電力電子技術實驗單片機觸發系統的設計與應用

李子華

摘要：隨著科學技術的不斷發展，電力事業中對于電力電子技術的研究逐漸深入，作為一門新興產業，電力領域尚未形成完整的體系，對此，本文主要探討了傳統電子觸發系統中存在的問題，并分析了電力電子技術實驗單片機觸發系統的設計與應用，希望能為各項電力電子事業的發展提供幫助，促進我國電力事業的不斷進步。

關鍵詞：電力電子技術;單片機觸發系統;設計與應用

一、引言

單片機是二十世紀七十年代中期發展起來的大規模集成電路器件，具有體積小、功能強大、價格低廉、面向控制等特點，隨著時代的不斷發展，單片機在各行各業得到了廣泛的應用，在提升經濟效益和社會效益上發揮了巨大的作用。電力電子技術是與電子、電器類專業學生有著重要關聯的基礎性課程，該課程涉及到實驗和理論兩方面的知識，其中較為重要的是實驗方面的教學，良好的實驗教學能夠幫助學生運用所學知識進行實踐操作，幫助學生解決實際生活中的問題，提升學生分析問題、解決問題的能力。過去的電力電子技術實驗教學需要是以探索出一種適合現代社會發展要求的電力系統為目的，針對傳統電子觸發系統的一項研究，但該系統不能滿足日益增長的社會需求，因此，如何強化對單片機控制觸發系統的深入研究是需要思考的一大問題，解決好該問題對于電力事業穩定發展、促進社會進步有著重要作用。

二、傳統電力電子技術實驗中存在的問題

（一）單結晶體管移相觸發性電路

作為一種較為簡單的電路形式，單結晶體管操作過程中的移動范圍較小，具有觸發脈沖狹窄的特點，在開展相關的實驗過程中，很容易出現各種類型的失誤，包括了導管之間的連接不夠順暢、導管輸出功率比較小、單個結晶體管電容不適應以及移動電位器等，這些問題的存在都會導致實驗操作的失敗。

（二）正弦波觸發性電路

正弦波觸發性電路出現負載電流的主要原因是由于脈沖數值變寬，負載電流在連續通過的過程中，其控制性電壓數值和直接輸出的電壓數值會呈現出相關性的變化，該變化會直接影響電壓輸出數值和電網的情況，導致相關操作人員無法有效控制整個電路的電壓變動。

（三）鋸齒波觸發性電路

鋸齒波觸發性線路能夠更好的保證電網電壓波動和波動畸變的正相關關系，因此在使用過程中具有一定的優勢，但是其實驗操作的條件較為復雜，具體操作過程中存在維修操作困難的問題。

（四）集成化觸發電路

同一般電路相比，集成化觸發電路在操作過程中受外界電路的影響較大，具有較強的移相線性，無法具備獨立進行實驗操作的條件。在操作過程中，集成化觸發電路需要根據不同的電路類型選擇相應的芯片，這會在一定程度上增加實驗操作的難度。

三、電力電子技術實驗觸發系統設計需要滿足的要求

首先，輸出電路的輸出觸發脈沖的電壓、功率需要滿足相關規定，在電力電子實驗操作的過程中，晶閘管是電流控制的器件，根據管子門極伏安特分散、觸發電壓電流隨溫度變化的特點，想要更好的觸發導通需要補足足夠的電流，同時為了保證各個器件觸點的有效性，所提供的電壓和電流需要超過門極觸發電壓和電流。其次，觸發脈沖的前沿和寬度要符合相關規定，為了保證觸發器件陽極電流保持導通狀態，需要將電阻負載脈沖的寬度控制在20到50之間，電感負載脈沖的寬度也需要超過1ms。最后，需要保證觸發脈沖穩定的溫度和良好的抗干擾能力，電路受到外界的干擾會導致晶閘管出現誤導，為此，在觸發脈沖前，工作人員需要采取有效的措施，隔離和屏蔽觸發電路，在具體的操作過程中可以根據電路的具體要求設計一種基于單片機的觸發控制裝置。

