基于可控整流電源通用觸發(fā)與控制系統(tǒng)研究

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所 劉雨聰

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基于可控整流電源通用觸發(fā)與控制系統(tǒng)研究

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所 劉雨聰

【摘要】在工業(yè)控制領(lǐng)域中，三項(xiàng)晶閘管可控整流電源實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，而在可控整流電源系統(tǒng)中，核心控制作用的發(fā)揮主要是借助觸發(fā)器與調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)的。而基于該系統(tǒng)本身較為復(fù)雜，且還存在非線性以及時(shí)變性的特征，所以要想提升該系統(tǒng)的整體控制效果以滿足大功率工業(yè)控制系統(tǒng)所提出的要求，就需要實(shí)現(xiàn)對核心控制環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文針對可控整流電源通同出發(fā)與控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了探討，以供參考。

【關(guān)鍵詞】可控整流電源；通電觸發(fā)；控制系統(tǒng)；研究

0　前言

基于可控整流電源系統(tǒng)自身所呈現(xiàn)出的特點(diǎn)下，為了提高控制的最終效果，研究領(lǐng)域?qū)⒔裹c(diǎn)放在了觸發(fā)器與調(diào)節(jié)器上。其中，晶閘管電力變流主要是通過觸發(fā)電路來進(jìn)行控制的，只有提高其運(yùn)行的可靠性，才能夠確保相應(yīng)的裝置設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效且穩(wěn)定運(yùn)行。而不論是基于分離元件構(gòu)成的模擬觸發(fā)器，還是KJ系統(tǒng)的模擬觸發(fā)器，在觸發(fā)脈沖問題上一直難以實(shí)現(xiàn)完善解決，整體上的抗干擾能力偏弱。因此，為了提高控制系統(tǒng)的性能，本文針對觸發(fā)器、調(diào)節(jié)器以及兼容性問題等進(jìn)行了探討。

1　通用數(shù)字觸發(fā)器的設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)要求

對于晶閘管電力變流而言，主要是借助觸發(fā)電路來實(shí)現(xiàn)控制的，因此，這就意味著要確保相應(yīng)觸發(fā)器能夠具備較高的可靠性，以確保相應(yīng)的電子裝置實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中所提出的具體要求為：第一，要求在觸發(fā)脈沖上要與晶閘管主電路保持一致性，確保二者能夠具備相應(yīng)的頻率以及相應(yīng)相位關(guān)系也需要固定化，這樣才能夠確保基于每個(gè)周期下，其可在同一個(gè)相位上被觸發(fā)以實(shí)現(xiàn)控制功能；第二，對于觸發(fā)脈沖而言，要求相應(yīng)的功率要相對較大，相應(yīng)電流以及電壓值要比晶閘管大；第三，對于相應(yīng)相位的設(shè)計(jì)而言，則要求能夠在一定的范圍內(nèi)具備可移動的性能特點(diǎn)；第四，為了確保晶閘管具備良好且穩(wěn)定的導(dǎo)通性，則就要求出發(fā)脈沖在寬度與幅度上要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以支撐這一功能的實(shí)現(xiàn)。

1.2硬件電路與軟件電路的具體設(shè)計(jì)

第一，在硬件電路上。首先，要給予相序與相位問題以充分重視，為了確保發(fā)電以及變壓器等能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，則就需要針對相序問題進(jìn)行完善解決，為了避免因相序混亂而致使相應(yīng)的裝置設(shè)備在輸出的過程中出現(xiàn)失序問題，確保電動機(jī)的正常運(yùn)行，以保證整體設(shè)備設(shè)施的安全可靠運(yùn)行，就需要針對不同相序問題的出現(xiàn)，來明確如何實(shí)現(xiàn)信號的同步獲取，進(jìn)而才能夠確保與電網(wǎng)的同步。其次，針對軟起停以及快停電路的設(shè)計(jì)而言，需要結(jié)合實(shí)際情況來實(shí)現(xiàn)對電容電阻的合理選擇，進(jìn)而才能夠明確軟起動與軟停止時(shí)間，進(jìn)而降低對主電路負(fù)載的沖擊；而一旦主電路產(chǎn)生了過壓等異常現(xiàn)象時(shí)，則就需要借助快停電路來實(shí)現(xiàn)對控制端的調(diào)解，將其轉(zhuǎn)為低電平，以CPLD將輸出脈沖進(jìn)行封鎖處理。再次，觸發(fā)脈沖驅(qū)動電路。當(dāng)輸出脈沖信號時(shí)進(jìn)行導(dǎo)通狀態(tài)下，相應(yīng)變壓器則是脈沖導(dǎo)通的速度加快，進(jìn)而使得觸發(fā)的可靠性得到了保證，同時(shí)還能夠急需以脈沖的提供來促使電流的持續(xù)且穩(wěn)定供給，此外借助脈沖鏈的搭建還能夠規(guī)避直流磁化問題并降低功率損耗。最后，鎖相環(huán)。在鎖相環(huán)上，其所呈現(xiàn)出的特點(diǎn)為：在鎖定后，只存在剩余相差而不存在剩余頻差，因此，當(dāng)輸入基準(zhǔn)信號頻率保持不變時(shí)，基于鎖相環(huán)下的輸出頻率與輸入基準(zhǔn)相等，進(jìn)而在環(huán)路增益較高時(shí)，基準(zhǔn)信號與被控制信號間的相差小，能夠?qū)崿F(xiàn)同步。與此同時(shí)，還存在跟蹤的特性，也就是相應(yīng)輸出頻率會隨著基準(zhǔn)頻率的變化而發(fā)生變化。

