CN104410293A - 基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，对相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号进行采样周期为T的定时中断采样；通过滞环环节和设置的滞环值进行滞环过零比较得到对应的三个过零信号；通过延时补偿环节得到相位超前自然换相点60°的同步触发的延时过零信号；根据延时过零信号得到驱动6路晶闸管触发脉冲发波的初始时刻和序号；从触发脉冲发波的初始时刻开始根据设置的触发脉冲次数N进行周期为T的N次触发脉冲发送处理。针对现有数字型晶闸管触发器的缺陷，本发明能够显著提高系统运行的效率和可靠性，保持直流母线电压的稳定性。

Description

基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法

技术领域

本发明属于整流技术领域，具体涉及一种基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法。

背景技术

晶闸管整流器广泛应用于多种工业场合中，其核心部件触发器主要采用模拟或数字控制技术，相比模拟型触发器而言，数字型触发器实现了平滑起动，可靠性得到了极大的提高。目前多数数字型触发器采用线电压同步信号检测电路得到3路线电压过零信号，通过3个捕获单元得到3路线电压过零信号，然后通过3个定时器比较单元得到6路同步双触发脉冲信号，占用了微处理器(MCU)大量捕获中断、定时中断资源，造成了捕获中断和定时中断产生混淆与嵌套，降低了系统的运行效率和可靠性，采样电路延时、滤波处理，使得发波脉冲精度降低，容易导致晶闸管整流器直流母线电压脉动增加及系统运行可靠性降低等问题。此外，采用双触发脉冲信号在负载扰动时导致直流母线电压脉动，重载时导致直流母线电压偏低影响负载的运行特性，通过多脉冲触发方式可根据晶闸管两端实际电压差进行实时调节，从而保持直流母线电压的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有数字型晶闸管触发器的缺陷提供一种基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，能够显著提高系统运行的效率和可靠性，保持直流母线电压的稳定性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、对相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号U_AB、U_BC、U_CA进行采样周期为T的定时中断采样；

步骤2、通过滞环环节和设置的滞环值ΔU进行滞环过零比较得到对应的三个过零信号ZERO_AB、ZERO_BC、ZERO_CA；

步骤3、通过延时补偿环节得到相位超前自然换相点60°的同步触发的延时过零信号DZERO_AB、DZERO_BC、DZERO_CA；

步骤4、根据延时过零信号DZERO_AB、DZERO_BC、DZERO_CA得到驱动6路晶闸管触发脉冲发波的初始时刻和序号；

步骤5、从触发脉冲发波的初始时刻开始根据设置的触发脉冲次数N进行周期为T的N次触发脉冲发送处理。

按上述方案，所述的步骤1具体为：设实际的三相交流电源线电压信号为U'_AB、U'_BC、U'_CA，在采样周期为T＝83.3μs的定时中断中进行采样，得到相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号，且采样电路延时时间Δt₁，即相对于实际的三相交流电源线电压信号U'_AB、U'_BC、U'_CA滞后Δt₁。

按上述方案，所述的步骤2具体为：当U_AB≥ΔU时，ZERO_AB＝1，当U_AB≤(-ΔU)时，ZERO_AB＝0；当U_BC≥ΔU时，ZERO_BC＝1，当U_BC≤(-ΔU)时，ZERO_BC＝0；当U_CA≥ΔU时，ZERO_CA＝1，当U_CA≤(-ΔU)时，ZERO_CA＝0；滤波处理延时时间U_N为三相交流电源的额定电压。

按上述方案，所述的步骤3具体为：根据实际测量的采样电路延时时间Δt₁、滞环环节的滤波处理延时时间Δt₂和设置的延时时间Δt₃通过延时补偿环节进行处理，对于三相交流线电压信号，共有6个自然换相点，相邻自然换相点的时间间隔为则总延时时间当过零信号ZERO_AB发生跳变时，计数变量N_AB在每个采样周期内自增1，当计数变量N_AB增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_AB赋值即DZERO_AB＝ZERO_AB；当过零信号ZERO_BC发生跳变时，计数变量N_BC在每个采样周期内自增1，当计数变量N_BC增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_BC赋值即DZERO_BC＝ZERO_BC；当过零信号ZERO_CA发生跳变时，计数变量N_CA在每个采样周期内自增1，当计数变量N_CA增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_CA赋值即DZERO_CA＝ZERO_CA。

按上述方案，所述的步骤4具体为：定义输入端与A相连接的上桥臂为第一晶闸管VT1，输入端与A相连接的下桥臂为第四晶闸管VT4；输入端与B相连接的上桥臂为第三晶闸管VT3，输入端与B相连接的下桥臂为第六晶闸管VT6；输入端与C相连接的上桥臂为第五晶闸管VT5，输入端与C相连接的下桥臂为第二晶闸管VT2；

当延时过零信号DZERO_AB发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第一过零信号序列组合DZERO₁＝DZERO_AB×4+DZERO_BC×2+DZERO_CA×1，当DZERO₁＝5时，触发第六和第一晶闸管VT6和VT1导通；当DZERO₁＝2时，触发第三和第四晶闸管VT3和VT4导通；

