單片機(jī)控制的三相全控橋觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目  錄摘要引言1 11   研究背景和意義1 111  晶閘管的發(fā)展現(xiàn)狀1 112  電力電子技術(shù)的前景2 113  晶閘管的應(yīng)用2第二章  三相可控整流電路晶閘管的介紹5 21   三相橋式整流電路晶閘管的特征5 211  晶閘管的開關(guān)特點(diǎn)5    212  晶閘管的幾種導(dǎo)通方式6  213  晶閘管的基本特性6 214  晶閘管的觸發(fā)6第三章    三相橋式全控

2、整流電路731     三相橋式全控整流電路電阻性負(fù)載732    三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載12第四章  AT89C52芯片介紹1641  AT89C52主要性能參數(shù)1642  AT89C52引腳及內(nèi)部器件功能說明17第五章  控制系統(tǒng)原理4551    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4552  觸發(fā)器硬件組成4553  移相觸發(fā)脈沖的控制原理47第六章  系統(tǒng)硬件電路器件選擇50 61  晶閘管的參數(shù)及其選擇50&#

3、160; 611   晶閘管及平波電抗器50  612   晶閘管的保護(hù)51 62  具體器件的計(jì)算與選擇52結(jié)論65致謝66參考文獻(xiàn)67摘要    本文主要介紹基于MCS51系列單片機(jī)AT89C51芯片控制的三相橋式全控整流電路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路，軟件部分由C51高級(jí)語言編程。具體運(yùn)行由工頻三相電壓經(jīng)變壓器后在芯片控制下在不同的時(shí)刻發(fā)出不同的脈沖信號(hào)去控制相應(yīng)的SCR可控硅整流為直流電給負(fù)載供電。此種控制方式其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出波形穩(wěn)定和可靠性高抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)。觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，溫

4、度影響小，控制精度可通過軟件補(bǔ)償，移相范圍可任意調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，目前已獲得工業(yè)界的廣泛認(rèn)可。并將在許多的工業(yè)控制中得到很好的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：晶閘管 MC-51單片機(jī) 觸發(fā)角 同步信號(hào)第一章   引 言1.1  研究背景和意義 基于AT89C51單片機(jī)的三相整流觸發(fā)控制系統(tǒng)。是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，即使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。12 晶閘管的發(fā)展現(xiàn)狀晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期，用于電力變換的電子技術(shù)已經(jīng)存在：1904年出現(xiàn)了電子管(Valve)，能在真空中對(duì)電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開了電子技術(shù)之先河。 后來出現(xiàn)了水銀整流器，其性能和晶閘管很

5、相似。在30年代到50年代，是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應(yīng)用的時(shí)期。它廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)，甚至用于直流輸電。各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論己經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在晶閘管出現(xiàn)以后的相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，所使用的電路形式仍然是這些形式。交流電變?yōu)橹绷麟姷姆椒ǔy整流器外，還有發(fā)展更早的電動(dòng)機(jī)一直流發(fā)電機(jī)組，即變流機(jī)組。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組相對(duì)應(yīng)，靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始并沿用至今。1947年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明晶體管（Transistor），引發(fā)了電子技術(shù)的一場(chǎng)革命；晶閘管（1957年）SCR（Silicon Controlled Rectif

6、ier）可通過門極控制開通，但通過門極不能控制關(guān)斷，屬于半控型器件目前由于其能承受的電壓、電流容量仍是目前器件中最高的，而且工作可靠，所以許多大容量場(chǎng)合仍大量使用。13 電力電子技術(shù)的前景電力電子器件發(fā)展的目標(biāo)是：大容量、高頻率、易驅(qū)動(dòng)、低損耗、小體積（高芯片利用率）、模塊化。 新的控制技術(shù)的使用，以減小電力電子器件的開關(guān)損耗，如軟開關(guān)技術(shù)；通過諧振電路使得器件在零電壓（ZVS）或零電流（ZCS）的狀態(tài)下進(jìn)行開關(guān)。電力電子應(yīng)用系統(tǒng)向著高效、節(jié)能、小型化和智能化的方向發(fā)展。14 晶閘管的應(yīng)用一般工業(yè)：直流電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置；近年來電力電子

