基于單片機的交流調壓器設計

摘 要：本文在研究了目前國內外調壓電源的基礎上，提出了一種基于單片機的交流調壓器系統。系統采用單片機Dspic30f6014a作為主控制芯片，設計了基于Dspic30f6014a單片機的硬軟件系統的數字式交流調壓器，同時實現了過電壓的保護和電流及電壓的過零點檢測。運用MPLAB IDEv8.6來檢測系統性能，使用模糊PID控制算法進行了仿真分析。結果表明模糊PID控制的交流調壓器輸出電壓波形好，對電源諧波污染小。

關鍵詞：單片機 交流調壓 模糊PID

中圖分類號：TM423 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0145-02

目前，我國某些地區的電網供電質量比較差，電網電壓波動范圍較大[1]。調節電網電壓對敏感性負載的正常運行是很重要的。市場上占主導地位的交流調壓器產品一般采用相控交流/交流變換器加隔離升壓變壓器結構[2]。由于采用了各周期相控技術，其調節速度低，控制方法單一，調壓精度低，諧波高。從國內外的研究現狀來看，交流斬波調壓控制技術是一種新型高性能交流調壓技術[3]。

本文以單片機作為核心控制器件，用軟件編程的方法來產生SCR的驅動信號，并通過檢測電壓、電流的過零點檢測電路的信號，達到輸出穩定電壓的目的。

1 硬件部分

系統結構框圖如圖1所示。UI是主回路電源，QF1是主回路斷路器，FU是熔斷器，FK、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，K1是手/自動轉換開關，W1是手動給定電位器，使用DC0～10 V或DC4～20 mA信號控制時，信號由C1和M輸入，通過正確設置撥碼開關，轉換后的DC0～5 V信號從VO輸出，將K1置自動狀態，即VG與VO短接，KA1是輸出允許控制開關，KA2是故障復位按鈕。在調壓器出現過熱、過流等故障時，輸出截止，相應指示燈閃爍，同時報警繼電器觸點閉合。當調壓器故障解除后，按下KA2（閉合）即可復位調壓器，并重新起動。

2 硬件部分

系統的硬件結構如圖2所示。觸發電路使用APA3311繼電器輸出，配合電壓、電流過零點檢測電路，在單片機的控制下產生PWM脈寬調制信號從而觸發晶閘管的開關[4，5]。

3 軟件部分

系統使用C語言編程[6]。主程序完成系統初始化、鍵盤掃描及反饋顯示等功能。控制系統的主程序流程圖如圖3所示。

4 仿真結果與總結

為了驗證系統的性能，設計了仿真模型。電源輸入電壓一般為220 V，假設輸出電壓為110 V，主回路輸出電壓的波形如（圖4）所示，其占空比D=0.5。當設定輸出電壓為200V時，輸出電壓的波形如圖5所示，此時的占空比D=0.8。

通過仿真實驗得知：模糊PID控制器的動態響應速度快，系統的超調量相對較小，對電網諧波的抑制能力強。仿真實驗結果證明本文所設計的交流調壓器的可行性和優越性。

參考文獻

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