電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭少亮

（神華國(guó)能天津大港發(fā)電廠有限公司 天津市 300272）

單片機(jī)是在上個(gè)世紀(jì)七十年代中期發(fā)展起來的一種功能強(qiáng)大、體積小、面向控制、價(jià)格低廉的大規(guī)模集成電路器件。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步發(fā)展，單片機(jī)在我國(guó)社會(huì)生活中的多個(gè)領(lǐng)域均得到了應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，特別是在智能化儀器設(shè)備、產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)備、分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

電力電子技術(shù)是電子、電氣類和關(guān)聯(lián)專業(yè)學(xué)生的重要基礎(chǔ)課程，該課程的學(xué)習(xí)涉及到理論和實(shí)驗(yàn)兩種類型的知識(shí)，特別是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐操作，解決實(shí)際生活中的問題，并得到相應(yīng)的結(jié)論，并在問題解決的過程中培養(yǎng)自己分析問題、解決問題的能力。在以往，電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是對(duì)傳統(tǒng)電子觸發(fā)系統(tǒng)的一種研究，目的是積極探索出一種適合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求的電力系統(tǒng)。但是這種系統(tǒng)日漸不符合時(shí)代發(fā)展需要，因而怎樣強(qiáng)化對(duì)單片機(jī)控制觸發(fā)系統(tǒng)的深入研究成為保證電力事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的關(guān)鍵。

1 文章所研究機(jī)床單片機(jī)控制概述

文章所研究的機(jī)床采取的是矩陣電氣控制模式，接線操作十分復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性和安全性較差，在使用的過程中容易出現(xiàn)各種線路問題。應(yīng)用單片機(jī)代替電氣矩陣模板進(jìn)行控制不僅接線操作簡(jiǎn)單，而且編程簡(jiǎn)單、方便、可靠性強(qiáng)。結(jié)合機(jī)床設(shè)計(jì)要求，需要采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，借助單片機(jī)的柔性控制四個(gè)基礎(chǔ)，開展液壓試驗(yàn)，完成節(jié)流調(diào)速控制、增速回路控制、減壓回路控制。

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，它的結(jié)構(gòu)和功能完全符合工業(yè)控制的基本要求，可以被人們精準(zhǔn)的稱作是單片機(jī)微控制器。在使用的時(shí)候單片機(jī)會(huì)將微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能零部件，比如中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、I/O 接口、計(jì)數(shù)器等連接在一個(gè)芯片上，由此打造一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)在是使用的時(shí)候具備價(jià)格低廉、消耗低、重量輕、控制功能強(qiáng)大等方面的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，在社會(huì)生活的很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用空間和前景。單片機(jī)的常用系統(tǒng)包含以下幾種：第一，控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)打造成各個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集整理系統(tǒng)，常見的應(yīng)用領(lǐng)域包含溫室人工氣候控制、水閘自動(dòng)化控制、電鍍生產(chǎn)控制、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制、車輛檢測(cè)控制等。第二，智能儀表。智能儀表的打造充分應(yīng)用了單片機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)、溫度儀表，在以往儀表設(shè)備的基礎(chǔ)上朝著智能化、柔性化的方向發(fā)展。第三，機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品主要是指將單片機(jī)和以往的機(jī)械產(chǎn)品融合在一起使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的智能化控制。

2 電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)

2.1 單片機(jī)觸發(fā)試驗(yàn)裝置的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

在具體試驗(yàn)操作的時(shí)候單片機(jī)觸發(fā)裝置對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的操作控制精準(zhǔn)度有著較高的要求，觸發(fā)的不對(duì)稱度下，整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度會(huì)加快，在這個(gè)過程中會(huì)充分發(fā)揮出整個(gè)單片機(jī)出觸發(fā)系統(tǒng) 數(shù)字化優(yōu)勢(shì)。在操作的時(shí)候通過使用單片機(jī)替代晶閘管觸發(fā)器，并在光電耦合器的作用下會(huì)形成通斷脈沖，從而確保整個(gè)電路操作系統(tǒng)中可控硅能夠順利的導(dǎo)通數(shù)據(jù)信息。