四、電力電子技術實驗單片觸發系統

為了進一步解決傳統的觸發系統中存在的問題，有關人員設計了一種基于單片機控制的觸發裝置，該裝置能夠在保證實驗順利進行的同時簡化操作流程，保證實驗結果的準確性。

（一）單片機觸發系統的優點

用傳統的觸發系統相比，單片機觸發系統對于整體控制的準確性較高，具有運行速度快、觸發的不對稱度小的特點，為了保證整個電路中可控硅可以順利的導通信息，可以利用單片機代替晶閘管觸發器，過光電耦合器來形成通斷并產生脈沖。在實驗單片機觸發系統運行時，只需要通過計算機就能改變不同的導通角，在短時間內實現電路的有效控制。

（二）單片機觸發系統的構成

單片機觸發系統主要以單片機的芯片在基礎，利用同步脈沖檢測器將觸發脈沖接入到單片機當中，并通過可控硅接口將脈沖接入到整個電路中。根據目前的電力電子技術，選擇不同類型的單片機芯片，大概率會選擇自帶編程的芯片來進行觸發裝置的實驗，這主要是由于該類型芯片的使用的資料多價格便宜且購買方便，目前，電力電子技術實驗單片機觸發系統型號為89C2051、89C251芯片，芯片內部擁有可編程Flash存儲器，該存儲器具備兩個I/O口，適用于各個編程系統，在很大程度上降低了整個系統的擴展性和操作復雜性。

（三）單片機觸發系統的運行

單片機觸發系統主要包括了同步信號檢測電路、觸發脈沖及驅動電路以及移相控制角三個過程，在檢測電路的過程中，為了實現介于觸發脈沖的自然換相點要與交流電的電壓過零同步，需要由同步脈沖的集成產生脈沖。同時在電路中需要設置兩個光耦組成檢測的電路，根據電流的實際情況光耦的發光的二極管交替發光，利用同步信號進行電路的檢測。在觸發脈沖的過程中，不同的脈沖需要由不同的輸出接口輸出，對此，為了保證光耦合對整個單片機系統和主電路之間實現有效的隔離，需要根據鍵盤精輸出脈沖的組數與類型進行設計，確保輸出的脈沖變壓器將觸發脈沖與主電路的晶閘管觸發相匹配。移相控制角是利用鍵盤人工輸入的，一般情況下，移相控制角的大小是根據單片機的輸入與輸出的變化來調整的。

單片機觸發系統的主要原理是同步信號檢測電路，交流電流與觸發脈沖的換相點會同步運行發展，使得同步脈沖電路產生同步脈沖，在該過程中可以采用光耦小組來檢測整個電路的運行。當交流電流方向發生變化時，整個光耦的發光二極管會呈現出交替性發光的情況，光耦三極管會接收到相關的信息，交替呈現出導通的狀態，這時，整個三極管集電極A點呈現出一種低電平的狀態，在經過“0”點的時候，A點會轉變為一種高電平的狀態，這個時候信號會被添加到單片機的中間地段。

（四）單片機觸發系統的應用

使用單片機觸發系統，能夠有效簡化電路，在該系統中，只需要鍵盤的輸入就能夠改變交流電壓值，還能夠實現遠程的實時控制，為模擬數據的采集加工提供技術支持，保證整個電力電子技術實驗的有序進行，保障實驗成功的幾率。

五、結束語

綜上所述，電力電子技術實驗單片機觸發系統的設計和應用能夠在簡化電路系統中發揮一定的作用，在實際的應用過程中，單片機觸發系統能夠通過鍵盤的輸入有效改變電壓數值，實現對整個系統的遠程性操作，為模擬數據加工操作提高關鍵的技術支持，確保電力電子技術實驗有序開展。

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