第二，軟件設(shè)計(jì)。首先，在相序檢測、缺相檢測以及保護(hù)上，所謂的相序指的是基于三項(xiàng)交流電源下，其所出現(xiàn)最大值的先后順序，當(dāng)相序接錯時(shí)，整個(gè)裝置的運(yùn)行就會隨之發(fā)生問題，而融入檢測功能能夠?qū)崿F(xiàn)自動對相；第二，分頻器。主要分為同步與異步兩種，而整體上其存在較大的延遲性，所以在實(shí)際應(yīng)用的過程中一般只能夠滿足小型電路之需。

2　控制系統(tǒng)研究

基于智能控制方法下，可以以相應(yīng)數(shù)學(xué)模型的搭建來進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而滿足調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)要求，確保實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)電壓與電流的目的。在實(shí)際踐行的過程中，需要針對三項(xiàng)橋式全控整流電路、濾波電路的設(shè)計(jì)與建模，同時(shí)，要針對常見負(fù)載特性進(jìn)行分析，在建模后對所存在的特性進(jìn)行總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，針對調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要需要在實(shí)現(xiàn)對快慢相應(yīng)過程進(jìn)行識別的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的模糊規(guī)則表，并落實(shí)模糊推理以及反模糊化分析。

在DSP的實(shí)現(xiàn)上，針對這一微信處理器所呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需要基于哈佛結(jié)構(gòu)下采用專門的硬件乘法器，同時(shí)，借助流水線操作以及相應(yīng)指令的提供來實(shí)現(xiàn)各種算法的有效應(yīng)用。一般將這一芯片氛圍通用與專用兩種類型，本文在研究的過程中，采用的是通用型，有TI公司研發(fā)的TMS320LF2407A芯片，所呈現(xiàn)出的具體特點(diǎn)為：其以CMOS技術(shù)為核心，基于這一技術(shù)所具備的特點(diǎn)下，能夠?qū)⒐╇婋妷哼M(jìn)行降低，進(jìn)而也就實(shí)現(xiàn)了對功耗的控制。同時(shí)采用40MIPS促使在執(zhí)行指令的過程中其整體周期縮短，相應(yīng)實(shí)時(shí)控制能力由此而得到了增強(qiáng)。

在系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)下，要求這一設(shè)計(jì)要確保相應(yīng)電子設(shè)備以及系統(tǒng)能夠在兼容性能上滿足規(guī)范要求，能夠在預(yù)期的電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)行，同時(shí)能夠保持原有性能，并且不會產(chǎn)生故障問題；在運(yùn)行的過程中也不會對其他設(shè)備的運(yùn)行造成影響。而從這一要求中可以看出，將誒絕電磁兼容問題的實(shí)質(zhì)便是實(shí)現(xiàn)對電磁干擾問題的有效解決，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，主要是要實(shí)現(xiàn)對干擾源的有效抑制，以將電磁干擾進(jìn)行消除或是降至最低，同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)對電磁干擾耦合與輻射的消除，并將其傳播的途徑進(jìn)行切斷處理；并要針對敏感設(shè)備，提升其自身的抗干擾能力，進(jìn)而才能夠?qū)⑼饨珉姶鸥蓴_所帶來的影響降至最低。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要分別針對系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)間來分別實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，其中系統(tǒng)間電磁兼容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：要實(shí)現(xiàn)對有用信號的控制，同時(shí)還需要實(shí)現(xiàn)對人

為干擾與自然干擾的有效控制；而對于系統(tǒng)內(nèi)部的兼容設(shè)計(jì)而言，則就需要以PCB設(shè)計(jì)、器件的選擇以及屏蔽等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在本文的研究中，主要需要解決的問題是硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)問題，而其中硬件設(shè)計(jì)中PCB的設(shè)計(jì)則是整個(gè)電子設(shè)備搭建的基礎(chǔ)，這就意味著實(shí)現(xiàn)PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的兼容設(shè)計(jì)提供保障。

在PCB的設(shè)計(jì)上，要滿足如下要求：確保各部分電路間并不產(chǎn)生任何干擾，以保證各部分結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，要將所產(chǎn)生的干擾問題降至最低甚至規(guī)避，以確保滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之需，保證PCB電路不受到外部電磁等的干擾。在進(jìn)行單雙層與多層PCB設(shè)計(jì)的過程中，要結(jié)合其差異性進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)方案的制定，而在布線問題上以及設(shè)計(jì)上所遵循的基本原則是相同的，即要首先定位元器件在板上的位置，在此基礎(chǔ)上針對地線以及電源線等進(jìn)行具體的布置，然后再針對低速信號線問題進(jìn)行解決。

3　總結(jié)

綜上所述，針對可控整流電源通用觸發(fā)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，針對現(xiàn)有模擬觸發(fā)器等所呈現(xiàn)出的不足，擬設(shè)計(jì)出基于CPLD與鎖相環(huán)技術(shù)下的通用型數(shù)字觸發(fā)器，并針對相應(yīng)軟硬件的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。在控制系統(tǒng)的搭建上，以相應(yīng)模型的搭建為基礎(chǔ)，并驗(yàn)證調(diào)節(jié)器性能的基礎(chǔ)上，對DSP芯片的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了探討。通過該研究設(shè)計(jì)的實(shí)踐表明，這一設(shè)計(jì)下相應(yīng)系統(tǒng)的信號處理能力得到了增強(qiáng)，且實(shí)時(shí)控制性能也隨之被強(qiáng)化，進(jìn)而就提高了調(diào)解的速度與精度，同時(shí)針對電磁兼容問題的解決來有效提高了系統(tǒng)的兼容性。

參考文獻(xiàn)

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