鄭少亮

（神華國能天津大港發(fā)電廠有限公司 天津市 300272）

單片機(jī)是在上個世紀(jì)七十年代中期發(fā)展起來的一種功能強(qiáng)大、體積小、面向控制、價格低廉的大規(guī)模集成電路器件。隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步發(fā)展，單片機(jī)在我國社會生活中的多個領(lǐng)域均得到了應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，特別是在智能化儀器設(shè)備、產(chǎn)品自動化設(shè)備、分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

電力電子技術(shù)是電子、電氣類和關(guān)聯(lián)專業(yè)學(xué)生的重要基礎(chǔ)課程，該課程的學(xué)習(xí)涉及到理論和實驗兩種類型的知識，特別是通過實驗教學(xué)能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識來指導(dǎo)實踐操作，解決實際生活中的問題，并得到相應(yīng)的結(jié)論，并在問題解決的過程中培養(yǎng)自己分析問題、解決問題的能力。在以往，電力電子技術(shù)實驗教學(xué)主要是對傳統(tǒng)電子觸發(fā)系統(tǒng)的一種研究，目的是積極探索出一種適合現(xiàn)代社會發(fā)展要求的電力系統(tǒng)。但是這種系統(tǒng)日漸不符合時代發(fā)展需要，因而怎樣強(qiáng)化對單片機(jī)控制觸發(fā)系統(tǒng)的深入研究成為保證電力事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)社會進(jìn)步的關(guān)鍵。

1 文章所研究機(jī)床單片機(jī)控制概述

文章所研究的機(jī)床采取的是矩陣電氣控制模式，接線操作十分復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性和安全性較差，在使用的過程中容易出現(xiàn)各種線路問題。應(yīng)用單片機(jī)代替電氣矩陣模板進(jìn)行控制不僅接線操作簡單，而且編程簡單、方便、可靠性強(qiáng)。結(jié)合機(jī)床設(shè)計要求，需要采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，借助單片機(jī)的柔性控制四個基礎(chǔ)，開展液壓試驗，完成節(jié)流調(diào)速控制、增速回路控制、減壓回路控制。

單片機(jī)是微型計算機(jī)的簡稱，它的結(jié)構(gòu)和功能完全符合工業(yè)控制的基本要求，可以被人們精準(zhǔn)的稱作是單片機(jī)微控制器。在使用的時候單片機(jī)會將微型計算機(jī)的各個功能零部件，比如中央處理器、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、I/O 接口、計數(shù)器等連接在一個芯片上，由此打造一個完整的微型計算機(jī)。

單片機(jī)在是使用的時候具備價格低廉、消耗低、重量輕、控制功能強(qiáng)大等方面的優(yōu)勢特點(diǎn)，在社會生活的很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用空間和前景。單片機(jī)的常用系統(tǒng)包含以下幾種：第一，控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)打造成各個工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集整理系統(tǒng)，常見的應(yīng)用領(lǐng)域包含溫室人工氣候控制、水閘自動化控制、電鍍生產(chǎn)控制、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制、車輛檢測控制等。第二，智能儀表。智能儀表的打造充分應(yīng)用了單片機(jī)的測量系統(tǒng)、溫度儀表，在以往儀表設(shè)備的基礎(chǔ)上朝著智能化、柔性化的方向發(fā)展。第三，機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品主要是指將單片機(jī)和以往的機(jī)械產(chǎn)品融合在一起使用，實現(xiàn)對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的智能化控制。

2 電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)

2.1 單片機(jī)觸發(fā)試驗裝置的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

在具體試驗操作的時候單片機(jī)觸發(fā)裝置對于整個系統(tǒng)的操作控制精準(zhǔn)度有著較高的要求，觸發(fā)的不對稱度下，整個單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度會加快，在這個過程中會充分發(fā)揮出整個單片機(jī)出觸發(fā)系統(tǒng) 數(shù)字化優(yōu)勢。在操作的時候通過使用單片機(jī)替代晶閘管觸發(fā)器，并在光電耦合器的作用下會形成通斷脈沖，從而確保整個電路操作系統(tǒng)中可控硅能夠順利的導(dǎo)通數(shù)據(jù)信息。

