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

李子華

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力事業(yè)中對(duì)于電力電子技術(shù)的研究逐漸深入，作為一門新興產(chǎn)業(yè)，電力領(lǐng)域尚未形成完整的體系，對(duì)此，本文主要探討了傳統(tǒng)電子觸發(fā)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并分析了電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，希望能為各項(xiàng)電力電子事業(yè)的發(fā)展提供幫助，促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的不斷進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng);設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、引言

單片機(jī)是二十世紀(jì)七十年代中期發(fā)展起來(lái)的大規(guī)模集成電路器件，具有體積小、功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、面向控制等特點(diǎn)，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，單片機(jī)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，在提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上發(fā)揮了巨大的作用。電力電子技術(shù)是與電子、電器類專業(yè)學(xué)生有著重要關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)性課程，該課程涉及到實(shí)驗(yàn)和理論兩方面的知識(shí)，其中較為重要的是實(shí)驗(yàn)方面的教學(xué)，良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠幫助學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，幫助學(xué)生解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，提升學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。過(guò)去的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要是以探索出一種適合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求的電力系統(tǒng)為目的，針對(duì)傳統(tǒng)電子觸發(fā)系統(tǒng)的一項(xiàng)研究，但該系統(tǒng)不能滿足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求，因此，如何強(qiáng)化對(duì)單片機(jī)控制觸發(fā)系統(tǒng)的深入研究是需要思考的一大問(wèn)題，解決好該問(wèn)題對(duì)于電力事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步有著重要作用。

二、傳統(tǒng)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題

（一）單結(jié)晶體管移相觸發(fā)性電路

作為一種較為簡(jiǎn)單的電路形式，單結(jié)晶體管操作過(guò)程中的移動(dòng)范圍較小，具有觸發(fā)脈沖狹窄的特點(diǎn)，在開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)各種類型的失誤，包括了導(dǎo)管之間的連接不夠順暢、導(dǎo)管輸出功率比較小、單個(gè)結(jié)晶體管電容不適應(yīng)以及移動(dòng)電位器等，這些問(wèn)題的存在都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作的失敗。

（二）正弦波觸發(fā)性電路

正弦波觸發(fā)性電路出現(xiàn)負(fù)載電流的主要原因是由于脈沖數(shù)值變寬，負(fù)載電流在連續(xù)通過(guò)的過(guò)程中，其控制性電壓數(shù)值和直接輸出的電壓數(shù)值會(huì)呈現(xiàn)出相關(guān)性的變化，該變化會(huì)直接影響電壓輸出數(shù)值和電網(wǎng)的情況，導(dǎo)致相關(guān)操作人員無(wú)法有效控制整個(gè)電路的電壓變動(dòng)。

（三）鋸齒波觸發(fā)性電路

鋸齒波觸發(fā)性線路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，因此在使用過(guò)程中具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其實(shí)驗(yàn)操作的條件較為復(fù)雜，具體操作過(guò)程中存在維修操作困難的問(wèn)題。

（四）集成化觸發(fā)電路

同一般電路相比，集成化觸發(fā)電路在操作過(guò)程中受外界電路的影響較大，具有較強(qiáng)的移相線性，無(wú)法具備獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的條件。在操作過(guò)程中，集成化觸發(fā)電路需要根據(jù)不同的電路類型選擇相應(yīng)的芯片，這會(huì)在一定程度上增加實(shí)驗(yàn)操作的難度。

三、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

首先，輸出電路的輸出觸發(fā)脈沖的電壓、功率需要滿足相關(guān)規(guī)定，在電力電子實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，晶閘管是電流控制的器件，根據(jù)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)，想要更好的觸發(fā)導(dǎo)通需要補(bǔ)足足夠的電流，同時(shí)為了保證各個(gè)器件觸點(diǎn)的有效性，所提供的電壓和電流需要超過(guò)門極觸發(fā)電壓和電流。其次，觸發(fā)脈沖的前沿和寬度要符合相關(guān)規(guī)定，為了保證觸發(fā)器件陽(yáng)極電流保持導(dǎo)通狀態(tài)，需要將電阻負(fù)載脈沖的寬度控制在20到50之間，電感負(fù)載脈沖的寬度也需要超過(guò)1ms。最后，需要保證觸發(fā)脈沖穩(wěn)定的溫度和良好的抗干擾能力，電路受到外界的干擾會(huì)導(dǎo)致晶閘管出現(xiàn)誤導(dǎo)，為此，在觸發(fā)脈沖前，工作人員需要采取有效的措施，隔離和屏蔽觸發(fā)電路，在具體的操作過(guò)程中可以根據(jù)電路的具體要求設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的觸發(fā)控制裝置。

