电气专科毕业论文.pdf
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1、XX 大 学 毕 业 设 计 题目_ 专业_ 班级_ 姓名_ 指导教师 _ 年月 日 基于单片机的晶闸管功率控制器 xxxxx 大学毕业设计(论文) 2 毕业设计(论文)任务书 学院年级专业层次:科 姓名性别学号 题目基于单片机的晶闸管功率控制器 主要内容、基本要求、主要参考资料等 开题报告内容:调研资料的准备,设计的目的、要求、思路与预期 成果;任务完成的阶段内容及时间安排;完成设计(论文)所具备的条 件因素等。 1、调研资料的准备: 查阅相关资料,熟悉 lpc2124 单片机控制的单相 晶闸管功率控制器,并进行相关知识的学习。 2、设计的目的:掌握 LPC2124单片机控制的单相晶闸管功率
2、控制器设 计方法和技能,结合工作实际撰写论文。 3、要求的阶段内容和时间安排 3 月-4月:根据任务的要求进行相关知识的学习,进行论文资料 的查找。 4 月-5月:完成论文要求的工作,最终完成论文。 4、预期成果:完成设计图样、文件和试验验证,实现LPC2124单片机 的晶闸管功率控制器。 5、具备的条件因素:工作实践经验四年,在大学学习和自学的相关知 识技能,相关专家和教师的指导帮助。 完成期限 指导教师签章 xxxxx 大学毕业设计(论文) 3 摘要 设计了一款基于LPC2124单片机控制的单相晶闸管功率控制器。LPC2124 采集同步 信号,依靠软件定时,进而输出延时角的脉冲信号,经放大
3、后,送入晶闸管控制极,从 而控制导通角。 关键词: LPC2124 ;晶闸管;功率控制器 xxxxx 大学毕业设计(论文) 4 目录 引言 . 1 1 调压调功原理简介 . 1 2 系统电路组成 2 3 触发器硬件组成 . 2 4 软件的实现 4 5 保护电路的设计 . 5 6 protues仿真 6 结论 . 7 致谢 . 8 参考文献 . 8 XXXXX 大学毕业设计(论文) 1 引言 交流- 交流变流电路,即把一种形式的交流变成另一种形式的交流电路。在进行交 流-交流变流时,可以改变相关的电压(电流)、频率和相数等。交流 - 交流变流电路可 以分为直接方式(无中间直流环节方式)和间接方式
4、(有中间直流环节方式)两种。而 间接方式可以看做交流 - 直流变换电路和直流 - 交流变换电路的组合,故交-交变流主要 指直接方式。其中,只改变电压、电流或对电路的通断进行控制,而不改变频率的电路 称为交流电力控制电路,改变频率的电路称为变频电路。采用相位控制的交流电力控制 电路,即交流调压电路;采用通断控制的交流电力控制电路,即交流调功电路和交流无 触点开关。 交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软 启动也用于异步电动机调速。 在电力系统中,这种电路还常用于对无功功率的连续调节。 此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器
5、一次电压。在这些电源中如果采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就 需要很多晶闸管串联,低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联,十分不合理。采用 交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压、电流值都比较适中,在变压器二次侧只要 用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。其分为单相和三 相交流调压电路,前者是后者基础,这里只讨论单相问题。 交流调功电路常用于电炉的温度控制,其直接调节对象是电路的平均输出功率。像 电炉温度这样的控制对象,其时间常数往往很大,没有必要对交流电源的每个周期进行 频繁的控制,只要以周波数为单位进行控制就足够了。通常控制晶闸管导通的时刻都是 在电
6、源电压过零的时刻,这样,在交流电源接通期间,负载电压电源都是正弦波,不对 电网电压电流造成通常意义的谐波污染。 晶闸管也叫可控硅整流器是目前工业应用中最为广泛的大功率变换器件。晶闸管 在烧结炉、电弧炉等整流场合主要采用移相触发控制,即通过调节晶闸管导通时刻的相 位实现控制输出。传统的晶闸管触发器采用模拟控制电路,无法克服其固有缺点。数字 式控制电路与模拟式相比,主要优点是输出波形稳定和可靠性高,但其缺点是电路比较 复杂,移相触发角较大时控制精度不高。随着单片机技术的发展,由单片机组成的控制 电路的优势越明显,除具有与数字式触发电路相同的优点外,更因其移相触发角通过软 件计算完成,触发电路结构简
