電力電子技術實驗單片機觸發系統的設計與應用

鄭少亮

（神華國能天津大港發電廠有限公司 天津市 300272）

單片機是在上個世紀七十年代中期發展起來的一種功能強大、體積小、面向控制、價格低廉的大規模集成電路器件。隨著社會經濟的進步發展，單片機在我國社會生活中的多個領域均得到了應用，取得了良好的經濟效益和社會效益，特別是在智能化儀器設備、產品自動化設備、分布式控制系統中得到了廣泛的應用。

電力電子技術是電子、電氣類和關聯專業學生的重要基礎課程，該課程的學習涉及到理論和實驗兩種類型的知識，特別是通過實驗教學能夠更好地指導學生應用所學的知識來指導實踐操作，解決實際生活中的問題，并得到相應的結論，并在問題解決的過程中培養自己分析問題、解決問題的能力。在以往，電力電子技術實驗教學主要是對傳統電子觸發系統的一種研究，目的是積極探索出一種適合現代社會發展要求的電力系統。但是這種系統日漸不符合時代發展需要，因而怎樣強化對單片機控制觸發系統的深入研究成為保證電力事業穩定發展，促進社會進步的關鍵。

1 文章所研究機床單片機控制概述

文章所研究的機床采取的是矩陣電氣控制模式，接線操作十分復雜，系統的可靠性和安全性較差，在使用的過程中容易出現各種線路問題。應用單片機代替電氣矩陣模板進行控制不僅接線操作簡單，而且編程簡單、方便、可靠性強。結合機床設計要求，需要采用單片機控制系統，借助單片機的柔性控制四個基礎，開展液壓試驗，完成節流調速控制、增速回路控制、減壓回路控制。

單片機是微型計算機的簡稱，它的結構和功能完全符合工業控制的基本要求，可以被人們精準的稱作是單片機微控制器。在使用的時候單片機會將微型計算機的各個功能零部件，比如中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、I/O 接口、計數器等連接在一個芯片上，由此打造一個完整的微型計算機。

單片機在是使用的時候具備價格低廉、消耗低、重量輕、控制功能強大等方面的優勢特點，在社會生活的很多領域有著廣泛的應用空間和前景。單片機的常用系統包含以下幾種：第一，控制系統。使用單片機打造成各個工業控制系統、自適應控制系統、數據采集整理系統，常見的應用領域包含溫室人工氣候控制、水閘自動化控制、電鍍生產控制、汽輪機調節控制、車輛檢測控制等。第二，智能儀表。智能儀表的打造充分應用了單片機的測量系統、溫度儀表，在以往儀表設備的基礎上朝著智能化、柔性化的方向發展。第三，機電一體化產品。機電一體化產品主要是指將單片機和以往的機械產品融合在一起使用，實現對機械產品結構的智能化控制。

2 電力電子技術實驗單片機觸發系統

2.1 單片機觸發試驗裝置的應用優點

在具體試驗操作的時候單片機觸發裝置對于整個系統的操作控制精準度有著較高的要求，觸發的不對稱度下，整個單片機系統的運行速度會加快，在這個過程中會充分發揮出整個單片機出觸發系統 數字化優勢。在操作的時候通過使用單片機替代晶閘管觸發器，并在光電耦合器的作用下會形成通斷脈沖，從而確保整個電路操作系統中可控硅能夠順利的導通數據信息。

2.2 單片機觸發試驗裝置的基本構成

單片機觸發系統是單片機芯片為主導力量，同步脈沖檢測器在使用的時候會將觸發脈沖接入到規定好的單片機系統中，之后通過可控硅的接口來將脈沖接通到整個電路系統中，實現輸出脈沖變壓器將觸發脈沖和單片機系統主要電路的晶閘管觸發相匹配。