7、變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。幾百W到數(shù)千KW的變頻調(diào)速裝置，軟起動(dòng)裝置等；電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，如電解鋁、電解食鹽水等。冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場(chǎng)合，需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。交通運(yùn)輸：電氣機(jī)車中的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)電動(dòng)汽車的電機(jī)靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置

8、。一臺(tái)高級(jí)汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制飛機(jī)、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術(shù)如果把電梯也算做交通運(yùn)輸，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，近年來交流變頻調(diào)速成為主流。電力系統(tǒng)：電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有非常廣泛的應(yīng)用。最終用戶在使用電能時(shí)常常需要進(jìn)行預(yù)處理。如降壓、濾波、無功補(bǔ)償?shù)?；?jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家在用戶最終使用的電能中有60以上至少經(jīng)過一次電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。毫不夸張地說，離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化是不可想象的直流輸電在長(zhǎng)距離、大容量輸電時(shí)有

9、很大的優(yōu)勢(shì)，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置近年發(fā)展起來的柔性交流輸電可以大幅度提高電網(wǎng)輸電能力和穩(wěn)定性；手段：快速、精確、連續(xù)地控制大容量有功和無功等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)潮流變化、功率流向、輸送能力、阻尼振蕩的性能加以改進(jìn)和提高。如有源濾波器（APF  Active  Power Filter）一可進(jìn)行用戶端的無功補(bǔ)償和諧波抑制。不間斷電源（UPS）和各種開關(guān)電源：這一類的應(yīng)用最為普遍各種電子裝置一般都需要不同電壓等級(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在己改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微

10、型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在己逐漸取代了線性電源。家用電器：照明在家用電器中有卜分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈變頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子之一。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。 新能源的開發(fā)和利用：傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后，各種新能源、可

11、再生能源及新型發(fā)電方式越來越受到重視。其中太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關(guān)注。太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，常需要儲(chǔ)能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，也離不開電力電子技術(shù)為了合理地利用水力發(fā)電資源，近年來抽水儲(chǔ)能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速都需要電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲(chǔ)能是未來的一種儲(chǔ)能方式，它需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)和注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場(chǎng)合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子技術(shù)的用武之地

12、。第二章 三相可控整流電路晶閘管的介紹 21  三相橋式整流電路晶閘管的特征211  晶閘管的開關(guān)特點(diǎn)：（1） 當(dāng)SCR的陽極和陰極電壓UAK0，即EA下正上負(fù)，無論門極G加什么電，SCR始終處于關(guān)斷狀態(tài)。  （圖21）（2）當(dāng)UAK0時(shí)，只有EGK0,SCR才能導(dǎo)通。說明SCR具有正向阻斷能力。 （3）SCR一旦導(dǎo)通，門極G將失去控制作用，即無論EG如何，一均保持導(dǎo)通狀態(tài)。SCR導(dǎo)通后的管壓降為1V左右，主電路中的電流I由R和RW以及EA的大小決定。（4）當(dāng)UAK0時(shí)，無論SCR原來的狀態(tài)，都會(huì)使R熄滅，即此時(shí)SCR關(guān)斷。其實(shí)，在I