7、单,控制灵活,温漂影响小,控制精度可通过软件补偿, 移相范围可任意调节等特点,目前已获得业界的广泛认可。本文介绍应用单片机组成晶 闸管功率控制器硬件电路的设计,以及软件实现移相触发脉冲控制的方法。 1 调压调功原理简介 把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,通过对晶闸管的控制就可以控制交流输 出。这种电路不改变交流电的频率,称为交流电力控制电路。 在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制可以方便地调节输出电压的有效值, XXXXX 大学毕业设计(论文) 2 这种电路称为交流调压电路。 交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同,只是控制方式不同。 交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发
8、延迟角对输出电压波形进行 控制,而是将负载与交流电源接通几个整周波,再断开几个整周波,通过改变接通周波 数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 2 系统电路组成 整套系统的硬件电路主要由主回路和微处理器控制电路组成。其中主回路包括同步 信号产生电路和触发脉冲信号驱动电路。 本装置所用 LPC2124单片机的定时计数器, 同步信号产生电路用以将从电网获得 的 220 V 交流电压转换成同步脉冲,LPC2124用作接收同步信号和 角,并将 角转换 为脉冲延时,从而控制晶闸管的门级,控制输出电流的大小;驱动电路用来将从单片机 出来的脉冲信号进行功率放大;晶闸管整流电路实现对输出电流大小的控
9、制。 单片机控制的晶闸管触发器主要由同步信号检测、CPU 硬件电路、复位电路和触发 脉冲驱动电路 4 部分组成,如图l 所示。 CPU 通过检测电路获知触发信号,依据所要控 制的电路要求,通过编程实现预定的程序流程,在相应时间段内通过单片机I/O 端输出 触发脉冲信号,复位电路可保证系统安全可靠的运行。 图 1 系统组成电路 3 触发器硬件组成 单片机控制的移相触发脉冲控制硬件电路图如下。单片机选用LPC2124 ,共有 64 个引脚。同步信号的输入经电阻R1 ,R1 起到限流和保护的作用,正弦同步信号经VD1 和 VD2两个限制比较器输入电压的箝位二极管削波后,送入比较器LM339的输入端,
10、 LM339输出为 180与电源相位相同的方波。同步检测信号发生正跳变时,经反相以中 XXXXX 大学毕业设计(论文) 3 断方式向单片机的INT0 提供同步指令,以边沿触发中断,从表面上看好像是外部中断 信号输入。使用该比较电路,无论输入的同步电压信号高还是低,LM339的输出信号都 能较准确的反映同步输入信号的过零点,R2和 C3对输出信号进行滤波,以避免输出信 号出现波动。由于采用单片机进行延迟处理其触发角,其触发延迟角范围为0180, 控制精度非常高,虽然控制精度受到内部运算位数的限制,但足以满足一般控制要求。 图 2 同步信号电路 LPC2124的 P03 端口用于输出整流电路的触发
11、脉冲信号,脉冲信号经 74LS04反相 放大,推动功率放大器TD62004 ,该器件的输出连接到脉冲变压器的初级绕组。 图 3 触发脉冲电路 XXXXX 大学毕业设计(论文) 4 LPC2124的模拟量输入端口可以为以后添加从整流端采集真有效值电压负反馈信号 经 AD转换后进行数字 PI 调节,构成电压负反馈闭环控制,以保证整流输出端电压稳 定。 4 软件的实现 主程序中包括了系统初始化子程序,控制角的输入及计算,同步输入信号的检测, 脉冲信号的输出,系统启动、复位或停机的控制。 主程序流程图如图4 图 4 主程序流程图 XXXXX 大学毕业设计(论文) 5 5 保护电路的设计 在电力电子电路
12、中,除了电力电子器件参数选择合适,驱动电路设计良好外,采用 合适的过电压保护、过电流保护、du/dt 保护和 di/dt保护也是必要的。 1) 过电压的产生及过电压保护: 电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压 主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因,包括:操作过电压、雷击过电压;内因 过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程,包括:换相过电压、关断过电压。 过压保护的基本原则是:根据电路中过压产生的不同部位,加入不同的附加电路, 当达到定过压值时,自动开通附加电路,使过压通过附加电路形成通路,消耗过压储 存的电磁能量,从而使过压的能量不会加到主开关器件
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