电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用

郑少亮

（神华国能天津大港发电厂有限公司 天津市 300272）

单片机是在上个世纪七十年代中期发展起来的一种功能强大、体积小、面向控制、价格低廉的大规模集成电路器件。随着社会经济的进步发展，单片机在我国社会生活中的多个领域均得到了应用，取得了良好的经济效益和社会效益，特别是在智能化仪器设备、产品自动化设备、分布式控制系统中得到了广泛的应用。

电力电子技术是电子、电气类和关联专业学生的重要基础课程，该课程的学习涉及到理论和实验两种类型的知识，特别是通过实验教学能够更好地指导学生应用所学的知识来指导实践操作，解决实际生活中的问题，并得到相应的结论，并在问题解决的过程中培养自己分析问题、解决问题的能力。在以往，电力电子技术实验教学主要是对传统电子触发系统的一种研究，目的是积极探索出一种适合现代社会发展要求的电力系统。但是这种系统日渐不符合时代发展需要，因而怎样强化对单片机控制触发系统的深入研究成为保证电力事业稳定发展，促进社会进步的关键。

1 文章所研究机床单片机控制概述

文章所研究的机床采取的是矩阵电气控制模式，接线操作十分复杂，系统的可靠性和安全性较差，在使用的过程中容易出现各种线路问题。应用单片机代替电气矩阵模板进行控制不仅接线操作简单，而且编程简单、方便、可靠性强。结合机床设计要求，需要采用单片机控制系统，借助单片机的柔性控制四个基础，开展液压试验，完成节流调速控制、增速回路控制、减压回路控制。

单片机是微型计算机的简称，它的结构和功能完全符合工业控制的基本要求，可以被人们精准的称作是单片机微控制器。在使用的时候单片机会将微型计算机的各个功能零部件，比如中央处理器、随机存储器、只读存储器、I/O 接口、计数器等连接在一个芯片上，由此打造一个完整的微型计算机。

单片机在是使用的时候具备价格低廉、消耗低、重量轻、控制功能强大等方面的优势特点，在社会生活的很多领域有着广泛的应用空间和前景。单片机的常用系统包含以下几种：第一，控制系统。使用单片机打造成各个工业控制系统、自适应控制系统、数据采集整理系统，常见的应用领域包含温室人工气候控制、水闸自动化控制、电镀生产控制、汽轮机调节控制、车辆检测控制等。第二，智能仪表。智能仪表的打造充分应用了单片机的测量系统、温度仪表，在以往仪表设备的基础上朝着智能化、柔性化的方向发展。第三，机电一体化产品。机电一体化产品主要是指将单片机和以往的机械产品融合在一起使用，实现对机械产品结构的智能化控制。

2 电力电子技术实验单片机触发系统

2.1 单片机触发试验装置的应用优点

在具体试验操作的时候单片机触发装置对于整个系统的操作控制精准度有着较高的要求，触发的不对称度下，整个单片机系统的运行速度会加快，在这个过程中会充分发挥出整个单片机出触发系统 数字化优势。在操作的时候通过使用单片机替代晶闸管触发器，并在光电耦合器的作用下会形成通断脉冲，从而确保整个电路操作系统中可控硅能够顺利的导通数据信息。

2.2 单片机触发试验装置的基本构成

单片机触发系统是单片机芯片为主导力量，同步脉冲检测器在使用的时候会将触发脉冲接入到规定好的单片机系统中，之后通过可控硅的接口来将脉冲接通到整个电路系统中，实现输出脉冲变压器将触发脉冲和单片机系统主要电路的晶闸管触发相匹配。

2.3 单片机触发装置的日常运行

2.3.1 同步信号检测电路

触发脉冲的自然换相点药和交流电的电压保持在过零同步的状态，由此脉冲要由同步脉冲的集成产生。在整个电路系统中往往需要设置两个由光耦组成的检测电路，结合电路中电流基本走向光耦的发光机制，通过二极管进行发光，并确保在三极管发光状态达到最高数值的时候信号会被引入到单片机中，之后在三极管发射极达到最高数值的时候将信号引入到单片机系统中，使用同步信号完成对系统电路的检测。

2.3.2 触发脉冲和驱动电路

不同脉冲会通过脉冲的输出接口输出，之后根据键盘的基本情况精准输出脉冲的组数和基本类型，在这个过程中确保光耦合对整个单片机系统、主电路之间的有效隔离，在隔离操作完成之后借助输出脉冲变压器来将触发性脉冲和主要电路的晶闸管触发有效匹配在一起。

3 以往电力电子技术实验触发系统设计存在的问题

3.1 单结晶体管移相触发性电路

单结晶体管发出的是一种比较简单的电路形式，但是在使用操作的时候具有移动范围小、触发脉冲狭窄的特点，学生在开展有关试验操作的时候容易出现各种类型的失误问题，比如导管输出功率比较小、导管之间的连接不够顺畅、移动电位器和单个结晶体管电容不适应等。在出现这些问题之后会直接导致最终实验操作的失败。

3.2 正弦波触发性电路

正弦波触发性电路脉冲数值变宽主要表现为负载电流，负载电流在连续性通过时直接输出的电压数值会和控制性电压数值呈现出一种相关性的变化，在变化之后会直接影响输出电压数值和电网的波动，也就使得相关操作人员无法有效控制整个电路的电压变动。

3.3 锯齿波触发性电路

锯齿波触发性线路在使用的过程中具有明显的优势作用，突出表现为能够更好的保证电网电压波动和波动畸变的正相关关系。但是在具体操作的时候往往具备维修操作困难的问题，且实验操作条件比较复杂。