13、逐漸降低（通過調(diào)整RW）至某一個(gè)小數(shù)值時(shí)，剛剛能夠維持SCR導(dǎo)通。如果繼續(xù)降低I，則SCR同樣會(huì)關(guān)斷。該小電流稱為SCR的維持電流。綜上所述：SCR導(dǎo)通條件: UAK0同時(shí)UGK0，由導(dǎo)通關(guān)斷的條件：使流過SCR的電流降低至維持電流以下。（一般通過減小EA，直至EA0來實(shí)現(xiàn)。）212  晶閘管的幾種導(dǎo)通方式：（1）正常觸發(fā)導(dǎo)通：UAK0，同時(shí)UGK0。（2）陽極電壓作用：當(dāng)UAK上升至某個(gè)大數(shù)值，使V2的漏電流由于雪崩效應(yīng)而加大，同時(shí)由于正反饋而使漏電流放大，最終使SCR飽和導(dǎo)通。（3）dUdt作用：如果UAK以高速率上升，則在中間結(jié)電容上產(chǎn)生的電流可以引起導(dǎo)通。（4）溫度作用：溫度

14、上升，V1，V2的漏電流加大，引起導(dǎo)通。（5）光觸發(fā)：當(dāng)強(qiáng)光直接照射在硅片上，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生觸發(fā)SCR的電流。目前，有一些場(chǎng)合使用這種方式來觸發(fā)SCR，高壓直流輸電（HVDC）。這種方式可以保證控制電路和主電路之間有良好的絕緣。這種SCR又稱為光控晶閘管。213  晶閘管的基本特性：（1）承受反向電壓時(shí)，無論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（2）承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。（3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。（4）要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以。從這個(gè)角度可以看出，晶閘管是一種電流控制型的電力電

15、子器件。214  晶閘管的觸發(fā)：（1）作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。（2）廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路還包括對(duì)其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制的相位控制電路。（3）晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通門極電流應(yīng)大于擎住電流；觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度；不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。第三章    三相橋式全控整流電路31   三相橋式全控整流電路電阻性負(fù)載 （圖31三相橋式全控整流電路原理圖）三相全橋的特點(diǎn)： 負(fù)載容

16、量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)使用三相整流電路。 應(yīng)用最為廣泛。 共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）。 共陽極組陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）。 注意編號(hào)順序：1、3、5和4、6、2，一般不特別說明，均采用這樣的編號(hào)順序。 由于零線平均電流為零，所以可以不用零線。對(duì)于每相二次電源來說，每個(gè)工作周期中，即有電流，也有負(fù)電流，所以不存在直流磁化問題，提高了繞組利用率。1 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=0°時(shí)的情況 圖32 三相橋式全控整流電路（帶電阻負(fù)載=0°時(shí)的波形）1） 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（1）=0&

17、#176;時(shí)的情況對(duì)于共陰極阻的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通。對(duì)于共極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負(fù)得最多）的導(dǎo)通。任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有1個(gè)SCR處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的均處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)角的起點(diǎn)，仍然是從自然換相點(diǎn)開始計(jì)算，注意正負(fù)方向均有自然換相點(diǎn)。從線電壓波形看，Ud為線電壓中最大的一個(gè)，因此Ud波形為線電壓的包絡(luò)線。2）表33三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載=0°時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓UdUaUb =U

18、abUaUc =UacUbUc =UbcUbUa =UbaUcUb=UcaUcUb =Ucb（2）三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（三相全控橋） 兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有一個(gè)導(dǎo)通，且不能為同相的兩個(gè)否則沒有輸出。 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： 按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的順序，相位依次差60°。 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120°。 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。 Ud一周期脈動(dòng)6次，每

19、次脈動(dòng)的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為6脈波整流電路。 需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖（采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)（大于60°）。 另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在Ud的6個(gè)時(shí)間段，均給應(yīng)該導(dǎo)通的SCR提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來是否導(dǎo)通。所以每隔60°就需要提供兩個(gè)觸發(fā)脈沖。 實(shí)際提供脈沖的順序?yàn)椋篤T1，VT2VT2，VT3VT3，VT4VT4，VT5VT5，VT6VT6，VT1VT1，VT2，不斷重復(fù)。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同為：UFM =URM=2.45 U22  三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=

