電壓。 晶閘管過電壓的保護(hù)措施通常采用阻容保護(hù)。可以利用電容來吸收過電壓,其實(shí)質(zhì)就是將造成過電壓的能量變成電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存到電容器中,然后釋放到電阻中去消耗掉。這是過電壓保護(hù)的基本方法。 阻容吸收元件可以并聯(lián)整流裝置的交流側(cè)(輸入端)、直流側(cè)(輸出端)、或則元件側(cè)。 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 53 6. 2 具體器件的計(jì)算與選擇 ( 1)整流變壓器的計(jì)算 ① 二次側(cè)相電壓: 查表知,三相全控橋時(shí) A= Ud0/ U2= ( 取 ε = 為電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)) B=Ud/ Udv 查表知 B=COS?, ?角考慮 100裕量 故 B= 所以 U2 =( 1~ ) ** 220 =106~ 127V 取 U2=120V,所以 變比 K=U1/U2=380/120= ② 一次、二次側(cè)電流的計(jì)算 查表知 KI1= , KI2= I1=KI1 Id /K=**37/=*=10A I2=KI2Id=*37= ③ 變壓器容量的計(jì)算 一次側(cè),二次側(cè)繞組的相數(shù) m1=3, m2=3 所以 S1=m1U1I1=3*380*10=11400VA S2=m2U2I2=3*120*=10872VA S=( S1+ S2) /2=( 11400+10872) /2=11136VA 又因?yàn)? 勵(lì)磁功率 P2=220*= 所以 取 S1=, S2=, S=, I1=, I2= 設(shè)計(jì)說明書(畢業(yè)論文) 54 ( 2)晶閘管元件的選擇 ① 晶閘管額定電壓 UTN = (2~3) UTm=(2~3) 6 *120 =588~882V 取 UTN=800V ② 晶閘管的額定電流 查表知 K= IT( VA ) =( ~2) K Id =( ~2) **37=~ 取 IT( VA ) =50A 故選 Kp507 晶閘管元件 ③ 晶閘管兩端的過電壓保護(hù) 晶閘管: C2=, R2=40Ω 電容耐壓 ≧ =* 6 *U2=* 6 *120V=441V 選 C2JD2 型金屬化介電容器,電容量 ,耐壓 400V 電阻功率: PR2=fcum2*106= 取 R2=43Ω , 1W 金屬膜電阻 ④ 過電流保護(hù) 快速熔斷器的選擇 接有電抗器的三相全控橋電路,通過晶閘管電流有效值 IT=Id/ 3 =37A/ 3 =21A 故選用 RLS50 的熔斷器,熔
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