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&""& 年 ! 月第 &$ 卷 ! 期重庆大学学报（自然科学版） S@TGU<; @V />@UEWFUE 2UFX9G=F87（Y<8TG<; 4HF9UH9 BPF8F@U） R@; 0 &$ S ?@A，$!&6789 BB*C ?D1，$!&6789 ?,1，+&6789 ?9EF=89G，%H> !"6F8 , I J，一路高速捕捉口（K/*），二路高速比较输出口 D/!, 和 D/!L，+ 个定时器，! 路 2,?)，! 路 4*K 接口，& 路外中断，最高运算速度可达到 %1 条指令 I 秒，由它可完成水电站励磁系统的所有检测，控制及保护功能。 ! 0 & 数字同步及触发电路分析图 & 所示为可控硅全控桥同步触发电路简图它采集同步输入和相位信号，由单片机 K/* 捕捉同步信号的上升沿，软件滤波，消除干扰以及同步正弦信号的畸变，得到正弦信号的真实过零点，作为可控硅的同步信号，同时单片机检测各反馈量，计算各反馈值，由不同的控制算法求取控制角（，并求出控制量，各过程的关系如图 + 所示。其中，（<）为同步交流信号；（6）为整形隔离后的方波；（H）为单片机高速比较输出口脉冲波形（D/!,）， D/!, 输出脉冲经过 M(N/)!+3 的选择端 ,，L 分别向 O 个可控硅输出控制脉冲，（P）、（9）为分配到 O 个可控硅的双窄脉冲，图中 !，+，$，&，(，O 表示第 !，+，$，&，(，O 号可控硅的主脉冲，!’，+’，$’，&’，(’，O’表示第 !，+，$，&， (，O 号可控硅的补脉冲［+］。以上所有时序以定时器 )! 为时基，定时器 )! 为 !O 位定时计数器，软件扩展为 +& 位，计数频率为 % 1NQ，即同步触发脉冲最高分辨率为 " 0 !&$ !=，同时 ! 收稿日期：&""!C"OC&" 作者简介：刘政（!3O3 # ），男，四川宜宾人，重庆西南水电控制设备厂工程师，重庆大学硕士研究生。研究方向为检测技术与万方数据自动化仪表。

第 ,’ 卷第 % 期刘政等：基于单片机的可控硅全控桥数字触发控制系统 ’8 !"# 和 $"%& 为硬件捕获和输出，保证软件运行不影响同步和脉冲的精确性，当电网频率为 ’()* 时其测频和脉冲输出的理论误差可达：( + %,’ !- . ,( /- 0 %((1 2 ( + ((( 3,’1 图 % 励磁系统结构框图图 , 同步及触发电路图 4 数字同步触发脉图 5 机端电压电流相位关系 , 电参量计算本控制系统中，用于各控制算法的检测量有：励磁电压、励磁电流、机端电压、功率因数、无功等，对于功率因数，无功等参数等采用软件计算。万方数据如图 5 所示，机端电压 !，电流 "，周期 #，过零相位时差 !# 均可由硬件直接测量，由此可计算视在功率 $，有功 %，无功 &，频率 ’，功率因数 67-" ，其算法为： ’ ( % ) # "

91 重庆大学学报（自然科学版） $==$ 年 !"#! ! !"#（ "" # "!$# ） $ ! %& ’ ! %&!"#! ( ! %&#%&! ’ 软件模块 ’ ) ( 软件结构分析 ! " # $ 如图 ) 所示，包括：机端电压、励磁电流、无功、功率因数、快速励磁及电力系统稳定器（*++）等，同时包括了多种限制模块，如：, - . 限制、过励限制、欠励限制、强励反时限、过压保护、最大励磁限制、空载励磁限制等，各功能模块功能完善，结构化程序设计，并配有 /+01) 通讯接口，通讯协议兼容于 2345 67+ 通讯协议，便于联网远距离通讯，可实现遥测、遥控，并具有机组成组由于本控制系统已采集水电站励磁系统相关的所控制功能，可方便地实现站内机组无功成组调节［0］。有参量，故集成有各种控制软件模块，各软件模块结构 ’ 8 $ 同步及触发软件模块图 ) 控制系统软件结构框图图 9 同步软件模块流程图 ’ 8 $ 8 ( 同步软件同步信号是可控硅触发的基准，同步信号的误捕捉可能造成可控硅的误触发，甚至失控，因此同步信号图 A 触发软件模块流程图的去噪处理和预估计就显得尤为重要。本系统中，同步化率不可能突变，因此先由历史数据预测本次中断时信号除了硬件处理外，软件上也进行了多重处理，高速捕捉中断处理流程如图 9 所示。首先，中断程序检测 :;* 口有无电压错误和高频中断（ < $== >?@），若有则认为有噪声；同时由于电网频率在两个周期之间的变万方数据间，若与当前中断时间有较大差异，则认为有噪声。有噪声则放弃本次同步信号中断，并按上次中断时间和电网频率预置触发脉冲。若无噪声则以本次捕捉作为同步信号进行预置脉冲，同时，如果上次预置脉冲与本