20、30°時(shí)的情況 圖34  三相橋式全控整流電路（帶電阻負(fù)載=30°時(shí)的波形）晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30°，組成的每一段線電壓因此推遲30°。從Ut1開始把一周期等分為6段，Ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表3-3的規(guī)律。變壓器二次側(cè)電流iu波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120°期間，iu為正，iu波形的形狀與同時(shí)段的Ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120°期間，iu波形的形狀也與同時(shí)段的Ud波形相同，但為負(fù)值。3 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=60°時(shí)工作情況Ud波形中每段線電壓的波形

21、繼續(xù)后移，平均值繼續(xù)降低。=60°時(shí)Ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。（因?yàn)樵谠擖c(diǎn)處，線電壓為零）4 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載60°時(shí)工作情況當(dāng)60°時(shí)，如=90°時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖35所示： 圖35三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=90°時(shí)的波形小結(jié) 當(dāng)60°時(shí)，Ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與Ud波形一樣，也連續(xù)； 當(dāng)60°時(shí)，Ud波形每60°中有一段為零，Ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值； 帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路角的移相范圍是120°。32  三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載

22、1   三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載時(shí)的工作情況： 當(dāng)60°時(shí)：Ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓Ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流波形不同。電感性負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。 圖36三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載=0°時(shí)的波形 圖37三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載=30°時(shí)的波形 圖38三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載=60°時(shí)的波形

23、圖39三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載=90°時(shí)的波形（1）當(dāng)60°時(shí)：電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，Ud時(shí)波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而電感性負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，Ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；帶電感性負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90°。因?yàn)樵?90°時(shí)，Ud波形上下對(duì)稱，平均值為零。（2）基本參數(shù)關(guān)系當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶電感性負(fù)載或帶電阻負(fù)載60°時(shí)）的平均值為：Ud=   U2Sintd(t) =2.34U2cos    帶電阻負(fù)載且60°時(shí)，整流電壓平均值為：Ud=

24、   U2Sintd(t) =2.34U2 1cos ( )輸出電流平均值為：Id = 2  三相橋式全控整流的電流有效值 當(dāng)三相整流變壓器供電，變壓器次級(jí)接為星形，初級(jí)接三角形以減少三次諧波的影響，帶電感性負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形，為正負(fù)半周各寬120°前沿相差180°的矩形波，其有效值為：I2=Id= 0.816 Id 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，

25、接反電動(dòng)勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)的Id為：Id = 、小結(jié)：變壓器二次側(cè)每相有兩個(gè)匝數(shù)相同、極性相反（同名端相反）的繞組。分別構(gòu)成a、b、c和-a、-b、-c兩組。電路中設(shè)置了平衡電抗器來保證兩組三相半波電路能同時(shí)導(dǎo)電，每相的觸發(fā)脈沖，從第一個(gè)正自然換相點(diǎn)開始計(jì)算起，分別為1、3、5和2、4、6。這樣，在不同的時(shí)刻導(dǎo)通的SCR分別為6，1、1，2、2，3、3，4、4，5、5，6、6，1。實(shí)際上，通過每個(gè)時(shí)刻的等效電路，發(fā)現(xiàn)和分析變壓器漏感作用時(shí)的電路十分類似，輸出電壓Ud的瞬時(shí)電壓為導(dǎo)通兩相電壓瞬時(shí)值的平均值。第四章   AT89C51芯片介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程

26、可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案

27、。外形及引腳排列如圖所示   41   AT89C51主要性能參數(shù):·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ·128×8位內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路功能特性概述：AT89C51提供以下

28、標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)終端結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式?？臻e方式停止CPU的工作，但是允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。42   AT89C51引腳及內(nèi)部器件功能說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)

29、P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳

30、被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也

31、可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此

32、引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期

33、間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電

34、平要求的寬度。 芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 串口通訊 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們

35、是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器SBUF？而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器?！睂?shí)際上SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址99H。CPU 在讀SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們?cè)趯懓l(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送

36、中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡(jiǎn)單，只要把這個(gè)99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用#include 引用就可以了。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)

