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在電力拖動系統、電爐控制系統中現已大量采用可控硅（晶閘管）元件作為可調電源向電動機或電爐供電，這種由晶閘管組成的控制系統，主要是利用改變可控硅的控制角θ來調節供電電壓。在常規控制中，主要是用電子控制裝置對可控硅實現觸發，這種方法由于受到電子元器件的限制，其分辨率不高，有時還會出現誤觸發。本文介紹一種由8031單片機組成的觸發控制系統，可實現高分辨率的數字觸發。 1 硬件組成及原理 系統硬件組成如，只須在8031最小系統上加一塊16位的定時／計數器8253和晶振電路，另加一塊帶一個14位定時／計數器的可編程RAM／IO擴展器8155，即可組成單片機的系統線路。 1．1 θ角定時 控制角θ是滯后自然換相點的電角度，在工頻條件下，它和時間tθ有如下線性關系： 其中T是工頻電源周期，θ是控制角。 由上式可知，由電角度θ就知道對應的定時時間tθ，則可利用定時／計數器就能實現對θ角的定時，這種用硬件定時的方法可大大節省CPU的在線工作時間。 8031本身有兩個16位的定時／計數器T0和T1，若用它們定時，選用方式1工作，就為16位的定時／計數器方式。因為8031單片機一個機器周期由12個振蕩周期組成，工作于定時狀態，計數頻率為振蕩頻率的1／12，而工作于計數狀態，計數頻率為振蕩頻率的1／24，所以當取晶振頻率為6MHz，選用方式1定時工作狀態時，可得： 式中，T為工頻周期，T＝20ms。 由于16位定時／計數器最大定時時間為65536，故最大定時角為： 由此可見，用8031單片機T0、T1定時，移相范圍大，而分辨率則受本機機器周期限制，再就是用于三相定時，2個定時／計數器也不夠，故最后確定選用NEC8253C－2定時／計數器來實現θ角定時，8253是一個三通道的16位定時／計數器，以減1計數方式工作，三個通道剛好滿足三相定時，而計數頻率由外部晶振提供，不受系統頻率限制，選用計數頻率為4MHz，則分辨率和最大定時角分別為： 由上可知，分辨率和移相范圍都能達到令人滿意的結果。 1．2 同步信號輸入和觸發脈沖輸出 本系統采用三相同步電路。三相交流同步電源取自同步變壓器的副繞組，經RC移相后使其過零點正好都對準六個自然換相點，再經三個電壓比較器輸出周期為20ms的三相方波同步信號，送至單片機P1的P1．3～P1．5，由于同步信號跳變即為自然換相點，單片機檢測這三位狀態字，即可進行軟件認相，并作出±A、±B、±C的標志，以供θ角定時和輸出（觸發）、控制之用。 為簡化電路，減少脈沖變壓器體積，增強電路的抗干擾能力，本系統采用脈沖列觸發方式。其中六個觸發信號經8155 A口送出，由外部電路調制成頻率為2kHz的觸發脈沖列，經功放電路分別加到6個可控硅的門極。整個觸發裝置的連接如圖2。 1．3 中斷安排 8031單片機共5個中斷源，其中1個用于串行口，兩個為T0、T1定時／計數器中斷，可直接用于外部中斷的只有 2 程序流程圖 觸發器控制程序由主程序和一個中斷處理程序組成，程序流程圖如圖3。 主程序包括初始化，觸發控制的同步認相，給相應的8253定時/計數器 3 結束語 本文采用8031單片機實現對晶閘管的數字觸發，組成高分辨率的數字觸發器，在控制系統中實現平滑調節，其性能是電子觸發裝置無法比擬的。該系統已在實際生產中得到應用，獲得了令人滿意的效果。 |