第 $% 卷第 # 期刘政等：基于单片机的可控硅全控桥数字触发控制系统 )W 次在时间上有冲突，则刷新未发完的脉冲。结构巧妙，配以完善的功能模块程序和控制算法，达到由于同步捕捉是由单片机硬件自动完成，因此同步时间分辨率可达 ! " #$% !&，是非常高的。另外，本中断程序力求快速反应，最大处理时间 ’ #% !&。所有这些预处理和实时处理极大程度地减少了同步错误的产生，保证了系统的可靠性和精度。 ( " $ " $ 脉冲触发软件脉冲触发软件流程图如图 ) 所示，当高速比较输出 *+#, 中断产生时，表明上一脉冲事件完成，程序将从脉冲预置缓冲区取出数据送到单片机高速比较输出寄存器，并预置单片机 - . * 口以选择将要发出的脉冲号。此模块同时向主程序提供有无同步信号丢失数据，当有同步信号丢失时能自动按历史数据补偿因同步丢失而造成的丢失脉冲，进一步增加了系统的可靠性。另外，脉冲信号的输出是由单片机高速比较输出硬件自动完成的，最高时间输出分辨率可达 ! " #$% !&。同时， ’ #! !&，本中断程序也力求快速反应，最大处理时间脉冲的精度和可靠性得到了很好的保证。 ( 结论本文给出了可控硅全控桥数字触发电路，其硬件了很好的控制效果和非常高的可靠性。所述技术已成功运用于重庆西南水电控制设备厂生产的“/0+ 1 $,” 型微机励磁调节器上，用单片微机实现了采样、控制、存贮、通讯、数字触发脉冲、软件调差，全软件实现各控制功能模，使其结构简单，功能完善，可靠性高，成本低，使中小型水电机组励磁控制性能进一步提高。参考文献：［#］黄俊，王兆安 2 电力电子变流技术［3］" 北京：机械工业出版社，#44%2 ［$］黄耀群，李兴源 2 同步电机现代励磁系统及其控制［3］" 成都：成都科技大学出版社，#445 " ［5］粟春，高辉，石建明，等 2 基于 678 的静止同步补偿脉冲发生器及控制器的设计［9］" 电力系统自动化，#444，$5（#5）： $: 1 $42 ［(］贾晓炜，秦敏，顾颖萌 2 微机励磁调节器功能的完善和改进［9］" 电力系统自动化，#444，$5（#!）：(% 1 (:2 ! "#$#%&’ ()*+#,%-+ (+#$$.+ /-0%+-’ 1*,%.2 -3 ()+.. 4)&,. 56’’ 1 7-0%+-’ 1 8+#9$. -0 %). :&,. -3 1#0$’.7)#; /-0%+-’’.+ <=> ?).0$，@>!AB C#D*6. （+;<<=>= ;? ,@A;BCAD;E，+F;E>GDE> HEDI=J&DAK，+F;E>GDE> (!!!((，+FDEC） !8,%+&7%：, E=L AKM= ;? ND>DAC< AJD>>=J O;EAJ;< &K&A=B ;E AF= PC&= ;? 7DE><=OFDM +;EAJ;<<=J D& MJ;M;&=N ?;J LCA=J M;L=J &ACAD;E O;EAJ;< &K&A=B" QF= AJD>>=J @&= AF= &DE><=OFDM O;EAJ;<<=J’& FD>F&M==N ;@AM@A M;JA &RD<>=J，&; C& A; J=N@O= AF= O;BM;E=EA，J=N@O= AF= O;&A CEN BCR= AF= &K&A=B B;J= DEA=>JCA=N，B;J= MJ=OD&= CEN B;J= J=K，E=L N=A=OAD;E A=OFE;<;S >K CEN E=L C@A;BCADO AF=;JK，&; C& A; BCR= AF= &K&A=B B;J= M=J?=OA CEN B;J= DEA=<=EA " -A FC& ;I=JO;B= AF= ND&CNICEAC>= ;? &DB@JCA= ODJO@DA DE CP;I= " E.* F-+9：AFKJD&A;J；AJD>>=J’& M@<&=；UTODACAD;E &K&A=B；VKNJ;M;L=J &ACAD;E；7DE><=OFDM （责任编辑吕赛英）万方数据

