基于单片机的可控硅触发系统的设计.docx

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基于单片机的可控硅触发系统的设计

摘要

可控硅整流器是目前工业应用中最普遍的大功率变换器件，晶闸管在烧结炉、电弧炉等整流场合要紧采纳移相触发操纵，即通过调剂晶闸管导通时刻的相位实现操纵输出。

随着单片机技术的进展，由单片机组成的操纵电路的优势越明显，因其移相触发角通过软件计算完成，触发电路结构简单，操纵灵活，温度阻碍小，操纵精度可通过软件补偿，移相范围可任意调剂等特点，目前已取得普遍的认可。

本文确实是基于单片机的可控硅触发系统设计。

论文对可控硅系统进行大体的介绍，和系统的硬件进行了详细的设计，包括同步信号检测、复位电路、移相触发脉冲。

另外还对要紧的元器件和与本系统相关的设计做了详细说明，包括原理框图、流程图、软件流程图。

论文采纳的美国ATMEL公司生产的AT89S52为主操纵器，能够兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处置器（CPU）和FLASH存储单元，功能壮大AT89S52可做此系统最正确选择。

结合驱动电路、键盘输入、液晶显示、串口通信、电源电路设计了操纵系统。

关键词：

可控硅触发系统；单片机；集成电路

Abstract

Silicon-controlledrectifieristhemostwidelyusedinindustryofhigh-powertransformdevice,thyristorinelectricarcfurnacesinteringfurnace,suchrectifyingoccasionsmainlyadoptsphasecontrol,namelybyadjustingthethyristorconductiontimephasecontroloutput.Alongwiththedevelopmentoftechnology,thechipcontrolcircuit,becauseofitsadvantagesintriggeringAnglecalculatedbysoftware,triggercircuitstructureissimple,flexiblecontrol,temperature,controlaccuracycanbecompensatedbysoftware,canadjustarbitrarilylimitshavebeenwidelyrecognized.Thispaperisbasedonsinglechipthyristortriggersystemdesign.

Paperintroducesbasiccontrolledsystem,andthesystemofthedetaileddesignofhardware,includingthesyncsignaldetectionandresetcircuit,triggeringpulsephase.Inadditiontothemaincomponentsandthesystemdesign,includingadetailedillustrationdoprinciplediagramandsoftwareflowchart,.

ThepaperadoptsAmericanATMELcompanymainlycontroller,canbecompatibleAT89S5251-MCSstandardsystem,built-ingeneral8bitsofthecentralprocessingunit（CPU）andFLASHmemoryunit,powerfulAT89S52devicescandothissystemisthebestchoice.Combiningdrivecircuit,thekeyboard,LCDdisplay,serialcommunicationandpowercircuitdesignofthecontrolsystem.

Keywords:

thyristortriggersystem,SCM,Integratedcircuits

第一章绪论

课题的背景及进展方向

晶闸管也叫可控硅整流器．是目前工业应用中最为普遍的大功率变换器件。

晶闸管在烧结炉、电弧炉等整流场合要紧采纳移相触发操纵，即通过调剂晶闸管导通时刻的相位实现操纵输出。

传统的晶闸管触发器采纳模拟操纵电路，无法克服其固有缺点。

数字式操纵电路与模拟式相较，要紧优势是输出波形稳固和靠得住性高，但其缺点是电路比较复杂，移相触发角较大时操纵精度不高。

随着单片机技术的进展，由单片机组成的操纵电路的优势越明显，除具有与数字式触发电路相同的优势外，更因其移相触发角通过软件计算完成，触发电路结构简单，操纵灵活，温度阻碍小，操纵精度可通过软件补偿，移相范围可任意调剂等特点，目前已取得业界的普遍认可。

晶闸管触发系统及操纵系统的靠得住性和稳固性对整流电源来讲也是十分重要的。

目前国外FUJI、ABB等公司既有数字操纵，也有模拟操纵，互为备用。

国内制造厂家一样为模拟操纵，也有采纳数字操纵的。

提高触发还路、操纵回路、爱惜回路的智能化、故障自诊断能力、自保护能力，是国内外整机制造厂家开发应用尽力的方向。

综合自动化操纵系统己成为整流电源进展的方向，包括高压部份、整流变压器、整流装置、纯水装置、直流刀开关、操纵系统、检测系统、电解槽等，均纳入运算机监控范围。

包括图形画面显示;电流、负荷棒图;工作状态指示;遥控、遥测;电压小时、电流小时、功率计算;日报表、月报表等。

目前月一江铝业公司、锦化（化工）集团十二万吨离子膜烧碱、焦作万方铝业公司、青铜峡铝厂、苹果铝厂等工程均已采纳综合自动化操纵系统。

随着半导体器件制造水平不断提高，预期以后十年大功率整流电源采纳的功率器件将是3英寸、4英寸并存，并慢慢向以4英寸或更大直径器件为主的大功率整流电源方向进展。

随着科学技术的进步，专门是运算机技术的提高，预期以后大功率整流电源的操纵系统将向智能化、数字化、模块化方向进展。

随着对供电电网质量治理的进一步严格及运算机操纵的普及，“绿色电源”己成为以后整流电源利用厂家追求的目标，预期以后的谐波补偿装置将是无源和有源共存，并将通过运算机检测并监控，充分提高电源的靠得住性。

