三相桥式整流单片机控制

毕业设计论文题目三相桥式整流单片机控制系别电气系专业电气自动化班级学号姓名指导教师日期2013年5月15日-1-摘要电子技术的应用已深入到工农业经济建设，交通运输，空间技术，国防现代化，医疗，环保，和人们日常生活的各个领域，进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛，因此对电力电子技术的研究更为重要。近几年越来越多电力电子应用在国民工业中，一些技术先进的国家，经过电力电子技术处理的电能己达到总电能的一半以上。本文主要介绍基于MCS—51系列单片机80C51芯片控制的三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路，具体运行由工频三相电压经变压器后在芯片控制下在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制相应的SCR可控硅整流为直流电给负载供电。此种控制方式其主要优点是输出波形稳定和可靠性高抗干扰强的特点。触发电路结构简单，控制灵活，温度影响小，控制精度可通过软件补偿，移相范围可任意调节等特点，目前已获得业界的广泛认可。并将在很多的工业控制中得到很好的运用。关键词：晶闸管MCS—51单片机触发角同步信号三相全控桥MCS—51单片机波形显示晶闸管保护-2-AbstractTheapplicationofelectronictechnologyhasdeepintotheagriculturaleconomicconstruction,transportation,spacetechnology,nationaldefensemodernization,medical,environmentalprotection,andPeople'sDailylifeinallareas,enterthenewcenturypowerelectronictechnology,somorewidelyinpowerelectronictechnologyresearchismoreimportant.Inrecentyears,moreandmoreapplicationinthenationalpowerelectronicsindustry,someadvancedtechnologiesofthecountry,afterprocessingofelectricpowerelectronictechnologyhasreachedmorethanhalfthetotalenergy.ThispapermainlyintroducestheMCUbasedonMCS-51seriesthree-phaseAT89C52chipcontrolledrectifierbridgetypeallcontrolcircuitandthecircuitprincipleoftriggercircuitandcontrolcircuitandsoftwareconsistsofseniorprogramminglanguageC51.Specificoperationbyfrequencyvoltagetransformerinthethree-phaseafterundercontrolchipatdifferentmomentsofthepulsesignaltocontroltheSCRsiliconrectifieriscorrespondingtoloadpowerDC.Thecontrolmodeisthemainadvantagesofhighstabilityandreliabilityofoutputwaveformcharacteristicsofstronganti-jamming.Triggercircuitstructureissimple,flexiblecontrol,temperature,controlaccuracycanbecompensatedbysoftware,canadjustarbitrarilylimitshavewonthewiderecognition.Andinmanyindustrialcontrolwillgettogooduse.Keywords:thyristerMCS-51single-chipMicrocontrollertriggeringAnglesynchronoussignalThree-phasefull-controlledbridgeDynamicdisplaySCRProtection-3-第一章.绪论1.1.立题的意义电力电子技术研究的内容包括三个方面：电力电子器件、变流电路和控制电路。电力电子变流技术在工业化领域有着广泛的应用。家用电器节能灯、电子拖动、电炉控制系统中已采用相控整流技术。但多数触发装置普遍是模拟的，调节十分的不便，触发精度差、故障率高。采用单片机来控制晶阐管的触发，是晶阐管应用的发展趋势。由80C51单片机组成的触发控制系统，可实现高分辨率的数字触发器。80C51单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为整流控制系统的实例也很多。使用80C51单片机能够实现整流脉冲的控制，而且80C51单片机易于学习、掌握，性价比高。使用80C51型单片机设计桥式整流控制系统，可以精确的控制脉冲，移相的变化。1.2课题背景随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发现电机励磁系统等领域应用日益广泛。由于整流电路涉及交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含了晶闸管、电容、电感、电阻等元件，采用常用的，触发电路属于模拟量控制电路，其缺点是易受电网的影响，由于元件参数的分散性、通步电压波形畸变等原因，使各触发器的移相特性不一致，当同步电压不对称时，输出脉冲的不对称度提高，导整流输出谐波电压增大，对于大型相控整流装置上述影响是不能忽视的。采用51单片机装置控制输出脉冲不对称度会提高很多，精度可提高2到3倍。单片机控制的三相整理可直接建立电路仿真模型，改动仿真参数可得到仿真结果，对不同的控制角进行仿真分析，进一步加深了三相桥式整流电路的理论。-4-1.3课题的研究内容利用单片机产生三相桥式整流器需要的触发信号，内容包括：⑴数字触发器硬件设计，包括：同步脉冲形成电路；触发脉冲形成电路；驱动电路；(2)控制角在0到180度(3)数字触发器软件设计。