电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用

李子华

摘要：随着科学技术的不断发展，电力事业中对于电力电子技术的研究逐渐深入，作为一门新兴产业，电力领域尚未形成完整的体系，对此，本文主要探讨了传统电子触发系统中存在的问题，并分析了电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用，希望能为各项电力电子事业的发展提供帮助，促进我国电力事业的不断进步。

关键词：电力电子技术;单片机触发系统;设计与应用

一、引言

单片机是二十世纪七十年代中期发展起来的大规模集成电路器件，具有体积小、功能强大、价格低廉、面向控制等特点，随着时代的不断发展，单片机在各行各业得到了广泛的应用，在提升经济效益和社会效益上发挥了巨大的作用。电力电子技术是与电子、电器类专业学生有着重要关联的基础性课程，该课程涉及到实验和理论两方面的知识，其中较为重要的是实验方面的教学，良好的实验教学能够帮助学生运用所学知识进行实践操作，帮助学生解决实际生活中的问题，提升学生分析问题、解决问题的能力。过去的电力电子技术实验教学需要是以探索出一种适合现代社会发展要求的电力系统为目的，针对传统电子触发系统的一项研究，但该系统不能满足日益增长的社会需求，因此，如何强化对单片机控制触发系统的深入研究是需要思考的一大问题，解决好该问题对于电力事业稳定发展、促进社会进步有着重要作用。

二、传统电力电子技术实验中存在的问题

（一）单结晶体管移相触发性电路

作为一种较为简单的电路形式，单结晶体管操作过程中的移动范围较小，具有触发脉冲狭窄的特点，在开展相关的实验过程中，很容易出现各种类型的失误，包括了导管之间的连接不够顺畅、导管输出功率比较小、单个结晶体管电容不适应以及移动电位器等，这些问题的存在都会导致实验操作的失败。

（二）正弦波触发性电路

正弦波触发性电路出现负载电流的主要原因是由于脉冲数值变宽，负载电流在连续通过的过程中，其控制性电压数值和直接输出的电压数值会呈现出相关性的变化，该变化会直接影响电压输出数值和电网的情况，导致相关操作人员无法有效控制整个电路的电压变动。

（三）锯齿波触发性电路

锯齿波触发性线路能够更好的保证电网电压波动和波动畸变的正相关关系，因此在使用过程中具有一定的优势，但是其实验操作的条件较为复杂，具体操作过程中存在维修操作困难的问题。

（四）集成化触发电路

同一般电路相比，集成化触发电路在操作过程中受外界电路的影响较大，具有较强的移相线性，无法具备独立进行实验操作的条件。在操作过程中，集成化触发电路需要根据不同的电路类型选择相应的芯片，这会在一定程度上增加实验操作的难度。

三、电力电子技术实验触发系统设计需要满足的要求

首先，输出电路的输出触发脉冲的电压、功率需要满足相关规定，在电力电子实验操作的过程中，晶闸管是电流控制的器件，根据管子门极伏安特分散、触发电压电流随温度变化的特点，想要更好的触发导通需要补足足够的电流，同时为了保证各个器件触点的有效性，所提供的电压和电流需要超过门极触发电压和电流。其次，触发脉冲的前沿和宽度要符合相关规定，为了保证触发器件阳极电流保持导通状态，需要将電阻负载脉冲的宽度控制在20到50之间，电感负载脉冲的宽度也需要超过1ms。最后，需要保证触发脉冲稳定的温度和良好的抗干扰能力，电路受到外界的干扰会导致晶闸管出现误导，为此，在触发脉冲前，工作人员需要采取有效的措施，隔离和屏蔽触发电路，在具体的操作过程中可以根据电路的具体要求设计一种基于单片机的触发控制装置。

四、电力电子技术实验单片触发系统

为了进一步解决传统的触发系统中存在的问题，有关人员设计了一种基于单片机控制的触发装置，该装置能够在保证实验顺利进行的同时简化操作流程，保证实验结果的准确性。

（一）单片机触发系统的优点

用传统的触发系统相比，单片机触发系统对于整体控制的准确性较高，具有运行速度快、触发的不对称度小的特点，为了保证整个电路中可控硅可以顺利的导通信息，可以利用单片机代替晶闸管触发器，过光电耦合器来形成通断并产生脉冲。在实验单片机触发系统运行时，只需要通过计算机就能改变不同的导通角，在短时间内实现电路的有效控制。

（二）单片机触发系统的构成

单片机触发系统主要以单片机的芯片在基础，利用同步脉冲检测器将触发脉冲接入到单片机当中，并通过可控硅接口将脉冲接入到整个电路中。根据目前的电力电子技术，选择不同类型的单片机芯片，大概率会选择自带编程的芯片来进行触发装置的实验，这主要是由于该类型芯片的使用的资料多价格便宜且购买方便，目前，电力电子技术实验单片机触发系统型号为89C2051、89C251芯片，芯片内部拥有可编程Flash存储器，该存储器具备两个I/O口，适用于各个编程系统，在很大程度上降低了整个系统的扩展性和操作复杂性。

（三）单片机触发系统的运行

单片机触发系统主要包括了同步信号检测电路、触发脉冲及驱动电路以及移相控制角三个过程，在检测电路的过程中，为了实现介于触发脉冲的自然换相点要与交流电的电压过零同步，需要由同步脉冲的集成产生脉冲。同时在电路中需要设置两个光耦组成检测的电路，根据电流的实际情况光耦的发光的二极管交替发光，利用同步信号进行电路的检测。在触发脉冲的过程中，不同的脉冲需要由不同的输出接口输出，对此，为了保证光耦合对整个单片机系统和主电路之间实现有效的隔离，需要根据键盘精输出脉冲的组数与类型进行设计，确保输出的脉冲变压器将触发脉冲与主电路的晶闸管触发相匹配。移相控制角是利用键盘人工输入的，一般情况下，移相控制角的大小是根据单片机的输入与输出的变化来调整的。

单片机触发系统的主要原理是同步信号检测电路，交流电流与触发脉冲的换相点会同步运行发展，使得同步脉冲电路产生同步脉冲，在该过程中可以采用光耦小组来检测整个电路的运行。当交流电流方向发生变化时，整个光耦的发光二极管会呈现出交替性发光的情况，光耦三极管会接收到相关的信息，交替呈现出导通的状态，这时，整个三极管集电极A点呈现出一种低电平的状态，在经过“0”点的时候，A点会转变为一种高电平的状态，这个时候信号会被添加到单片机的中间地段。

（四）单片机触发系统的应用

使用单片机触发系统，能够有效简化电路，在该系统中，只需要键盘的输入就能够改变交流电压值，还能够实现远程的实时控制，为模拟数据的采集加工提供技术支持，保证整个电力电子技术实验的有序进行，保障实验成功的几率。

五、结束语

综上所述，电力电子技术实验单片机触发系统的设计和应用能够在简化电路系统中发挥一定的作用，在实际的应用过程中，单片机触发系统能够通过键盘的输入有效改变电压数值，实现对整个系统的远程性操作，为模拟数据加工操作提高关键的技术支持，确保电力电子技术实验有序开展。

参考文献：

[1]郑少亮.电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用[J].电子技术与软件工程，2020（09）：101-102.

[2]黄霞，秦妤，储建文.电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用初探[J].电脑迷，2017（09）：75+134.

[3]黄春耀，王清辉.电力电子技术实验单片机触发系统的设计与应用[J].龙岩学院学报，2008（03）：36-39.