37、置就是使用SCON 寄存器。它的各個(gè)位的具體定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8位UART 可變 1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64 1 1 3 9位UART 可變 在這里只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asy

38、nchronous Receiver）的英文縮寫。 SM2 在模式2、模式3 中為多處理機(jī)通信使能位。在模式0 中要求該位為0。 REM 為允許接收位，REM 置1 時(shí)串口允許接收，置0 時(shí)禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入REM=0 來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9

39、位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。 RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當(dāng)SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。 TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請(qǐng)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開

40、），這時(shí)TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會(huì)由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。 RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請(qǐng)中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì)RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個(gè)位的，1 位起始位為0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器1 或定時(shí)器2 的定時(shí)值（溢出速率）。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0 和

41、定時(shí)器1，而定時(shí)器2是89C52 系列芯片才有的。 波特率在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn)9600 會(huì)被誤認(rèn)為每秒種可以傳送9600個(gè)字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送9600 個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要8 個(gè)二進(jìn)位，如用串口模式1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個(gè)二進(jìn)位，9600 波特率用模式1 傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600÷10960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/

42、12，以一個(gè)12M 的晶振來計(jì)算，那么它的波特率可以達(dá)到1M。模式2 的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于PCON 寄存器中的SMOD位，如SMOD 為0，波特率為focs/64,SMOD 為1，波特率為focs/32。模式1 和模式3 的波特率是可變的，取決于定時(shí)器1 或2（52 芯片）的溢出速率。那么我們?cè)趺慈ビ?jì)算這兩個(gè)模式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計(jì)算。 波特率（2SMOD÷32）×定時(shí)器1 溢出速率 上式中如設(shè)置了PCON 寄存器中的SMOD 位為1 時(shí)就可以把波特率提升2 倍。通常會(huì)使用定時(shí)器1 工作在定

43、時(shí)器工作模式2 下，這時(shí)定時(shí)值中的TL1 做為計(jì)數(shù)，TH1 做為自動(dòng)重裝值 ，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后，TH1 的值會(huì)自動(dòng)裝載到TL1，再次開始計(jì)數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時(shí)更準(zhǔn)確。在這個(gè)定時(shí)模式2 下定時(shí)器1 溢出速率的計(jì)算公式如下： 溢出速率（計(jì)數(shù)速率）/(256TH1) 上式中的“計(jì)數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng)后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周期，所以可以得知51 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個(gè)12M 的晶振用在51 芯片上，那么51 的計(jì)數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M 晶體

44、是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無誤差的波特率，那么為何呢？計(jì)算一下就知道了。如我們要得到9600 的波特率，晶振為11.0592M 和12M，定時(shí)器1 為模式2，SMOD 設(shè)為1，分別看看那所要求的TH1 為何值。代入公式： 11.0592M 9600(2÷32)×(11.0592M/12)/(256-TH1) TH1250 12M 9600(2÷32)×(12M/12)/(256-TH1) TH1249.49 上面的計(jì)算可以看出使用12M 晶體的時(shí)候計(jì)算出來的TH1 不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會(huì)有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600 波特率。當(dāng)然一

45、定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。第五章  控制系統(tǒng)原理51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)控制的晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)控制部分主要由AT89C51系列單片機(jī)、同步信號(hào)檢測(cè)電路、觸發(fā)脈沖發(fā)生電路、4×4輸入鍵盤、LED顯示電路部分組成，如下圖所示，單片機(jī)通過檢測(cè)電路獲知同步信號(hào)，依據(jù)所要控制的三相全控整流電路要求，通過編程實(shí)現(xiàn)預(yù)定的程序流程，在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)通過單片機(jī)I/O端輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)。 （系統(tǒng)原理框圖）52 觸發(fā)器硬件組成 圖1給出單片機(jī)控制的移相觸發(fā)

