基于單片機(jī)的交流調(diào)壓器設(shè)計(jì)

摘 要：本文在研究了目前國內(nèi)外調(diào)壓電源的基礎(chǔ)上，提出了一種基于單片機(jī)的交流調(diào)壓器系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單片機(jī)Dspic30f6014a作為主控制芯片，設(shè)計(jì)了基于Dspic30f6014a單片機(jī)的硬軟件系統(tǒng)的數(shù)字式交流調(diào)壓器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了過電壓的保護(hù)和電流及電壓的過零點(diǎn)檢測。運(yùn)用MPLAB IDEv8.6來檢測系統(tǒng)性能，使用模糊PID控制算法進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明模糊PID控制的交流調(diào)壓器輸出電壓波形好，對電源諧波污染小。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 交流調(diào)壓 模糊PID

中圖分類號(hào)：TM423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0145-02

目前，我國某些地區(qū)的電網(wǎng)供電質(zhì)量比較差，電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍較大[1]。調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓對敏感性負(fù)載的正常運(yùn)行是很重要的。市場上占主導(dǎo)地位的交流調(diào)壓器產(chǎn)品一般采用相控交流/交流變換器加隔離升壓變壓器結(jié)構(gòu)[2]。由于采用了各周期相控技術(shù)，其調(diào)節(jié)速度低，控制方法單一，調(diào)壓精度低，諧波高。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，交流斬波調(diào)壓控制技術(shù)是一種新型高性能交流調(diào)壓技術(shù)[3]。

本文以單片機(jī)作為核心控制器件，用軟件編程的方法來產(chǎn)生SCR的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過檢測電壓、電流的過零點(diǎn)檢測電路的信號(hào)，達(dá)到輸出穩(wěn)定電壓的目的。

1 硬件部分

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。UI是主回路電源，QF1是主回路斷路器，F(xiàn)U是熔斷器，F(xiàn)K、GND均是外部反饋端子，QF2是額定電流且其額定值在1 A以內(nèi)，K1是手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，W1是手動(dòng)給定電位器，使用DC0～10 V或DC4～20 mA信號(hào)控制時(shí)，信號(hào)由C1和M輸入，通過正確設(shè)置撥碼開關(guān)，轉(zhuǎn)換后的DC0～5 V信號(hào)從VO輸出，將K1置自動(dòng)狀態(tài)，即VG與VO短接，KA1是輸出允許控制開關(guān)，KA2是故障復(fù)位按鈕。在調(diào)壓器出現(xiàn)過熱、過流等故障時(shí)，輸出截止，相應(yīng)指示燈閃爍，同時(shí)報(bào)警繼電器觸點(diǎn)閉合。當(dāng)調(diào)壓器故障解除后，按下KA2（閉合）即可復(fù)位調(diào)壓器，并重新起動(dòng)。

2 硬件部分

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。觸發(fā)電路使用APA3311繼電器輸出，配合電壓、電流過零點(diǎn)檢測電路，在單片機(jī)的控制下產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)從而觸發(fā)晶閘管的開關(guān)[4，5]。

3 軟件部分

系統(tǒng)使用C語言編程[6]。主程序完成系統(tǒng)初始化、鍵盤掃描及反饋顯示等功能?？刂葡到y(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。

4 仿真結(jié)果與總結(jié)

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，設(shè)計(jì)了仿真模型。電源輸入電壓一般為220 V，假設(shè)輸出電壓為110 V，主回路輸出電壓的波形如（圖4）所示，其占空比D=0.5。當(dāng)設(shè)定輸出電壓為200V時(shí)，輸出電壓的波形如圖5所示，此時(shí)的占空比D=0.8。

通過仿真實(shí)驗(yàn)得知：模糊PID控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，系統(tǒng)的超調(diào)量相對較小，對電網(wǎng)諧波的抑制能力強(qiáng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文所設(shè)計(jì)的交流調(diào)壓器的可行性和優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 洪峰，孫剛，王慧貞.Buck型AC/AC直接變換器[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，3：73-76.

[3] L.RAHMANI，F(xiàn).KRIM，M.S.KHANNICHE and A.BOUAFIA. Control for PWM AC chopper feeding nonlinear loads[J].INT.J.ELECTRONICS，2004，91（3）.

[4] 蘇曉宇，陳伯定，丁海艷，等.基于的斬控式交流調(diào)壓器的設(shè)計(jì)[J].2009，1：89-91.

[5] Ki-Yong Nam，Woo-Taik Lee， Choon-Man Lee，Jung-Pyo Hong， “Reducing torque ripple of brushless DC motor by varying input voltage”[J]，IEEE Trans.Magnetics，2006，42：1307-1310.

[6] 黃永安，馬路，劉慧敏.MATLAB7.0/Simulink6.0建模方針開發(fā)與高級(jí)工程應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005，12：100-123.