2.2 單片機(jī)觸發(fā)試驗裝置的基本構(gòu)成

單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)芯片為主導(dǎo)力量，同步脈沖檢測器在使用的時候會將觸發(fā)脈沖接入到規(guī)定好的單片機(jī)系統(tǒng)中，之后通過可控硅的接口來將脈沖接通到整個電路系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸出脈沖變壓器將觸發(fā)脈沖和單片機(jī)系統(tǒng)主要電路的晶閘管觸發(fā)相匹配。

2.3 單片機(jī)觸發(fā)裝置的日常運(yùn)行

2.3.1 同步信號檢測電路

觸發(fā)脈沖的自然換相點(diǎn)藥和交流電的電壓保持在過零同步的狀態(tài)，由此脈沖要由同步脈沖的集成產(chǎn)生。在整個電路系統(tǒng)中往往需要設(shè)置兩個由光耦組成的檢測電路，結(jié)合電路中電流基本走向光耦的發(fā)光機(jī)制，通過二極管進(jìn)行發(fā)光，并確保在三極管發(fā)光狀態(tài)達(dá)到最高數(shù)值的時候信號會被引入到單片機(jī)中，之后在三極管發(fā)射極達(dá)到最高數(shù)值的時候?qū)⑿盘栆氲絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，使用同步信號完成對系統(tǒng)電路的檢測。

2.3.2 觸發(fā)脈沖和驅(qū)動電路

不同脈沖會通過脈沖的輸出接口輸出，之后根據(jù)鍵盤的基本情況精準(zhǔn)輸出脈沖的組數(shù)和基本類型，在這個過程中確保光耦合對整個單片機(jī)系統(tǒng)、主電路之間的有效隔離，在隔離操作完成之后借助輸出脈沖變壓器來將觸發(fā)性脈沖和主要電路的晶閘管觸發(fā)有效匹配在一起。

3 以往電力電子技術(shù)實驗觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計存在的問題

3.1 單結(jié)晶體管移相觸發(fā)性電路

單結(jié)晶體管發(fā)出的是一種比較簡單的電路形式，但是在使用操作的時候具有移動范圍小、觸發(fā)脈沖狹窄的特點(diǎn)，學(xué)生在開展有關(guān)試驗操作的時候容易出現(xiàn)各種類型的失誤問題，比如導(dǎo)管輸出功率比較小、導(dǎo)管之間的連接不夠順暢、移動電位器和單個結(jié)晶體管電容不適應(yīng)等。在出現(xiàn)這些問題之后會直接導(dǎo)致最終實驗操作的失敗。

3.2 正弦波觸發(fā)性電路

正弦波觸發(fā)性電路脈沖數(shù)值變寬主要表現(xiàn)為負(fù)載電流，負(fù)載電流在連續(xù)性通過時直接輸出的電壓數(shù)值會和控制性電壓數(shù)值呈現(xiàn)出一種相關(guān)性的變化，在變化之后會直接影響輸出電壓數(shù)值和電網(wǎng)的波動，也就使得相關(guān)操作人員無法有效控制整個電路的電壓變動。

3.3 鋸齒波觸發(fā)性電路

鋸齒波觸發(fā)性線路在使用的過程中具有明顯的優(yōu)勢作用，突出表現(xiàn)為能夠更好的保證電網(wǎng)電壓波動和波動畸變的正相關(guān)關(guān)系。但是在具體操作的時候往往具備維修操作困難的問題，且實驗操作條件比較復(fù)雜。