46、脈沖控制系統(tǒng)硬件電路圖。單片機(jī)選用AT89C51，共有40個(gè)引腳，8KB內(nèi)存。同步信號(hào)的輸入經(jīng)電阻R1，R1起到限流和保護(hù)的作用，正弦同步信號(hào)經(jīng)VD1和VD2兩個(gè)限制比較器輸入電壓的箝位二極管削波后，送入比較器LM339的輸入端，LM339輸出為180°與電源相位相同的方波。同步檢測(cè)信號(hào)發(fā)生正跳變時(shí)，由于AT89C51采用低電平為有效觸發(fā)方式，所以信號(hào)經(jīng)反相器反相以中斷方式向單片機(jī)的INT0(引腳12)提供同步指令，從表面上看好像是外部中斷信號(hào)輸入，實(shí)際上是要量脈沖的寬度，這決定于信號(hào)到來的時(shí)間。使用該比較電路，無論輸入的同步電壓信號(hào)高還是低，LM339的輸出信號(hào)都能較準(zhǔn)確的反映同步

47、輸入信號(hào)的過零點(diǎn)，R2和C3對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，以避免輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。由于AT89C51為CMOS 8位單片機(jī)，所以該觸發(fā)器內(nèi)部均為8位數(shù)字量計(jì)算，其觸發(fā)延遲角范圍為0°180°，控制精度為07，雖然控制精度受到內(nèi)部運(yùn)算位數(shù)的限制，但足以滿足一般控制要求。（圖1 ） 由于AT89C51控制的為阻感性負(fù)載其移相范圍0°90°53 移相觸發(fā)脈沖的控制原理 相位控制要求以變流電路的自然換相點(diǎn)為基準(zhǔn)，經(jīng)過一定的相位延遲后，再輸出觸發(fā)信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通。在實(shí)際應(yīng)用中，自然換相點(diǎn)通過同步信號(hào)給出，再按同步電壓過零檢測(cè)的方法在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)同步，并由單片機(jī)控制

48、軟件完成移相計(jì)算，按移相要求輸出觸發(fā)脈沖。 圖2為三相橋式全控整流電路，觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出的時(shí)序也可由單片機(jī)根據(jù)同步信號(hào)電平確定，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到A相同步信號(hào)時(shí)，輸出脈沖時(shí)序通常采用移相觸發(fā)脈沖的方法，即用一個(gè)同步電壓信號(hào)和一個(gè)定時(shí)器完成觸發(fā)脈沖的計(jì)算。這在三相電路對(duì)稱時(shí)是可行的。因?yàn)槿嗤耆珜?duì)稱，各相彼此相差120°，電路每隔60°換流一次，且換流的時(shí)序事先已知。該方法所用單片機(jī)資源少，只需一個(gè)同步信號(hào)，電路比較簡(jiǎn)單，但軟件設(shè)計(jì)工作量稍大圖2 三相橋式全控整流主電路圖因?yàn)橹挥靡粋€(gè)同步輸入信號(hào)，所有晶閘管的觸發(fā)脈沖延遲都以其為基準(zhǔn)。為了保證觸發(fā)脈沖延遲相位的精度，用一個(gè)定時(shí)器測(cè)

49、量同步電壓信號(hào)的周期，并由此計(jì)算出60°和120°電角度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。由于三相橋式全控整流電路的觸發(fā)電路，必須每隔60°觸發(fā)導(dǎo)通一只晶閘管，也就是說，每隔60°時(shí)間必然要輸出一次觸發(fā)脈沖信號(hào)，因此作為基準(zhǔn)的第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)必須調(diào)整到小于60°才能保證觸發(fā)脈沖不遺漏。當(dāng)以A相同步電壓信號(hào)為基準(zhǔn)，單片機(jī)檢測(cè)到A相同步電壓信號(hào)正跳變時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器工作，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)，以后由所計(jì)算出的周期確定每隔60°己時(shí)輸出一次觸發(fā)脈沖，直到單片機(jī)再次檢測(cè)到A相同步信號(hào)的正跳變時(shí)，這個(gè)周期結(jié)束，開始下一個(gè)周期。需要注意，從單片機(jī)檢

