基于可控整流電源通用觸發與控制系統研究

中國船舶重工集團公司第七一五研究所 劉雨聰

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基于可控整流電源通用觸發與控制系統研究

中國船舶重工集團公司第七一五研究所 劉雨聰

【摘要】在工業控制領域中，三項晶閘管可控整流電源實現了廣泛應用，而在可控整流電源系統中，核心控制作用的發揮主要是借助觸發器與調節器來實現的。而基于該系統本身較為復雜，且還存在非線性以及時變性的特征，所以要想提升該系統的整體控制效果以滿足大功率工業控制系統所提出的要求，就需要實現對核心控制環節的優化設計。本文針對可控整流電源通同出發與控制系統的優化設計問題進行了探討，以供參考。

【關鍵詞】可控整流電源；通電觸發；控制系統；研究

0　前言

基于可控整流電源系統自身所呈現出的特點下，為了提高控制的最終效果，研究領域將焦點放在了觸發器與調節器上。其中，晶閘管電力變流主要是通過觸發電路來進行控制的，只有提高其運行的可靠性，才能夠確保相應的裝置設備實現高效且穩定運行。而不論是基于分離元件構成的模擬觸發器，還是KJ系統的模擬觸發器，在觸發脈沖問題上一直難以實現完善解決，整體上的抗干擾能力偏弱。因此，為了提高控制系統的性能，本文針對觸發器、調節器以及兼容性問題等進行了探討。

1　通用數字觸發器的設計

1.1設計要求

對于晶閘管電力變流而言，主要是借助觸發電路來實現控制的，因此，這就意味著要確保相應觸發器能夠具備較高的可靠性，以確保相應的電子裝置實現穩定運行，在實際進行設計的過程中所提出的具體要求為：第一，要求在觸發脈沖上要與晶閘管主電路保持一致性，確保二者能夠具備相應的頻率以及相應相位關系也需要固定化，這樣才能夠確?；诿總€周期下，其可在同一個相位上被觸發以實現控制功能；第二，對于觸發脈沖而言，要求相應的功率要相對較大，相應電流以及電壓值要比晶閘管大；第三，對于相應相位的設計而言，則要求能夠在一定的范圍內具備可移動的性能特點；第四，為了確保晶閘管具備良好且穩定的導通性，則就要求出發脈沖在寬度與幅度上要進行優化設計，以支撐這一功能的實現。

1.2硬件電路與軟件電路的具體設計

第一，在硬件電路上。首先，要給予相序與相位問題以充分重視，為了確保發電以及變壓器等能夠實現并網運行，則就需要針對相序問題進行完善解決，為了避免因相序混亂而致使相應的裝置設備在輸出的過程中出現失序問題，確保電動機的正常運行，以保證整體設備設施的安全可靠運行，就需要針對不同相序問題的出現，來明確如何實現信號的同步獲取，進而才能夠確保與電網的同步。其次，針對軟起停以及快停電路的設計而言，需要結合實際情況來實現對電容電阻的合理選擇，進而才能夠明確軟起動與軟停止時間，進而降低對主電路負載的沖擊；而一旦主電路產生了過壓等異?，F象時，則就需要借助快停電路來實現對控制端的調解，將其轉為低電平，以CPLD將輸出脈沖進行封鎖處理。再次，觸發脈沖驅動電路。當輸出脈沖信號時進行導通狀態下，相應變壓器則是脈沖導通的速度加快，進而使得觸發的可靠性得到了保證，同時還能夠急需以脈沖的提供來促使電流的持續且穩定供給，此外借助脈沖鏈的搭建還能夠規避直流磁化問題并降低功率損耗。最后，鎖相環。在鎖相環上，其所呈現出的特點為：在鎖定后，只存在剩余相差而不存在剩余頻差，因此，當輸入基準信號頻率保持不變時，基于鎖相環下的輸出頻率與輸入基準相等，進而在環路增益較高時，基準信號與被控制信號間的相差小，能夠實現同步。與此同時，還存在跟蹤的特性，也就是相應輸出頻率會隨著基準頻率的變化而發生變化。