3.4 集成化觸發(fā)電路

集成化觸發(fā)電路和一般線路相比具有較強(qiáng)的移相線性，但是在具體應(yīng)用操作的時候深受外界電路的影響，無法進(jìn)行獨(dú)立性的實驗操作。同時，在具體操作的過程中集成化觸電往往會根據(jù)不同的電路類型來更換和調(diào)整芯片，也會在無形中加大整個實驗操作的難度。

圖1：電力電子技術(shù)電路的硬件結(jié)構(gòu)

4 新時期電力電子技術(shù)實驗觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計需要滿足的要求

4.1 輸出電路的輸出觸發(fā)脈沖的電壓、功率需要符合規(guī)定的要求

電力電子實驗操作所應(yīng)用的晶閘管是由電流控制的器件，基于管子門極伏安特分散、觸發(fā)電壓電流隨溫度變化的特點(diǎn)，因而，在控制器件門極中只有補(bǔ)充足夠的電流才能夠更好的觸發(fā)導(dǎo)通。另外，為了能夠確保各個器件觸點(diǎn)的可靠性，觸發(fā)電路所提供的電壓和電流需要超過門極觸發(fā)電壓和電流。

4.2 觸發(fā)脈沖的前沿和寬度要滿足相關(guān)要求

為了確保在觸發(fā)器件陽極電流能夠維持導(dǎo)通，電阻負(fù)載脈沖的寬度需要設(shè)定在20 到50 之間，電感負(fù)載脈沖的寬度也需要超過

1ms。

4.3 觸發(fā)脈沖需要符合相關(guān)要求

觸發(fā)脈沖操作需要和晶閘管的陽極電壓保持在同步的狀態(tài)下，同時還需要和電源波形維持在一種固定的相位關(guān)系。

4.4 觸發(fā)脈沖要具備良好的抗干擾性能和穩(wěn)定的溫度

晶閘管出現(xiàn)誤導(dǎo)一般是由于電路受到外界的干擾。為此，在觸發(fā)脈沖的時候需要相關(guān)人員采取有效的措施對觸發(fā)電路進(jìn)行必要的隔離和屏蔽。在具體操作的時候根據(jù)晶閘管對觸發(fā)電路操作提出的要求可以設(shè)計出一種基于單片機(jī)的觸發(fā)控制裝置。

5 電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

5.1 系統(tǒng)組成

電力電子技術(shù)電路組成具體包含單片機(jī)芯片、同步脈沖檢測、觸發(fā)脈沖輸出、可控硅接口電路等，具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。整個電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)由芯片來作為主導(dǎo)力量，同步脈沖檢測器會將觸發(fā)性的脈沖添加到整個單片機(jī)系統(tǒng)中，從而通過可控硅接口來將脈沖輸入到相應(yīng)的電路中。整個單片機(jī)觸發(fā)裝置對整個系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性較高，且觸發(fā)操作的不對稱度較小，運(yùn)行速度快，在操作的時候能夠有效發(fā)揮出數(shù)字化的應(yīng)用優(yōu)勢。借助單片機(jī)來代替閘管觸發(fā)器，之后借助光電耦合器會打造出通電脈沖，從而確保整個線路運(yùn)行能夠順利導(dǎo)通信息，在短時間運(yùn)行的過程中實現(xiàn)對電路的控制。

5.2 器件的選擇

電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)型號為89C2051,89C251 芯片內(nèi)部擁有可編程Flash 存儲器，芯片的使用資料類型和數(shù)量較多，且價格低廉、方便購買。芯片內(nèi)部的存儲器適用于各個編程系統(tǒng)，在具體操作的時候具備兩個I/O 口，在具體操作的時候借助這個端口能夠更好的滿足觸發(fā)脈沖輸出和多個實驗操作的要求，從而在最大限度上減少整個系統(tǒng)的擴(kuò)展性和操作復(fù)雜性。