2.3 單片機觸發裝置的日常運行

2.3.1 同步信號檢測電路

觸發脈沖的自然換相點藥和交流電的電壓保持在過零同步的狀態，由此脈沖要由同步脈沖的集成產生。在整個電路系統中往往需要設置兩個由光耦組成的檢測電路，結合電路中電流基本走向光耦的發光機制，通過二極管進行發光，并確保在三極管發光狀態達到最高數值的時候信號會被引入到單片機中，之后在三極管發射極達到最高數值的時候將信號引入到單片機系統中，使用同步信號完成對系統電路的檢測。

2.3.2 觸發脈沖和驅動電路

不同脈沖會通過脈沖的輸出接口輸出，之后根據鍵盤的基本情況精準輸出脈沖的組數和基本類型，在這個過程中確保光耦合對整個單片機系統、主電路之間的有效隔離，在隔離操作完成之后借助輸出脈沖變壓器來將觸發性脈沖和主要電路的晶閘管觸發有效匹配在一起。

3 以往電力電子技術實驗觸發系統設計存在的問題

3.1 單結晶體管移相觸發性電路

單結晶體管發出的是一種比較簡單的電路形式，但是在使用操作的時候具有移動范圍小、觸發脈沖狹窄的特點，學生在開展有關試驗操作的時候容易出現各種類型的失誤問題，比如導管輸出功率比較小、導管之間的連接不夠順暢、移動電位器和單個結晶體管電容不適應等。在出現這些問題之后會直接導致最終實驗操作的失敗。

3.2 正弦波觸發性電路

正弦波觸發性電路脈沖數值變寬主要表現為負載電流，負載電流在連續性通過時直接輸出的電壓數值會和控制性電壓數值呈現出一種相關性的變化，在變化之后會直接影響輸出電壓數值和電網的波動，也就使得相關操作人員無法有效控制整個電路的電壓變動。

3.3 鋸齒波觸發性電路

鋸齒波觸發性線路在使用的過程中具有明顯的優勢作用，突出表現為能夠更好的保證電網電壓波動和波動畸變的正相關關系。但是在具體操作的時候往往具備維修操作困難的問題，且實驗操作條件比較復雜。

3.4 集成化觸發電路

集成化觸發電路和一般線路相比具有較強的移相線性，但是在具體應用操作的時候深受外界電路的影響，無法進行獨立性的實驗操作。同時，在具體操作的過程中集成化觸電往往會根據不同的電路類型來更換和調整芯片，也會在無形中加大整個實驗操作的難度。

圖1：電力電子技術電路的硬件結構

4 新時期電力電子技術實驗觸發系統設計需要滿足的要求

4.1 輸出電路的輸出觸發脈沖的電壓、功率需要符合規定的要求

電力電子實驗操作所應用的晶閘管是由電流控制的器件，基于管子門極伏安特分散、觸發電壓電流隨溫度變化的特點，因而，在控制器件門極中只有補充足夠的電流才能夠更好的觸發導通。另外，為了能夠確保各個器件觸點的可靠性，觸發電路所提供的電壓和電流需要超過門極觸發電壓和電流。

4.2 觸發脈沖的前沿和寬度要滿足相關要求

為了確保在觸發器件陽極電流能夠維持導通，電阻負載脈沖的寬度需要設定在20 到50 之間，電感負載脈沖的寬度也需要超過

1ms。

4.3 觸發脈沖需要符合相關要求

觸發脈沖操作需要和晶閘管的陽極電壓保持在同步的狀態下，同時還需要和電源波形維持在一種固定的相位關系。

4.4 觸發脈沖要具備良好的抗干擾性能和穩定的溫度

晶閘管出現誤導一般是由于電路受到外界的干擾。為此，在觸發脈沖的時候需要相關人員采取有效的措施對觸發電路進行必要的隔離和屏蔽。在具體操作的時候根據晶閘管對觸發電路操作提出的要求可以設計出一種基于單片機的觸發控制裝置。