50、測(cè)到同步電壓正跳變到輸出第一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)的時(shí)間，必須調(diào)整到小于等于60°電角度時(shí)間，否則會(huì)造成觸發(fā)脈沖的遺漏。第一個(gè)觸發(fā)脈沖相對(duì)于同步信號(hào)正跳變的時(shí)間，可根據(jù)三相橋式全控整流電路的觸發(fā)時(shí)序來調(diào)整，如圖3所示。圖3中1為觸發(fā)延遲角，(2-1)、(4-3)均為觸發(fā)窄脈沖寬度60°，0為同步脈沖信號(hào)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)周期360°；g0表示同步脈沖信號(hào)，gl、g2、g3、g4、g5、g6分別表示VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6觸發(fā)脈沖信號(hào)；其中0表示低電平，1為高電平 圖3 單一同步基準(zhǔn)的雙窄觸發(fā)脈沖時(shí)序第六章    硬件電路主要器件

51、選擇61主要器件的計(jì)算選擇硬件電路器件的選擇都是以選擇的直流電機(jī)的參數(shù)作為基準(zhǔn)計(jì)算選擇，本設(shè)計(jì)控制選擇的直流電機(jī)參數(shù)：型號(hào)：Z333  額定功率：4Kw  額定電壓：220V  額定轉(zhuǎn)速：3000 額定電流：22.5 效率：81 最高轉(zhuǎn)速：3600  轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：0.073611 晶閘管及平波電抗器對(duì)晶閘管和平波電抗器及其他的器件的主要參數(shù)進(jìn)行了解和正確理解各參數(shù)的含義是合理選用元件的基礎(chǔ)。(1) 額定電壓的選擇可控硅型號(hào)上的額定電壓，一般是將正向轉(zhuǎn)折電壓與反向擊穿電壓所對(duì)應(yīng)的正弦半波電壓的最大值各減去100V，并取整數(shù)值作為斷態(tài)復(fù)重峰值電壓UDRM與反向

52、重復(fù)峰值電壓URRM，而把UDRM與URRM，中較小的數(shù)值作為該元件的額定電壓。例如，實(shí)測(cè)正向轉(zhuǎn)折電壓為680V，反向擊穿電壓為730V，各減去100V取整數(shù)，則UDRM=500(v), URRM=600(V)將其中數(shù)值較小者UDRM=500(v)作為該元件型號(hào)上的額定電壓。在選用時(shí)，可控硅實(shí)際工作電壓的峰值應(yīng)低于額定電壓，并要考慮足夠的安全系數(shù)。通常選擇可控硅的額定電壓為實(shí)際工作電壓峰值的2一3倍。例如，當(dāng)可控硅兩端承受220V的交流電壓時(shí)，其峰值電壓為2×220=311(V)，則必須選擇額定電壓大于2×311=622(v)的可控硅。但額定電流的選取可控硅的通態(tài)平均電流是

53、指在符合規(guī)定的散熱條件下，電流為正弦半波時(shí)所允許通過電流的平均值。例如一個(gè)100A的元件，在正弦半波180°導(dǎo)通時(shí)，平均電流允許為100A，此時(shí)的峰值電流將是314A，有效值則是157A。當(dāng)可控硅的導(dǎo)通角小于180°時(shí)，則允許通過的正弦半波電流的平均值應(yīng)相應(yīng)降低。在使用時(shí)，可控硅實(shí)際通過的最大平均電流應(yīng)低于通態(tài)平均電流，并要考慮電流波形的變化而進(jìn)行相應(yīng)的換算，再留有1.5倍到2倍的余量。(2) 控制極觸發(fā)電壓與電流控制極實(shí)測(cè)觸發(fā)電壓不能太小，小了易受干擾造成誤導(dǎo)通;觸發(fā)電壓也不能太高，高了又會(huì)使觸發(fā)困難。正常工作時(shí)的觸發(fā)電壓和電流應(yīng)大于實(shí)測(cè)的參數(shù)UGT與IGT，以保證可靠觸