基于单片机的可控硅全控桥数字触发控制系统作者：作者单位：刊名：刘政，黄席樾重庆大学,自动化学院,重庆,400044 重庆大学学报(自然科学版) JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIECNE EDITION) 2002，25(1) 4次英文刊名：年，卷(期)：引用次数：参考文献(4条) 1.黄俊.王兆安电力电子变流技术 1995 2.黄耀群.李兴源同步电机现代励磁系统及其控制 1993 3.栗春.高辉.石建民.姜齐荣基于DSP的静止同步补偿器脉冲发生器及控制器的设计[期刊论文]-电力系统自动化 1999(13) 4.贾晓炜.秦敏.顾颖萌微机励磁调节器功能的完善和改进[期刊论文]-电力系统自动化 1999(10) 相似文献(10条) 1.会议论文郝媚美.郑应文基于锁相环的单片机控制可控硅整流触发器 2003 介绍了一种利用MCS-51系列单片机控制角可调整的三相全控桥可控硅整流触发器.采用锁相环技术实现触发脉冲与电源信号的同步,提高了触发器的抗干扰能力,改善了三相触发脉冲的对称性.由软件控制可产生不同控制角的6组触发脉冲,且电路易于实现,成本低. 2.期刊论文刘艳萍.李素玲.李志军.马军.LIU Yan-ping.LI Su-ling.LI Zhi-jun.MA Jun 励磁系统中可控硅触发脉冲的 FPGA编程实现 -大电机技术2007(1) 可控硅触发脉冲产生电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中.一般可控硅移相触发电路采用硬件实现.本文中利用FPGA芯片由VHDL语言编程实现,可以更准确、简便地产生可控硅移相触发所需的双窄脉冲.与硬件电路实现相比,FPGA(现场可编程门阵列)的实现不但能有效防止由于可控硅换流而引起的误控制,而且集成度高,更精确和灵活. 3.期刊论文纪飞峰.闵建中.陈廷章基于80C196KC的CAM锁定功能实现可控硅的触发控制 -微计算机信息(测控仪表自动化 )2002(8) 利用80C196KC单片机新增的CAM锁定功能和定时器T2的内部时钟功能,可以实现可控硅触发脉冲的精确控制,该方法简单实用,文章还给出了相应的软件实现方法. 4.会议论文雷嘉玲可控硅过零触发脉冲调节控温系统的应用 5.期刊论文鄂宏.王秋荣.孟凡东.许红.E Hong.WANG Qiu-rong.MENG Fan-dong.XU Hong KJF－800/300－Ⅱ可控硅串级调速数控装置的研制及可靠性分析 -辽宁工学院学报(自然科学版)2001,21(2) 利用MCS51系列单片机实现对KJF－800/300－Ⅱ可控硅串线调速系统的自动控制，采用电机转速、转子电流双闭环控制及报警信号自动检测，提高控制精度，达到安全生产，节约能源的目的。 6.会议论文任顶英.阎兰亭.韩海伟.郭宝山利用PLC内部资源直接驱动可控硅的移相触发 2000 该文介绍利用PLC数字量I/O接口及辅助设计的外围驱动电路，使其可根据同步开入信号，发出移相脉冲触发信号，触发一对单相反并联可控硅它节省硬件资源，抗干扰性能好，应用效果良好。 7.期刊论文翟晓勋可控硅能否被触发导通的典型实例分析 -青海大学学报(自然科学版)2001,19(5) 通过对工程中一个典型的触发脉冲信号的分析、测量和计算,找出了一条可以正确判断可控硅能否被触发导通的途径.现场调试结果证明这一判断方法正确.它对现代机械控制系统的调试、分析将起到积极的作用. 8.期刊论文肖衡.陈春俊 PID温度控制装置的电路设计 -计量与测试技术2003,30(1) 本文介绍了过程温度控制PID电路和可控硅触发电路的设计及其工作原理,作者在设计电路的基础上开发了温度控制装置,并用该套温控装置进行水温控制试验 ,取得较为满意的效果. 9.期刊论文刘微同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理 -江苏电机工程2002,21(6) 在同步发电机自动励磁调节装置中,可控硅触发技术是一项关键技术,而其中的同步电压的处理环节又是关键.因此,对半导体励磁系统和微机励磁系统中同步电压的处理进行分析,并比较. 10.期刊论文胡为兵.刘涤尘微机控制的磁盘自动称重和配料装置 -传感器技术2002,21(2) 论述了应用单片机80C196KC实现微机磁盘自动称重和配料的技术.重点介绍了电阻应变式传感器的应用和装置的结构、工作原理、硬件和软件的设计思想.详细阐述了电阻应变式传感器的输出信号的处理和可控硅触发电路. 引证文献(6条) 1.刘伟基于DSP余弦移相的励磁调节系统设计[期刊论文]-控制工程 2007(03) 2.王必旺.胡亚非.黄银川微波治疗仪的功率控制系统研究[期刊论文]-自动化技术与应用 2007(05)

3.杨雪锋.李威.李允彩.许娟智能微波治疗仪及其控制系统设计[期刊论文]-微计算机信息 2006(31) 4.白维基于CIP51微控制器数字式励磁调节装置的研究与开发[学位论文]硕士 2006 5.何彦民基于DSP的自动励磁控制装置的研究[学位论文]硕士 2005 6.顾兴志.邹建.潘英俊 P80C552微控制器在微波治疗仪上的应用[期刊论文]-重庆大学学报(自然科学版) 2004(02) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_cqdxxb200201021.aspx 下载时间：2010年1月1日

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