中国船舶重工集团公司第七一五研究所 刘雨聪



基于可控整流电源通用触发与控制系统研究

中国船舶重工集团公司第七一五研究所 刘雨聪

【摘要】在工业控制领域中，三项晶闸管可控整流电源实现了广泛应用，而在可控整流电源系统中，核心控制作用的发挥主要是借助触发器与调节器来实现的。而基于该系统本身较为复杂，且还存在非线性以及时变性的特征，所以要想提升该系统的整体控制效果以满足大功率工业控制系统所提出的要求，就需要实现对核心控制环节的优化设计。本文针对可控整流电源通同出发与控制系统的优化设计问题进行了探讨，以供参考。

【关键词】可控整流电源；通电触发；控制系统；研究

0　前言

基于可控整流电源系统自身所呈现出的特点下，为了提高控制的最终效果，研究领域将焦点放在了触发器与调节器上。其中，晶闸管电力变流主要是通过触发电路来进行控制的，只有提高其运行的可靠性，才能够确保相应的装置设备实现高效且稳定运行。而不论是基于分离元件构成的模拟触发器，还是KJ系统的模拟触发器，在触发脉冲问题上一直难以实现完善解决，整体上的抗干扰能力偏弱。因此，为了提高控制系统的性能，本文针对触发器、调节器以及兼容性问题等进行了探讨。

1　通用数字触发器的设计

1.1设计要求

对于晶闸管电力变流而言，主要是借助触发电路来实现控制的，因此，这就意味着要确保相应触发器能够具备较高的可靠性，以确保相应的电子装置实现稳定运行，在实际进行设计的过程中所提出的具体要求为：第一，要求在触发脉冲上要与晶闸管主电路保持一致性，确保二者能够具备相应的频率以及相应相位关系也需要固定化，这样才能够确保基于每个周期下，其可在同一个相位上被触发以实现控制功能；第二，对于触发脉冲而言，要求相应的功率要相对较大，相应电流以及电压值要比晶闸管大；第三，对于相应相位的设计而言，则要求能够在一定的范围内具备可移动的性能特点；第四，为了确保晶闸管具备良好且稳定的导通性，则就要求出发脉冲在宽度与幅度上要进行优化设计，以支撑这一功能的实现。

1.2硬件电路与软件电路的具体设计

第一，在硬件电路上。首先，要给予相序与相位问题以充分重视，为了确保发电以及变压器等能够实现并网运行，则就需要针对相序问题进行完善解决，为了避免因相序混乱而致使相应的装置设备在输出的过程中出现失序问题，确保电动机的正常运行，以保证整体设备设施的安全可靠运行，就需要针对不同相序问题的出现，来明确如何实现信号的同步获取，进而才能够确保与电网的同步。其次，针对软起停以及快停电路的设计而言，需要结合实际情况来实现对电容电阻的合理选择，进而才能够明确软起动与软停止时间，进而降低对主电路负载的冲击；而一旦主电路产生了过压等异常现象时，则就需要借助快停电路来实现对控制端的调解，将其转为低电平，以CPLD将输出脉冲进行封锁处理。再次，触发脉冲驱动电路。当输出脉冲信号时进行导通状态下，相应变压器则是脉冲导通的速度加快，进而使得触发的可靠性得到了保证，同时还能够急需以脉冲的提供来促使电流的持续且稳定供给，此外借助脉冲链的搭建还能够规避直流磁化问题并降低功率损耗。最后，锁相环。在锁相环上，其所呈现出的特点为：在锁定后，只存在剩余相差而不存在剩余频差，因此，当输入基准信号频率保持不变时，基于锁相环下的输出频率与输入基准相等，进而在环路增益较高时，基准信号与被控制信号间的相差小，能够实现同步。与此同时，还存在跟踪的特性，也就是相应输出频率会随着基准频率的变化而发生变化。