2.2 單片機(jī)觸發(fā)試驗(yàn)裝置的基本構(gòu)成

單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)芯片為主導(dǎo)力量，同步脈沖檢測(cè)器在使用的時(shí)候會(huì)將觸發(fā)脈沖接入到規(guī)定好的單片機(jī)系統(tǒng)中，之后通過可控硅的接口來將脈沖接通到整個(gè)電路系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸出脈沖變壓器將觸發(fā)脈沖和單片機(jī)系統(tǒng)主要電路的晶閘管觸發(fā)相匹配。

2.3 單片機(jī)觸發(fā)裝置的日常運(yùn)行

2.3.1 同步信號(hào)檢測(cè)電路

觸發(fā)脈沖的自然換相點(diǎn)藥和交流電的電壓保持在過零同步的狀態(tài)，由此脈沖要由同步脈沖的集成產(chǎn)生。在整個(gè)電路系統(tǒng)中往往需要設(shè)置兩個(gè)由光耦組成的檢測(cè)電路，結(jié)合電路中電流基本走向光耦的發(fā)光機(jī)制，通過二極管進(jìn)行發(fā)光，并確保在三極管發(fā)光狀態(tài)達(dá)到最高數(shù)值的時(shí)候信號(hào)會(huì)被引入到單片機(jī)中，之后在三極管發(fā)射極達(dá)到最高數(shù)值的時(shí)候?qū)⑿盘?hào)引入到單片機(jī)系統(tǒng)中，使用同步信號(hào)完成對(duì)系統(tǒng)電路的檢測(cè)。

2.3.2 觸發(fā)脈沖和驅(qū)動(dòng)電路

不同脈沖會(huì)通過脈沖的輸出接口輸出，之后根據(jù)鍵盤的基本情況精準(zhǔn)輸出脈沖的組數(shù)和基本類型，在這個(gè)過程中確保光耦合對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)、主電路之間的有效隔離，在隔離操作完成之后借助輸出脈沖變壓器來將觸發(fā)性脈沖和主要電路的晶閘管觸發(fā)有效匹配在一起。

3 以往電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題

3.1 單結(jié)晶體管移相觸發(fā)性電路

單結(jié)晶體管發(fā)出的是一種比較簡(jiǎn)單的電路形式，但是在使用操作的時(shí)候具有移動(dòng)范圍小、觸發(fā)脈沖狹窄的特點(diǎn)，學(xué)生在開展有關(guān)試驗(yàn)操作的時(shí)候容易出現(xiàn)各種類型的失誤問題，比如導(dǎo)管輸出功率比較小、導(dǎo)管之間的連接不夠順暢、移動(dòng)電位器和單個(gè)結(jié)晶體管電容不適應(yīng)等。在出現(xiàn)這些問題之后會(huì)直接導(dǎo)致最終實(shí)驗(yàn)操作的失敗。

3.2 正弦波觸發(fā)性電路

正弦波觸發(fā)性電路脈沖數(shù)值變寬主要表現(xiàn)為負(fù)載電流，負(fù)載電流在連續(xù)性通過時(shí)直接輸出的電壓數(shù)值會(huì)和控制性電壓數(shù)值呈現(xiàn)出一種相關(guān)性的變化，在變化之后會(huì)直接影響輸出電壓數(shù)值和電網(wǎng)的波動(dòng)，也就使得相關(guān)操作人員無(wú)法有效控制整個(gè)電路的電壓變動(dòng)。

3.3 鋸齒波觸發(fā)性電路

鋸齒波觸發(fā)性線路在使用的過程中具有明顯的優(yōu)勢(shì)作用，突出表現(xiàn)為能夠更好的保證電網(wǎng)電壓波動(dòng)和波動(dòng)畸變的正相關(guān)關(guān)系。但是在具體操作的時(shí)候往往具備維修操作困難的問題，且實(shí)驗(yàn)操作條件比較復(fù)雜。