5 電力電子技術實驗單片機觸發系統的設計與應用

5.1 系統組成

電力電子技術電路組成具體包含單片機芯片、同步脈沖檢測、觸發脈沖輸出、可控硅接口電路等，具體系統構成如圖1所示。整個電力電子技術實驗單片機觸發系統由芯片來作為主導力量，同步脈沖檢測器會將觸發性的脈沖添加到整個單片機系統中，從而通過可控硅接口來將脈沖輸入到相應的電路中。整個單片機觸發裝置對整個系統控制的準確性較高，且觸發操作的不對稱度較小，運行速度快，在操作的時候能夠有效發揮出數字化的應用優勢。借助單片機來代替閘管觸發器，之后借助光電耦合器會打造出通電脈沖，從而確保整個線路運行能夠順利導通信息，在短時間運行的過程中實現對電路的控制。

5.2 器件的選擇

電力電子技術實驗單片機觸發系統型號為89C2051,89C251 芯片內部擁有可編程Flash 存儲器，芯片的使用資料類型和數量較多，且價格低廉、方便購買。芯片內部的存儲器適用于各個編程系統，在具體操作的時候具備兩個I/O 口，在具體操作的時候借助這個端口能夠更好的滿足觸發脈沖輸出和多個實驗操作的要求，從而在最大限度上減少整個系統的擴展性和操作復雜性。

5.3 電路操作原理

5.3.1 同步信號檢測電路

觸發脈沖的換相點會和交流電流同步運行發展，為此，同步脈沖電路一般會產生同步脈沖。為此，在具體操作的時候可以應用兩個光耦小組來檢測整個電路的運行。在交流電流方向發生變化的時候整個光耦的發光二極管會呈現出交替性發光的現象。光耦三極管會接收到發光二極管發射的信息，交替呈現出導通的狀態，在這樣狀態下整個三極管集電極A點呈現出一種低電平的狀態，在經過“0”點的時候，A 點會轉變為一種高電平的狀態，這個時候信號會被添加到單片機的中間地段。

5.3.2 觸發性脈沖的輸出和驅動電路

整個觸發脈沖輸出和驅動電路由光耦和脈沖變壓器電路共同組成，輸出的脈沖組數和脈沖類型通過鍵盤深受需求的影響，光耦合對單片機系統和整流電路會起到十分重要的隔離作用，且輸出脈沖變壓器能夠充分滿足觸發脈沖和主電路中晶閘管的觸發需求。

5.4 移相控制角

移相控制角主要是指通過鍵盤的人工輸入信息來自動化的控制單片機的輸出和輸入信息變化，最終根據需要來更好的控制角的大小。在具體操作的時候需要通過鍵盤來判定整個系統的脈沖。

6 電力電子技術實驗單片機觸發系統實驗效果分析

6.1 提升電力電子技術實驗觸發系統的準確性

電力電子技術實驗單片機觸發系統在使用的時呈現較高的精準性，在具體應用的時候還能夠形成多種類型的電力電子實驗觸發性系統。單片機的不同延時功能能夠支撐完成各種實驗。在實驗操作的過程中通過該系統 能夠讓學生更加直觀的了解電力電子移相內容，并在這個過程中掌握更多的知識，提示實驗操作的安全性和有效性。

6.2 對電力電子技術實驗觸發系統進行擴展

整個電力電子技術實驗觸發系統裝置在運行的時候能夠實現對可控硅控制，在操作時簡化整個電路的安全性和復雜性。電力電子技術實驗觸發系統在運行之后應用了交流調壓電路，在操作的時候能夠輸出所需要的交流電壓數值，并通過單片機來控制可控硅，通過一系列控制操作最終得到所需要的電壓數值。同時，整個操作系統在應用的時候還能夠進一步擴展成為一個交流軟開關，為計算機控制模擬電路和遠程控制較大功率的電路信息提供重要支持。

7 結束語

綜上所述，電力電子技術實驗單片機觸發系統的打造能夠在一定程度上簡化電路系統，降低系統運行的復雜性。在單片機出發系統中的變量通過鍵盤的輸入能夠有效改變電壓數值。另外，通過對單片機觸發系統的設置還能夠實現對整個系統的遠程性操作，從而為模擬數據加工操作提供重要技術支持。將單片機應用在電力電子技術實驗單片機觸發系統中則是能夠在以往的基礎上更好的控制單片機系統，確保電力電子技術實驗有序開展。