第二，软件设计。首先，在相序检测、缺相检测以及保护上，所谓的相序指的是基于三项交流电源下，其所出现最大值的先后顺序，当相序接错时，整个装置的运行就会随之发生问题，而融入检测功能能够实现自动对相；第二，分频器。主要分为同步与异步两种，而整体上其存在较大的延迟性，所以在实际应用的过程中一般只能够满足小型电路之需。

2　控制系统研究

基于智能控制方法下，可以以相应数学模型的搭建来进行设计，进而满足调节器设计要求，确保实现自动调节电压与电流的目的。在实际践行的过程中，需要针对三项桥式全控整流电路、滤波电路的设计与建模，同时，要针对常见负载特性进行分析，在建模后对所存在的特性进行总结。在此基础上，针对调节器进行设计，主要需要在实现对快慢相应过程进行识别的基础上，建立相应的模糊规则表，并落实模糊推理以及反模糊化分析。

在DSP的实现上，针对这一微信处理器所呈现出的结构特点，需要基于哈佛结构下采用专门的硬件乘法器，同时，借助流水线操作以及相应指令的提供来实现各种算法的有效应用。一般将这一芯片氛围通用与专用两种类型，本文在研究的过程中，采用的是通用型，有TI公司研发的TMS320LF2407A芯片，所呈现出的具体特点为：其以CMOS技术为核心，基于这一技术所具备的特点下，能够将供电电压进行降低，进而也就实现了对功耗的控制。同时采用40MIPS促使在执行指令的过程中其整体周期缩短，相应实时控制能力由此而得到了增强。

在系统电磁兼容设计下，要求这一设计要确保相应电子设备以及系统能够在兼容性能上满足规范要求，能够在预期的电磁环境下实现正常的运行，同时能够保持原有性能，并且不会产生故障问题；在运行的过程中也不会对其他设备的运行造成影响。而从这一要求中可以看出，将诶绝电磁兼容问题的实质便是实现对电磁干扰问题的有效解决，在实际设计的过程中，主要是要实现对干扰源的有效抑制，以将电磁干扰进行消除或是降至最低，同时，要实现对电磁干扰耦合与辐射的消除，并将其传播的途径进行切断处理；并要针对敏感设备，提升其自身的抗干扰能力，进而才能够将外界电磁干扰所带来的影响降至最低。在实际进行设计的过程中，要分别针对系统内部以及系统间来分别实现设计，其中系统间电磁兼容设计的主要内容为：要实现对有用信号的控制，同时还需要实现对人

为干扰与自然干扰的有效控制；而对于系统内部的兼容设计而言，则就需要以PCB设计、器件的选择以及屏蔽等进行优化设计。

在本文的研究中，主要需要解决的问题是硬件设计以及软件设计问题，而其中硬件设计中PCB的设计则是整个电子设备搭建的基础，这就意味着实现PCB电磁兼容性设计能够为实现整个系统的兼容设计提供保障。

在PCB的设计上，要满足如下要求：确保各部分电路间并不产生任何干扰，以保证各部分结构能够实现稳定运行，要将所产生的干扰问题降至最低甚至规避，以确保满足设计标准之需，保证PCB电路不受到外部电磁等的干扰。在进行单双层与多层PCB设计的过程中，要结合其差异性进行相应设计方案的制定，而在布线问题上以及设计上所遵循的基本原则是相同的，即要首先定位元器件在板上的位置，在此基础上针对地线以及电源线等进行具体的布置，然后再针对低速信号线问题进行解决。

3　总结

综上所述，针对可控整流电源通用触发与控制系统的设计而言，针对现有模拟触发器等所呈现出的不足，拟设计出基于CPLD与锁相环技术下的通用型数字触发器，并针对相应软硬件的具体设计进行了分析。在控制系统的搭建上，以相应模型的搭建为基础，并验证调节器性能的基础上，对DSP芯片的设计问题进行了探讨。通过该研究设计的实践表明，这一设计下相应系统的信号处理能力得到了增强，且实时控制性能也随之被强化，进而就提高了调解的速度与精度，同时针对电磁兼容问题的解决来有效提高了系统的兼容性。

参考文献

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