佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 侯進(jìn)旺

基于STC89C52單片機(jī)應(yīng)用于矩陣整流器應(yīng)用的研究

佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 侯進(jìn)旺

【摘要】作為用電設(shè)備與電網(wǎng)的接口，整流裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活的方方面面。本文提出了一種全新的基于STC89C52控制的矩陣整流器。矩陣整流器是由三相AC-AC矩陣變換器演變而來(lái)的。通過(guò)單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)空間矢量調(diào)制算法，使矩陣式整流器直流輸出電壓穩(wěn)定，削弱外參數(shù)對(duì)其工作的不良影響。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；矩陣變換器；整流；STC89C52

0、引言

隨著電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量要求的日益增高，傳統(tǒng)的電力整流變換裝置已經(jīng)愈發(fā)不能滿足要求。傳統(tǒng)的不可控整流以及相控整流裝置除了會(huì)消耗大量的無(wú)功功率以外，還會(huì)給電網(wǎng)注入大量的諧波電流，對(duì)電網(wǎng)造成極大的影響。矩陣整流器是由三相AC-AC矩陣變換器演變而來(lái)的新型電力變換裝置，它具有能量雙向流動(dòng)、四象限工作，實(shí)現(xiàn)正弦電流輸入等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。并且矩陣整流器電網(wǎng)諧波污染等重大關(guān)鍵問題，已經(jīng)成為學(xué)者們研究的焦點(diǎn)［1-2］

然后如何控制矩陣整流器正常工作，使其安全、正常、穩(wěn)定的工作，是制約矩陣整流器在當(dāng)今工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的一道屏障。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。應(yīng)用STC89C52與矩陣整流器的控制中，可以有效的控制雙向開關(guān)IGBT按所期望的規(guī)律開通以及斷開。

1、矩陣整流器及空間矢量調(diào)制

矩陣整流器的拓?fù)淙鐖D1.1所示，由三相交流電源ua、ub、uc，LC輸入濾波器，六個(gè)雙向開關(guān)S11～S23，LC輸出濾波器，負(fù)載RL，五部分組成。

通過(guò)STC89C52給六個(gè)雙向開關(guān)脈沖信號(hào)，控制六個(gè)雙向開關(guān)滿足條件的情況下工作，因此矩陣整流器有9中開關(guān)狀態(tài)。這9個(gè)開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于6個(gè)有效電流矢量I1～ I6以及3個(gè)零矢量I7～I(xiàn)9。其中，電流矢量分布如圖1.1所示。如果所示六個(gè)電流矢量把空間等分為6個(gè)扇區(qū)。矩陣整流器輸入空間目標(biāo)矢量Iref由有效電流矢量合成，合成圖如1.2所示。

圖1.1 電流矢量分布圖

圖1.2 目標(biāo)電流矢量合成圖

在系統(tǒng)的一個(gè)控制周期內(nèi)，兩個(gè)有效電流矢量及一個(gè)零電流矢量的占空比為：

2、STC89C51單片機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)是整流裝置的核心。作為主控制芯片，STC89C52單片機(jī)必須能對(duì)三相電壓源的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，由于單片機(jī)的I/O口只能接收3.3V的電壓，所以必須經(jīng)過(guò)調(diào)理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行抬升以及等比例縮小的流程［4］。通過(guò)STC89C52對(duì)占空比進(jìn)行計(jì)算，得出對(duì)應(yīng)雙向開關(guān)的作用時(shí)間，通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)電路，給對(duì)應(yīng)的雙向開關(guān)的門極予以脈沖驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)整流器的調(diào)制算法。并且為了提高本控制系統(tǒng)的實(shí)用性，增加了指示電路，對(duì)整流器的直流電壓輸出值已經(jīng)功率因數(shù)實(shí)時(shí)更新。

3、STC89C51單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)整流器正常工作，即STC89C51單片機(jī)要完成對(duì)脈沖信號(hào)的輸出。單片機(jī)在定時(shí)器T0每次中斷到來(lái)以后，都啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，把三相輸入電壓的數(shù)值實(shí)時(shí)送進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，通過(guò)3s/2r計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的扇區(qū)，并且計(jì)算得出作用于每個(gè)雙向開關(guān)的作用時(shí)間，從而完成一個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)。

4、總結(jié)

矩陣整流器作為一種新型AC-DC的電力變換器，已經(jīng)廣泛受到電力電子領(lǐng)域?qū)W者們的關(guān)注。本文采用STC89C51單片機(jī)作為控制單元，采用空間矢量調(diào)制算法，控制矩陣整流器正常工作，并且可以有效的控制輸出電壓的調(diào)制范圍，符合現(xiàn)代用電的需求。

參考文獻(xiàn)

［1］楊喜軍，王建全，張巒國(guó)，楊興華.矩陣整流器電流SVM算法的仿真分析［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19（5）∶1072-1077.

［2］徐壯，殷冠賢，徐殿國(guó).車用新型AC-DC矩陣式變換器［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26（8）∶64-70.

［3］劉曉.AC-DC矩陣變換器調(diào)制與控制策略的研究［D］.濟(jì)南∶山東大學(xué)，2014.

［4］胡三影.儲(chǔ)能用矩陣式AC/DC變換器的控制［D］.武漢∶華中科技大學(xué)，2013.