3.4 集成化觸發(fā)電路

集成化觸發(fā)電路和一般線路相比具有較強(qiáng)的移相線性，但是在具體應(yīng)用操作的時(shí)候深受外界電路的影響，無(wú)法進(jìn)行獨(dú)立性的實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)，在具體操作的過程中集成化觸電往往會(huì)根據(jù)不同的電路類型來更換和調(diào)整芯片，也會(huì)在無(wú)形中加大整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的難度。

圖1：電力電子技術(shù)電路的硬件結(jié)構(gòu)

4 新時(shí)期電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足的要求

4.1 輸出電路的輸出觸發(fā)脈沖的電壓、功率需要符合規(guī)定的要求

電力電子實(shí)驗(yàn)操作所應(yīng)用的晶閘管是由電流控制的器件，基于管子門極伏安特分散、觸發(fā)電壓電流隨溫度變化的特點(diǎn)，因而，在控制器件門極中只有補(bǔ)充足夠的電流才能夠更好的觸發(fā)導(dǎo)通。另外，為了能夠確保各個(gè)器件觸點(diǎn)的可靠性，觸發(fā)電路所提供的電壓和電流需要超過門極觸發(fā)電壓和電流。

4.2 觸發(fā)脈沖的前沿和寬度要滿足相關(guān)要求

為了確保在觸發(fā)器件陽(yáng)極電流能夠維持導(dǎo)通，電阻負(fù)載脈沖的寬度需要設(shè)定在20 到50 之間，電感負(fù)載脈沖的寬度也需要超過

1ms。

4.3 觸發(fā)脈沖需要符合相關(guān)要求

觸發(fā)脈沖操作需要和晶閘管的陽(yáng)極電壓保持在同步的狀態(tài)下，同時(shí)還需要和電源波形維持在一種固定的相位關(guān)系。

4.4 觸發(fā)脈沖要具備良好的抗干擾性能和穩(wěn)定的溫度

晶閘管出現(xiàn)誤導(dǎo)一般是由于電路受到外界的干擾。為此，在觸發(fā)脈沖的時(shí)候需要相關(guān)人員采取有效的措施對(duì)觸發(fā)電路進(jìn)行必要的隔離和屏蔽。在具體操作的時(shí)候根據(jù)晶閘管對(duì)觸發(fā)電路操作提出的要求可以設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的觸發(fā)控制裝置。

5 電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

5.1 系統(tǒng)組成

電力電子技術(shù)電路組成具體包含單片機(jī)芯片、同步脈沖檢測(cè)、觸發(fā)脈沖輸出、可控硅接口電路等，具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。整個(gè)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)由芯片來作為主導(dǎo)力量，同步脈沖檢測(cè)器會(huì)將觸發(fā)性的脈沖添加到整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中，從而通過可控硅接口來將脈沖輸入到相應(yīng)的電路中。整個(gè)單片機(jī)觸發(fā)裝置對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性較高，且觸發(fā)操作的不對(duì)稱度較小，運(yùn)行速度快，在操作的時(shí)候能夠有效發(fā)揮出數(shù)字化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。借助單片機(jī)來代替閘管觸發(fā)器，之后借助光電耦合器會(huì)打造出通電脈沖，從而確保整個(gè)線路運(yùn)行能夠順利導(dǎo)通信息，在短時(shí)間運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。

5.2 器件的選擇

電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)型號(hào)為89C2051,89C251 芯片內(nèi)部擁有可編程Flash 存儲(chǔ)器，芯片的使用資料類型和數(shù)量較多，且價(jià)格低廉、方便購(gòu)買。芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)器適用于各個(gè)編程系統(tǒng)，在具體操作的時(shí)候具備兩個(gè)I/O 口，在具體操作的時(shí)候借助這個(gè)端口能夠更好的滿足觸發(fā)脈沖輸出和多個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的要求，從而在最大限度上減少整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和操作復(fù)雜性。