5.3 電路操作原理

5.3.1 同步信號檢測電路

觸發(fā)脈沖的換相點(diǎn)會和交流電流同步運(yùn)行發(fā)展，為此，同步脈沖電路一般會產(chǎn)生同步脈沖。為此，在具體操作的時候可以應(yīng)用兩個光耦小組來檢測整個電路的運(yùn)行。在交流電流方向發(fā)生變化的時候整個光耦的發(fā)光二極管會呈現(xiàn)出交替性發(fā)光的現(xiàn)象。光耦三極管會接收到發(fā)光二極管發(fā)射的信息，交替呈現(xiàn)出導(dǎo)通的狀態(tài)，在這樣狀態(tài)下整個三極管集電極A點(diǎn)呈現(xiàn)出一種低電平的狀態(tài)，在經(jīng)過“0”點(diǎn)的時候，A 點(diǎn)會轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N高電平的狀態(tài)，這個時候信號會被添加到單片機(jī)的中間地段。

5.3.2 觸發(fā)性脈沖的輸出和驅(qū)動電路

整個觸發(fā)脈沖輸出和驅(qū)動電路由光耦和脈沖變壓器電路共同組成，輸出的脈沖組數(shù)和脈沖類型通過鍵盤深受需求的影響，光耦合對單片機(jī)系統(tǒng)和整流電路會起到十分重要的隔離作用，且輸出脈沖變壓器能夠充分滿足觸發(fā)脈沖和主電路中晶閘管的觸發(fā)需求。

5.4 移相控制角

移相控制角主要是指通過鍵盤的人工輸入信息來自動化的控制單片機(jī)的輸出和輸入信息變化，最終根據(jù)需要來更好的控制角的大小。在具體操作的時候需要通過鍵盤來判定整個系統(tǒng)的脈沖。

6 電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)實驗效果分析

6.1 提升電力電子技術(shù)實驗觸發(fā)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性

電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)在使用的時呈現(xiàn)較高的精準(zhǔn)性，在具體應(yīng)用的時候還能夠形成多種類型的電力電子實驗觸發(fā)性系統(tǒng)。單片機(jī)的不同延時功能能夠支撐完成各種實驗。在實驗操作的過程中通過該系統(tǒng) 能夠讓學(xué)生更加直觀的了解電力電子移相內(nèi)容，并在這個過程中掌握更多的知識，提示實驗操作的安全性和有效性。

6.2 對電力電子技術(shù)實驗觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展

整個電力電子技術(shù)實驗觸發(fā)系統(tǒng)裝置在運(yùn)行的時候能夠?qū)崿F(xiàn)對可控硅控制，在操作時簡化整個電路的安全性和復(fù)雜性。電力電子技術(shù)實驗觸發(fā)系統(tǒng)在運(yùn)行之后應(yīng)用了交流調(diào)壓電路，在操作的時候能夠輸出所需要的交流電壓數(shù)值，并通過單片機(jī)來控制可控硅，通過一系列控制操作最終得到所需要的電壓數(shù)值。同時，整個操作系統(tǒng)在應(yīng)用的時候還能夠進(jìn)一步擴(kuò)展成為一個交流軟開關(guān)，為計算機(jī)控制模擬電路和遠(yuǎn)程控制較大功率的電路信息提供重要支持。

7 結(jié)束語

綜上所述，電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的打造能夠在一定程度上簡化電路系統(tǒng)，降低系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性。在單片機(jī)出發(fā)系統(tǒng)中的變量通過鍵盤的輸入能夠有效改變電壓數(shù)值。另外，通過對單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)置還能夠?qū)崿F(xiàn)對整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程性操作，從而為模擬數(shù)據(jù)加工操作提供重要技術(shù)支持。將單片機(jī)應(yīng)用在電力電子技術(shù)實驗單片機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)中則是能夠在以往的基礎(chǔ)上更好的控制單片機(jī)系統(tǒng)，確保電力電子技術(shù)實驗有序開展。