54、發(fā)，但也不能超過允許的極限值。(3)  平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的直流電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。612  晶閘管的保護(hù)<1> 過電流保護(hù)由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升而可能把PN結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或者開路。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負(fù)載端過載或者短路；某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正常或受干擾，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管承受過電流能力很差，例如一個(gè)100A的晶閘管，它的過電流能力下表所列。這就是說，當(dāng)1

55、00A的晶閘管過電流為400A時(shí)，僅允許持續(xù)0.02s，否則將因過熱而損壞。由此可知，晶閘管允許在短時(shí)間見內(nèi)承受一定的過電流，所以，過電流保護(hù)的作用在于當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過電流切斷，以防止原件損壞。晶閘管的過載時(shí)間和過載倍數(shù)的關(guān)系過載時(shí)間0.02  5s 5min過載倍數(shù) 4 2 1.25晶閘管的過電流的保護(hù)措施有以下幾種：（1） 快速熔斷器普通熔斷絲由于容短時(shí)間長(zhǎng)，用來保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y質(zhì)熔絲，在

56、同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護(hù)的主要措施?？焖偃蹟嗥鞯慕尤敕绞接腥N，其一是快速熔斷器輸出（負(fù)載）端，這種接法對(duì)輸出回路的過載或者短路起保護(hù)作用，但對(duì)原件本身故障引起的過電流不起保護(hù)作用。其二是快速熔斷器與原件串聯(lián)可以對(duì)元件本身的故障進(jìn)行保護(hù)。以上兩種接法一般需要同時(shí)采用。第三種接法是快速熔斷器接在輸入端，這樣可以同時(shí)對(duì)輸出端短路或者元件短路實(shí)現(xiàn)保護(hù)，但是熔斷器熔斷之后，不能立即判斷是什么故障。熔斷器的電流額定應(yīng)該盡量接近實(shí)際工作電流的有效值而不是按所保護(hù)的元件的電流定額（平均值）選取。（2）過電路繼電器在輸出端（直流側(cè)）裝直流過電流繼電器，或是輸入端（交

57、流側(cè)）經(jīng)電流互感器接入靈敏的過電流繼電器，都可在發(fā)生過電流故障時(shí)動(dòng)作，使輸入端的開關(guān)跳閘。這種保護(hù)措施對(duì)過載是有效的，但是在發(fā)生短路故障時(shí)，由于過電流繼電器的動(dòng)作及自動(dòng)開關(guān)的跳閘都需要一定的時(shí)間，如果短路電流比較大，這種保護(hù)方式不是很有效。（3）過流截止保護(hù)利用過電流的信號(hào)將晶閘管的觸發(fā)脈沖移后，使晶閘管的導(dǎo)通角減小或者停止觸發(fā)。<2>  過電壓保護(hù)晶閘管耐受過電壓的的能力極差，當(dāng)電路中電壓超多其反相擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。如果正向電壓超過其轉(zhuǎn)折電壓，則晶閘管誤導(dǎo)通，這種誤導(dǎo)通次數(shù)頻繁時(shí)，導(dǎo)通后通過的電流較大，也可能使原件損壞或使晶閘管的特性下降。因此必須采取措施消除晶閘管上可能出現(xiàn)的過電壓。引起過電壓的主要原因，是因?yàn)殡娐分幸话愣冀佑须姼性Ｔ谇袛嗷蚪油娐窌r(shí)，從一個(gè)元件導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到另一個(gè)元件導(dǎo)通時(shí)，以及熔斷器熔斷時(shí)，電路中的電壓往往都會(huì)超多正常值。有時(shí)雷擊也