四、電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)單片觸發(fā)系統(tǒng)

為了進(jìn)一步解決傳統(tǒng)的觸發(fā)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，有關(guān)人員設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的觸發(fā)裝置，該裝置能夠在保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的同時(shí)簡(jiǎn)化操作流程，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（一）單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

用傳統(tǒng)的觸發(fā)系統(tǒng)相比，單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)對(duì)于整體控制的準(zhǔn)確性較高，具有運(yùn)行速度快、觸發(fā)的不對(duì)稱度小的特點(diǎn)，為了保證整個(gè)電路中可控硅可以順利的導(dǎo)通信息，可以利用單片機(jī)代替晶閘管觸發(fā)器，過(guò)光電耦合器來(lái)形成通斷并產(chǎn)生脈沖。在實(shí)驗(yàn)單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，只需要通過(guò)計(jì)算機(jī)就能改變不同的導(dǎo)通角，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的有效控制。

（二）單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成

單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)主要以單片機(jī)的芯片在基礎(chǔ)，利用同步脈沖檢測(cè)器將觸發(fā)脈沖接入到單片機(jī)當(dāng)中，并通過(guò)可控硅接口將脈沖接入到整個(gè)電路中。根據(jù)目前的電力電子技術(shù)，選擇不同類型的單片機(jī)芯片，大概率會(huì)選擇自帶編程的芯片來(lái)進(jìn)行觸發(fā)裝置的實(shí)驗(yàn)，這主要是由于該類型芯片的使用的資料多價(jià)格便宜且購(gòu)買方便，目前，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，芯片內(nèi)部擁有可編程Flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器具備兩個(gè)I/O口，適用于各個(gè)編程系統(tǒng)，在很大程度上降低了整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和操作復(fù)雜性。

（三）單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行

單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)主要包括了同步信號(hào)檢測(cè)電路、觸發(fā)脈沖及驅(qū)動(dòng)電路以及移相控制角三個(gè)過(guò)程，在檢測(cè)電路的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)介于觸發(fā)脈沖的自然換相點(diǎn)要與交流電的電壓過(guò)零同步，需要由同步脈沖的集成產(chǎn)生脈沖。同時(shí)在電路中需要設(shè)置兩個(gè)光耦組成檢測(cè)的電路，根據(jù)電流的實(shí)際情況光耦的發(fā)光的二極管交替發(fā)光，利用同步信號(hào)進(jìn)行電路的檢測(cè)。在觸發(fā)脈沖的過(guò)程中，不同的脈沖需要由不同的輸出接口輸出，對(duì)此，為了保證光耦合對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)和主電路之間實(shí)現(xiàn)有效的隔離，需要根據(jù)鍵盤精輸出脈沖的組數(shù)與類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保輸出的脈沖變壓器將觸發(fā)脈沖與主電路的晶閘管觸發(fā)相匹配。移相控制角是利用鍵盤人工輸入的，一般情況下，移相控制角的大小是根據(jù)單片機(jī)的輸入與輸出的變化來(lái)調(diào)整的。

單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的主要原理是同步信號(hào)檢測(cè)電路，交流電流與觸發(fā)脈沖的換相點(diǎn)會(huì)同步運(yùn)行發(fā)展，使得同步脈沖電路產(chǎn)生同步脈沖，在該過(guò)程中可以采用光耦小組來(lái)檢測(cè)整個(gè)電路的運(yùn)行。當(dāng)交流電流方向發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)光耦的發(fā)光二極管會(huì)呈現(xiàn)出交替性發(fā)光的情況，光耦三極管會(huì)接收到相關(guān)的信息，交替呈現(xiàn)出導(dǎo)通的狀態(tài)，這時(shí)，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(guò)“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。

（四）單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用

使用單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)，能夠有效簡(jiǎn)化電路，在該系統(tǒng)中，只需要鍵盤的輸入就能夠改變交流電壓值，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)控制，為模擬數(shù)據(jù)的采集加工提供技術(shù)支持，保證整個(gè)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的有序進(jìn)行，保障實(shí)驗(yàn)成功的幾率。

五、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)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用能夠在簡(jiǎn)化電路系統(tǒng)中發(fā)揮一定的作用，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)能夠通過(guò)鍵盤的輸入有效改變電壓數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程性操作，為模擬數(shù)據(jù)加工操作提高關(guān)鍵的技術(shù)支持，確保電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)有序開展。

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