3.4 集成化触发电路

集成化触发电路和一般线路相比具有较强的移相线性，但是在具体应用操作的时候深受外界电路的影响，无法进行独立性的实验操作。同时，在具体操作的过程中集成化触电往往会根据不同的电路类型来更换和调整芯片，也会在无形中加大整个实验操作的难度。

图1：电力电子技术电路的硬件结构

4 新时期电力电子技术实验触发系统设计需要满足的要求

4.1 输出电路的输出触发脉冲的电压、功率需要符合规定的要求

电力电子实验操作所应用的晶闸管是由电流控制的器件，基于管子门极伏安特分散、触发电压电流随温度变化的特点，因而，在控制器件门极中只有补充足够的电流才能够更好的触发导通。另外，为了能够确保各个器件触点的可靠性，触发电路所提供的电压和电流需要超过门极触发电压和电流。

4.2 触发脉冲的前沿和宽度要满足相关要求

为了确保在触发器件阳极电流能够维持导通，电阻负载脉冲的宽度需要设定在20 到50 之间，电感负载脉冲的宽度也需要超过

1ms。

4.3 触发脉冲需要符合相关要求

触发脉冲操作需要和晶闸管的阳极电压保持在同步的状态下，同时还需要和电源波形维持在一种固定的相位关系。

4.4 触发脉冲要具备良好的抗干扰性能和稳定的温度

晶闸管出现误导一般是由于电路受到外界的干扰。为此，在触发脉冲的时候需要相关人员采取有效的措施对触发电路进行必要的隔离和屏蔽。在具体操作的时候根据晶闸管对触发电路操作提出的要求可以设计出一种基于单片机的触发控制装置。

5 电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用

5.1 系统组成

电力电子技术电路组成具体包含单片机芯片、同步脉冲检测、触发脉冲输出、可控硅接口电路等，具体系统构成如图1所示。整个电力电子技术实验单片机触发系统由芯片来作为主导力量，同步脉冲检测器会将触发性的脉冲添加到整个单片机系统中，从而通过可控硅接口来将脉冲输入到相应的电路中。整个单片机触发装置对整个系统控制的准确性较高，且触发操作的不对称度较小，运行速度快，在操作的时候能够有效发挥出数字化的应用优势。借助单片机来代替闸管触发器，之后借助光电耦合器会打造出通电脉冲，从而确保整个线路运行能够顺利导通信息，在短时间运行的过程中实现对电路的控制。

5.2 器件的选择

电力电子技术实验单片机触发系统型号为89C2051,89C251 芯片内部拥有可编程Flash 存储器，芯片的使用资料类型和数量较多，且价格低廉、方便购买。芯片内部的存储器适用于各个编程系统，在具体操作的时候具备两个I/O 口，在具体操作的时候借助这个端口能够更好的满足触发脉冲输出和多个实验操作的要求，从而在最大限度上减少整个系统的扩展性和操作复杂性。

5.3 电路操作原理

5.3.1 同步信号检测电路

触发脉冲的换相点会和交流电流同步运行发展，为此，同步脉冲电路一般会产生同步脉冲。为此，在具体操作的时候可以应用两个光耦小组来检测整个电路的运行。在交流电流方向发生变化的时候整个光耦的发光二极管会呈现出交替性发光的现象。光耦三极管会接收到发光二极管发射的信息，交替呈现出导通的状态，在这样状态下整个三极管集电极A点呈现出一种低电平的状态，在经过“0”点的时候，A 点会转变为一种高电平的状态，这个时候信号会被添加到单片机的中间地段。

5.3.2 触发性脉冲的输出和驱动电路

整个触发脉冲输出和驱动电路由光耦和脉冲变压器电路共同组成，输出的脉冲组数和脉冲类型通过键盘深受需求的影响，光耦合对单片机系统和整流电路会起到十分重要的隔离作用，且输出脉冲变压器能够充分满足触发脉冲和主电路中晶闸管的触发需求。

5.4 移相控制角

移相控制角主要是指通过键盘的人工输入信息来自动化的控制单片机的输出和输入信息变化，最终根据需要来更好的控制角的大小。在具体操作的时候需要通过键盘来判定整个系统的脉冲。

6 电力电子技术实验单片机触发系统实验效果分析

6.1 提升电力电子技术实验触发系统的准确性

电力电子技术实验单片机触发系统在使用的时呈现较高的精准性，在具体应用的时候还能够形成多种类型的电力电子实验触发性系统。单片机的不同延时功能能够支撑完成各种实验。在实验操作的过程中通过该系统 能够让学生更加直观的了解电力电子移相内容，并在这个过程中掌握更多的知识，提示实验操作的安全性和有效性。

6.2 对电力电子技术实验触发系统进行扩展

整个电力电子技术实验触发系统装置在运行的时候能够实现对可控硅控制，在操作时简化整个电路的安全性和复杂性。电力电子技术实验触发系统在运行之后应用了交流调压电路，在操作的时候能够输出所需要的交流电压数值，并通过单片机来控制可控硅，通过一系列控制操作最终得到所需要的电压数值。同时，整个操作系统在应用的时候还能够进一步扩展成为一个交流软开关，为计算机控制模拟电路和远程控制较大功率的电路信息提供重要支持。

7 结束语

综上所述，电力电子技术实验单片机触发系统的打造能够在一定程度上简化电路系统，降低系统运行的复杂性。在单片机出发系统中的变量通过键盘的输入能够有效改变电压数值。另外，通过对单片机触发系统的设置还能够实现对整个系统的远程性操作，从而为模拟数据加工操作提供重要技术支持。将单片机应用在电力电子技术实验单片机触发系统中则是能够在以往的基础上更好的控制单片机系统，确保电力电子技术实验有序开展。