（4）画出完整的控制电路原理图。1.4课题的设计方案三相桥式整流单片机控制，需要满足一下条件，通过输入控制角，A/D转换，脉冲触发电路触发，波形经过示波器显示等功能。-5-第二章三相桥式整流电路及晶闸管的介绍2．1三相桥式整流电路晶闸管的特征1.SCR通断条件关断→开通：UAK﹥0同时UGK﹥0。由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。图1—1晶闸管工作电路图2.闸管对移相触发脉冲电路的要求：（1）触发脉冲信号对门-阴极来说必须是正极性的,即UGK0。（2）触发信号应该有足够的功率（电压、电流），但不可以超过门-阴极安全工作区为限。（3）触发信号应该有一定的宽度一般为20～50μs。对于感性负载，触发脉冲的宽度应大于晶闸管阳极电流从零点上升到擎住电流的时间，脉冲的总宽度应小于100μs。（4）触发脉冲的前沿要陡，有强触发的能力。（5）触发脉冲应与被触发晶闸管阳-阴极的电压同步，并通过控制电压Uc，脉冲保证能有足够的移相范围。（6）不触发时，触发脉冲电路输出加到晶闸管门-阴极间的漏电压应小于0.15～0.25V。2.2三相桥式全控整流电路1.三相桥式全控整流电路电阻性负载电路图如图2-2-6-图2—2三相桥式全控整流电路原理图2.三相桥式全控整流电路晶闸管的选择（1）晶闸管额定电压UTN=(2~3)UTm=(2~3)6×120=588~882V取UTN=800V（2）晶闸管的额定电流查表知K=0.367IT（VA）=（1.5~2）KId=（1.5~2）×0.367×37=20.4~27.2A取IT（VA）=50A故选Kp50-7晶闸管元件2.3三相全桥的特点：1.三相桥式全控整流电路的特点：（三相全桥）（1）两个同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有一个导通，且不能为同相的两个否则没有输出。（2）对触发脉冲的要求：●按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的顺序，相位依次差60°。●共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。●同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。-7-（3）.Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，所以三相全桥电路称为6脉波整流电路。（4）.需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲（采用两种方法：一种是宽脉冲触发（大于60°）。（5）另一种是双脉冲触发（常用）：在Ud的6个时间段，均给应该导通的SCR提供触发脉冲，而不管其原来是否导通。所以每隔60°就需要提供两个触发脉冲。（6）.实际提供脉冲的顺序为：VT1，VT2—VT2，VT3—VT3，VT4—VT4，VT5—VT5，VT6—VT6，VT1—VT1，VT2，不断重复。（7）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同为：UFM=URM=2.45U22.4带电阻负载时的工作情况1.三相桥式全控整流电路带电阻负载ａ=0°时的情况图2—3三相桥式全控整流电路（带电阻负载ａ=0°时的波形）（1）ａ=0°时的情况-8-对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。对于共极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个SCR处于导通状态。其余的均处于关断状态。触发角ａ的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换相点。·从线电压波形看，Ud为线电压中最大的一个，因此Ud波形为线电压的包络线。表1—1三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=0°时晶闸管工作情况时段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压UdUa–Ub=UabUa–Uc=UacUb–Uc=UbcUb–Ua=UbaUc–Ub=UcaUc–Ub=Ucb2.三相桥式全控整流电路带电阻负载ａ=30°时的情况晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成的每一段线电压因此推迟30°。变压器二次侧电流iu波形的特点：在VT1处于通态的120°期间，iu为正，iu波形的形状与同时段的Ud波形相同，在VT4处于通态的120°期间，iu波形的形状也与同时段的Ud波形相同，但为负值。-9-a=30°图1—4三相桥式全控整流电路（带电阻负载ａ=30°时的波形）4．三相桥式全控整流电路带电阻负载ａ﹥60°时工作情况当ａ﹥60°时，如ａ=90°时电阻负载情况下的工作波形如图1—5所示：图1—5三相桥式全控整流电路带电阻负载ａ=90°时的波形-10-小结1.当ａ≦60°时，Ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与Ud波形一样，也连。2.当ａ﹥60°时，Ud波形每60°中有一段为零，Ud波形不能出现负值；3.带电阻负载时三相桥式全控整流电路ａ角的移相范围是120°。晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成的每一段线电压因此推迟30度。4.变压器二次侧电流iu波形的特点：在VT1处于通态的120°期间，iu为正，iu波形的形状与同时段的Ud波形相同，在VT4处于通态的120°期间，iu波形的形状也与同时段的Ud波形相同，但为负值。2.5三相桥式全控整流电路电感性负载1三相桥式全控整流电路电感性负载时的工作情况：当ａ≦60°时：Ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样；区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流波形不同。电感性负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平