5.3 電路操作原理

5.3.1 同步信號(hào)檢測(cè)電路

觸發(fā)脈沖的換相點(diǎn)會(huì)和交流電流同步運(yùn)行發(fā)展，為此，同步脈沖電路一般會(huì)產(chǎn)生同步脈沖。為此，在具體操作的時(shí)候可以應(yīng)用兩個(gè)光耦小組來檢測(cè)整個(gè)電路的運(yùn)行。在交流電流方向發(fā)生變化的時(shí)候整個(gè)光耦的發(fā)光二極管會(huì)呈現(xiàn)出交替性發(fā)光的現(xiàn)象。光耦三極管會(huì)接收到發(fā)光二極管發(fā)射的信息，交替呈現(xiàn)出導(dǎo)通的狀態(tài)，在這樣狀態(tài)下整個(gè)三極管集電極A點(diǎn)呈現(xiàn)出一種低電平的狀態(tài)，在經(jīng)過“0”點(diǎn)的時(shí)候，A 點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N高電平的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候信號(hào)會(huì)被添加到單片機(jī)的中間地段。

5.3.2 觸發(fā)性脈沖的輸出和驅(qū)動(dòng)電路

整個(gè)觸發(fā)脈沖輸出和驅(qū)動(dòng)電路由光耦和脈沖變壓器電路共同組成，輸出的脈沖組數(shù)和脈沖類型通過鍵盤深受需求的影響，光耦合對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)和整流電路會(huì)起到十分重要的隔離作用，且輸出脈沖變壓器能夠充分滿足觸發(fā)脈沖和主電路中晶閘管的觸發(fā)需求。

5.4 移相控制角

移相控制角主要是指通過鍵盤的人工輸入信息來自動(dòng)化的控制單片機(jī)的輸出和輸入信息變化，最終根據(jù)需要來更好的控制角的大小。在具體操作的時(shí)候需要通過鍵盤來判定整個(gè)系統(tǒng)的脈沖。

6 電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果分析

6.1 提升電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)觸發(fā)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性

電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)在使用的時(shí)呈現(xiàn)較高的精準(zhǔn)性，在具體應(yīng)用的時(shí)候還能夠形成多種類型的電力電子實(shí)驗(yàn)觸發(fā)性系統(tǒng)。單片機(jī)的不同延時(shí)功能能夠支撐完成各種實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)操作的過程中通過該系統(tǒng) 能夠讓學(xué)生更加直觀的了解電力電子移相內(nèi)容，并在這個(gè)過程中掌握更多的知識(shí)，提示實(shí)驗(yàn)操作的安全性和有效性。

6.2 對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展

整個(gè)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)觸發(fā)系統(tǒng)裝置在運(yùn)行的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)可控硅控制，在操作時(shí)簡(jiǎn)化整個(gè)電路的安全性和復(fù)雜性。電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)觸發(fā)系統(tǒng)在運(yùn)行之后應(yīng)用了交流調(diào)壓電路，在操作的時(shí)候能夠輸出所需要的交流電壓數(shù)值，并通過單片機(jī)來控制可控硅，通過一系列控制操作最終得到所需要的電壓數(shù)值。同時(shí)，整個(gè)操作系統(tǒng)在應(yīng)用的時(shí)候還能夠進(jìn)一步擴(kuò)展成為一個(gè)交流軟開關(guān)，為計(jì)算機(jī)控制模擬電路和遠(yuǎn)程控制較大功率的電路信息提供重要支持。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的打造能夠在一定程度上簡(jiǎn)化電路系統(tǒng)，降低系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性。在單片機(jī)出發(fā)系統(tǒng)中的變量通過鍵盤的輸入能夠有效改變電壓數(shù)值。另外，通過對(duì)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)置還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程性操作，從而為模擬數(shù)據(jù)加工操作提供重要技術(shù)支持。將單片機(jī)應(yīng)用在電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)中則是能夠在以往的基礎(chǔ)上更好的控制單片機(jī)系統(tǒng)，確保電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)有序開展。