基于單片機(jī)的晶閘管觸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)方案

　　1.引言

　　基于單片機(jī)的晶閘管觸發(fā)器無疑是現(xiàn)在的熱門觸發(fā)裝置。它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，溫漂小，可靠性高，便于智能化控制等。三相可控整流電路的控制量可以很大，輸出電壓脈動(dòng)較小，易濾波，控制滯后時(shí)間短，因此在工業(yè)中幾乎都是采用三相可控整流電路。在電子設(shè)備中有時(shí)也會(huì)遇到功率較大的電源，例如幾百瓦甚至超過1-2kw的電源，這時(shí)為了提高變壓器的利用率，減小波紋系數(shù)，也常采用三相整流電路。另外由于三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，為此在應(yīng)用中較少。而采用三相橋式全控整流電路，可以有效的避免直流磁化作用。雖然三相橋式全控整流電路的晶閘管的數(shù)目比三相半波可控整流電路的少，但是三相橋式全控整流電路的輸出電流波形便得平直，當(dāng)電感足夠大時(shí)，負(fù)載電流波形可以近似為一條水平線。在實(shí)際應(yīng)用中，特別是小功率場合，較多采用單相可控整流電路。當(dāng)功率超過4KW時(shí)，考慮到三相負(fù)載的平衡，因而采用三相橋式全控整流電路。在本電路中的電機(jī)的功率為22KW,因此，采用三相橋式全控整流電路來實(shí)現(xiàn)。

　　2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　整套系統(tǒng)的硬件電路主要由主回路和微處理器控制電路組成。其中主回路包括同步信號產(chǎn)生電路和觸發(fā)脈沖信號驅(qū)動(dòng)電路以及帶阻容吸收裝置的三相全控橋式整流電路。三相全控橋式整流電路是由一組共陰極接法的三相半波整流電路（共陰極的晶閘管依次為T1、T3、T5）各一組共陽接法的三相半波相控整流電路（共陽極組的晶閘管依次為T6、T4、T2）串聯(lián)組成的。為了分析方便，把交流電源的一具周期由六個(gè)自然換流點(diǎn)劃分為六段，共陽極組的自然換流點(diǎn)（α=0°）在ωt1、ωt3、ωt5、時(shí)刻，分別觸發(fā)T1、T3、T5晶閘管，同理可知共陽極組的自然換流點(diǎn)（α=0°）在ωt2、ωt4、ωt6時(shí)刻，分別觸發(fā)T2、T4、T6晶閘管。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)門1→T2→T3→T4→T5→T6.并假設(shè)在t=0時(shí)電路已經(jīng)在工作，即T5、T6同時(shí)導(dǎo)通，電流波形已經(jīng)形成。由于是電機(jī)負(fù)載，因此有ωL》Rd.三相橋式相控整流電路帶大電感負(fù)載α=0°時(shí)情況2.1 1AT89C52主控制電路

　　主控制電路在α=0°時(shí)勢電流，電壓波形。在ωt1~ωt2期間，A相的電壓為正最大值，ωt1時(shí)刻觸發(fā)T1,則T1導(dǎo)通，T5截止，此時(shí)變成T1和T6同時(shí)導(dǎo)通，電流從A相流出，經(jīng)T1、負(fù)載、T6流回B相，負(fù)載上得到的A、B線電壓uAB.在ωt2~ωt3期間，C相的電壓變?yōu)樨?fù)最大值，A相電壓仍保持最大值，ωt2時(shí)刻觸發(fā)T2導(dǎo)通，T6截止，此時(shí)，T1和T2同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)載上得到A、C線電壓uAC.在ωt3~ωt4期間，B相電壓變?yōu)檎畲笾?，C相保持負(fù)最大值，ωt3時(shí)刻觸發(fā)T3,則T3導(dǎo)通，T1截止，此時(shí)T2的T3同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)載上得到的uBC.在ωt4~ωt5期間，B相電壓變?yōu)檎畲笾?，A相保持負(fù)最大值，ωt3時(shí)刻觸發(fā)T4,則T4導(dǎo)通，T2截止，此時(shí)T3的T4同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)載上得到的uBA.在ωt5~ωt6期間，C相電壓變?yōu)檎畲笾?，A相保持負(fù)最大值，ωt4時(shí)刻觸發(fā)T5,則T5導(dǎo)通，T3截止，此時(shí)T4的T5同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)載上得到的uCA.在ωt6~ωt7期間，C相電壓變?yōu)檎畲笾?，B相保持負(fù)最大值，ωt6時(shí)刻觸發(fā)T6,則T6導(dǎo)通，T4截止，此時(shí)T5的T6同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)載上得到的uCB.在ωt7~ωt8起，又重復(fù)從ωt1~ωt2開始的這一過程。在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載上得到的如圖3-2所示的整流輸出電壓波形，這是線電壓的波的正半部分的包絡(luò)線，其基波頻率為300Hz,脈到較小。

　　不得當(dāng)α>0°時(shí)，輸出的電壓波形發(fā)生變化，圖3-3為α=30°的波形。圖3-4為α=90°的波形。可見，當(dāng)α≤60°時(shí)，ud波形均為正值；當(dāng)成60°α90°時(shí)，由于電感的作用，ud波形出現(xiàn)負(fù)值，但正面積大于負(fù)面積，平均電壓Ud仍為正值；當(dāng)α=90°時(shí)，正負(fù)面積相等，Ud≈0.

　　2.2 三相全控橋式整流電路設(shè)計(jì)

　　經(jīng)變壓器出來的直流電壓接通六個(gè)晶閘管。從t 1開始把一周期等分為6段，u d波形仍由6 段線電壓構(gòu)成區(qū)別在于： 晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了3 0 °， 組成u d的每一段線電壓因此推遲3 0°。

　　變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120°期間，ia為正，ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120°期間，ia波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形相同，但為負(fù)值。ud≤60°時(shí)ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。

　　區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。

　　2.3 同步電路設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的觸發(fā)電路一般都需要三相同步變壓器提供同步信號，在三相全控橋式整流電路中，采用單片機(jī)觸發(fā)的晶閘管，首先要使觸發(fā)脈沖的自然換相點(diǎn)與三相電源的線電壓的過零點(diǎn)同步。

　　3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求

　　緩啟動(dòng)時(shí)間為2s,最低的導(dǎo)通時(shí)間不低于3ms,導(dǎo)通時(shí)間的步進(jìn)數(shù)目不少于20步。