第二，軟件設計。首先，在相序檢測、缺相檢測以及保護上，所謂的相序指的是基于三項交流電源下，其所出現最大值的先后順序，當相序接錯時，整個裝置的運行就會隨之發生問題，而融入檢測功能能夠實現自動對相；第二，分頻器。主要分為同步與異步兩種，而整體上其存在較大的延遲性，所以在實際應用的過程中一般只能夠滿足小型電路之需。

2　控制系統研究

基于智能控制方法下，可以以相應數學模型的搭建來進行設計，進而滿足調節器設計要求，確保實現自動調節電壓與電流的目的。在實際踐行的過程中，需要針對三項橋式全控整流電路、濾波電路的設計與建模，同時，要針對常見負載特性進行分析，在建模后對所存在的特性進行總結。在此基礎上，針對調節器進行設計，主要需要在實現對快慢相應過程進行識別的基礎上，建立相應的模糊規則表，并落實模糊推理以及反模糊化分析。

在DSP的實現上，針對這一微信處理器所呈現出的結構特點，需要基于哈佛結構下采用專門的硬件乘法器，同時，借助流水線操作以及相應指令的提供來實現各種算法的有效應用。一般將這一芯片氛圍通用與專用兩種類型，本文在研究的過程中，采用的是通用型，有TI公司研發的TMS320LF2407A芯片，所呈現出的具體特點為：其以CMOS技術為核心，基于這一技術所具備的特點下，能夠將供電電壓進行降低，進而也就實現了對功耗的控制。同時采用40MIPS促使在執行指令的過程中其整體周期縮短，相應實時控制能力由此而得到了增強。

在系統電磁兼容設計下，要求這一設計要確保相應電子設備以及系統能夠在兼容性能上滿足規范要求，能夠在預期的電磁環境下實現正常的運行，同時能夠保持原有性能，并且不會產生故障問題；在運行的過程中也不會對其他設備的運行造成影響。而從這一要求中可以看出，將誒絕電磁兼容問題的實質便是實現對電磁干擾問題的有效解決，在實際設計的過程中，主要是要實現對干擾源的有效抑制，以將電磁干擾進行消除或是降至最低，同時，要實現對電磁干擾耦合與輻射的消除，并將其傳播的途徑進行切斷處理；并要針對敏感設備，提升其自身的抗干擾能力，進而才能夠將外界電磁干擾所帶來的影響降至最低。在實際進行設計的過程中，要分別針對系統內部以及系統間來分別實現設計，其中系統間電磁兼容設計的主要內容為：要實現對有用信號的控制，同時還需要實現對人

為干擾與自然干擾的有效控制；而對于系統內部的兼容設計而言，則就需要以PCB設計、器件的選擇以及屏蔽等進行優化設計。

在本文的研究中，主要需要解決的問題是硬件設計以及軟件設計問題，而其中硬件設計中PCB的設計則是整個電子設備搭建的基礎，這就意味著實現PCB電磁兼容性設計能夠為實現整個系統的兼容設計提供保障。

在PCB的設計上，要滿足如下要求：確保各部分電路間并不產生任何干擾，以保證各部分結構能夠實現穩定運行，要將所產生的干擾問題降至最低甚至規避，以確保滿足設計標準之需，保證PCB電路不受到外部電磁等的干擾。在進行單雙層與多層PCB設計的過程中，要結合其差異性進行相應設計方案的制定，而在布線問題上以及設計上所遵循的基本原則是相同的，即要首先定位元器件在板上的位置，在此基礎上針對地線以及電源線等進行具體的布置，然后再針對低速信號線問題進行解決。

3　總結

綜上所述，針對可控整流電源通用觸發與控制系統的設計而言，針對現有模擬觸發器等所呈現出的不足，擬設計出基于CPLD與鎖相環技術下的通用型數字觸發器，并針對相應軟硬件的具體設計進行了分析。在控制系統的搭建上，以相應模型的搭建為基礎，并驗證調節器性能的基礎上，對DSP芯片的設計問題進行了探討。通過該研究設計的實踐表明，這一設計下相應系統的信號處理能力得到了增強，且實時控制性能也隨之被強化，進而就提高了調解的速度與精度，同時針對電磁兼容問題的解決來有效提高了系統的兼容性。

參考文獻

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