设计内容与目的

本文要紧简单介绍了基于单片机的可控硅触发系统设计，想借此让读者对可控硅触发系统有个可能的了解。

本论文分为一下几个方面：

（1）可控硅触发系统的组成

（2）确信个电路单元的设计并确信参数

（3）基于单片机的可控硅触发系统的软硬件设计

本人只是想通过对可控硅触发系统的设计，让更多的人关注可控硅的进展并踊跃投身可控硅系统的理论和实际应用的研究。

由于本人水平有限，加上时刻仓促，因此论文中不免存在一些缺点和错误，敬请列位教师和同窗批评指正。

第二章可控硅触发系统的设计

单片机触发器的组成

单片机操纵的晶闸管触发器要紧由同步信号检测、CPU硬件电路、复位电路和触发脉冲驱动电路4部份组成，如图l所示。

CPU通过检测电路获知触发信号，依据所要操纵的电路要求，通过编程实现预定的程序流程，在相应时刻段内通过单片机I/O端输出触发脉冲信号，复位电路可保证系统平安靠得住的运行。

图晶闸管触发器的组成

移相触发脉冲的操纵原理

相位操纵要求以变流电路的自然换相点为基准，通过必然的相位延迟后，再输出触发信号使晶闸管导通。

在实际应用中，自然换相点通过同步信号给出，再按同步电压过零检测的方式在CPU中实现同步，并由CPU操纵软件完成移相计算，按移相要求输出触发脉冲。

图2为三相桥式全控整流电路，触发脉冲信号输出的时序也可由单片机依照同步信号电平确信，当单片机检测到A相同步信号时，输出脉冲时序通常采纳移相触发脉冲的方式，即用一个同步电压信号和一个按时器完成触发脉冲的计算。

这在三相电路对称时是可行的。

因为三相完全对称，各相彼此相差120°，电路每隔60°换流一次，且换流的时序事前已知。

该方式所用单片机资源少，只需一个同步信号，电路比较简单，但软件设计工作量稍大。

图三相桥式全控整流电路

因为只用一个同步输入信号，所有晶闸管的触发脉冲延迟都以其为基准。

为了保证触发脉冲延迟相位的精度，用一个按时器测量同步电压信号的周期，并由此计算出60°和120°电角度所对应的时刻。

由于三相桥式全控整流电路的触发电路，必需每隔60°触发导通一只晶闸管，也确实是说，每隔60°时刻必然要输出一次触发脉冲信号，因此作为基准的第一个触发脉冲信号必需调整到小于60°才能保证触发脉冲不遗漏。

当以A相同步电压信号为基准，单片机检测到A相同步电压信号正跳变时，启动按时器工作，当按时器溢出时，输出第一个触发脉冲信号，以后由所计算出的周期确信每隔60°己时输出一次触发脉冲，直到单片机再次检测到A相同步信号的正跳变时，那个周期终止，开始下一个周期。

需要注意，从单片机检测到同步电压正跳变到输出第一个触发脉冲信号的时刻，必需调整到小于等于60°电角度时刻，不然会造成触发脉冲的遗漏。

第一个触发脉冲相关于同步信号正跳变的时刻，可依照三相桥式全控整流电路的触发时序来调整。

2．2晶闸管整流器的设计

电机操纵电路要紧由单相半控桥式整流电路、固定桥式整流电路、和续流二级管等组成。

2．2．1晶闸管的工作原理

晶闸管是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结。

在分析其工作原理时，能够把它看做由一个PNP管和一个NPN管所组成，当阳极A加上正向电压时，BGl和BG2管均处于放大状态。

现在，若是从操纵极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流Ib2流过，经BG2放大，其集电极电流：

。

因为BG2的集电极直接与BGl的基极相连，因此Ibl=Ic2。

现在电流Ic2再经BGl放大，于是BGI的集电极电流Icl=。

那个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使Ib2不断增大，如此正反馈循环的结果，两个管子的电流剧增，晶闸管便饱和导通。

由于BGl和BG2所组成的正反馈作用，因此一旦晶闸管导通后，即便操纵极G的电流消失了，晶闸管仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，因此这种晶闸管是不可通过关断触发信号而关断的。

由于晶闸管只有导通和关断两种工作状态，因此它具有开关特性，这种特性需要必然的条件才能转化。

表2．1晶闸管导通和关断条件

状态

条件

说明

从关段到导通

1.阳极电位高于阴极电位

2.控制机有足够的正向电压和电流

两者缺一不可

维持导通

1.阳极电位高于阴极电位

2.阳极电流大于维持电流

两者缺一不可

从导通到关断

1.阳极电位低于阴极电位

2.阳极电流低于维持电流

任何条件即可

状态条件说明

1、阳极电位高于是阴极电位

从关断到导通二者缺一不可

2、操纵极有足够的正向电压和电流

1、阳极电位高于阴极电位

维持导通二者缺一不可

2、阳极电流大于维持电流

l、阳极电位低于阴极电位

从导通到关断任一条件都可

可控硅的要紧参数

为了正确地利用单向可控硅，不仅要了解它的工作原理，还需要把握它的要紧参数。

（1）正向重复峰值电压U

在操纵极断开和单向可控硅处于正向阻断的条件下，单向可控硅的结温为额定值时，允许每次50次，每次持续时刻不大于10ms可重复加在单向可控硅上的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用U表示，一样规定次电压值为正向转折电压的80%。

（2）反向重复峰值电压U

在与正向重复峰值电压相同的条件下，能够重复加在单向可控硅