当延时过零信号DZERO_BC发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第二过零信号序列组合DZERO₂＝DZERO_BC×4+DZERO_CA×2+DZERO_AB×1，当DZERO₂＝5时，第二和第三触发晶闸管VT2和VT3导通；当DZERO₂＝2时，第五和第六触发晶闸管VT5和VT6导通；

当延时过零信号DZERO_CA发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第三过零信号序列组合DZERO₃＝DZERO_CA×4+DZERO_AB×2+DZERO_BC×1，当DZERO₃＝5时，第四和第五触发晶闸管VT4和VT5导通；当DZERO₃＝2时，第一和第二触发晶闸管VT1和VT2导通。

按上述方案，所述的步骤5具体为：在每个采样周期内写比较寄存器进行触发脉冲发送，通过计数的方式进行触发脉冲发送次数控制，即计数变量N_F在每个采样周期T＝83.3μs内自增1，当N_F＝N时，进行触发脉冲封锁。

本发明的有益效果为：

1、针对硬件采样电路的延时和滤波处理的延时，可进行有效的补偿。

2、根据设置的延时时间和多脉冲触发的控制方式，可确保在自然换点有触发脉冲生成，有效提高触发脉冲发波精度，在负载发生扰动和重载时，可有效降低直流母线电压的脉动和偏低问题，从而保持整流器输出电压的稳定性。

3、在一个定时中断中完成所有核心程序模块运行，有效降低微处理器(MCU)资源的占用，显著提高系统的运行效率和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的系统框图。

图2为现有多数数字型晶闸管触发器控制方法。

图3为采样电路延时导致实际三相交流电源线电压信号和采样信号对比图。

图4为采样三相交流电源线电压信号滞环环节处理图。

图5为采样三相交流电源线电压信号过零点延时环节处理图。

图6为本发明实施例的基于延时补偿的晶闸管多脉冲晶闸管触发器控制方法。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明作进一步说明。

现有多数数字型晶闸管触发器实现方式如图2所示，和自然换相点对应的交流线电压同步信号为U'_AC、U'_BA、U'_CB且为实际的三相交流电源线电压信号，Δt₁为实际测量的采样电路延时时间，Δt₂为滞环环节滤波处理延时时间，晶闸管的触发脉冲为双触发脉冲信号，从图中可看出，延时时间Δt₁和Δt₂采用此种触发器控制方法是无法达到补偿的，双触发脉冲信号在负载扰动时导致母线电压脉动，重载时导致直流母线电压偏低影响负载的运行特性等问题，此外，过零信号通过3个捕获单元获得，6路同步双触发脉冲信号通过3个定时器比较单元获得，因而占用了微处理器(MCU)大量捕获中断、定时中断资源，造成了捕获中断和定时中断产生混淆与嵌套的缺陷，本发明提供了一种只占用一个定时中断资源完成所有核心程序模块运行，通过延时补偿环节完成对各种延时进行补偿和多脉冲触发器的控制方法，从而能够显著提高系统运行的效率和可靠性，保持直流母线电压的稳定性。

本实施例在以dsPIC30F4011为控制核心的三相晶闸管整流器中得到验证，设三相交流电源的额定电压为U_N，额定频率为f＝50Hz。

图1为本发明实施例的系统框图，它依次包括以下步骤：

步骤1、对相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号U_AB、U_BC、U_CA进行采样周期为T的定时中断采样；

步骤2、通过滞环环节和设置的滞环值ΔU进行滞环过零比较得到对应的三个过零信号ZERO_AB、ZERO_BC、ZERO_CA；

步骤3、通过延时补偿环节得到相位超前自然换相点60°的同步触发的延时过零信号DZERO_AB、DZERO_BC、DZERO_CA；

步骤4、根据延时过零信号DZERO_AB、DZERO_BC、DZERO_CA得到驱动6路晶闸管触发脉冲发波的初始时刻和序号；

步骤5、从触发脉冲发波的初始时刻开始根据设置的触发脉冲次数N进行周期为T的N次触发脉冲发送处理。

所述的步骤1具体为：设实际的三相交流电源线电压信号为U'_AB、U'_BC、U'_CA，在采样周期为T＝83.3μs的定时中断中进行采样，如图3所示，得到相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号，且采样电路延时时间Δt₁，即相对于实际的三相交流电源线电压信号U'_AB、U'_BC、U'_CA滞后Δt₁。

所述的步骤2如图4所示，具体为：当U_AB≥ΔU时，ZERO_AB＝1，当U_AB≤(-ΔU)时，ZERO_AB＝0；当U_BC≥ΔU时，ZERO_BC＝1，当U_BC≤(-ΔU)时，ZERO_BC＝0；当U_CA≥ΔU时，ZERO_CA＝1，当U_CA≤(-ΔU)时，ZERO_CA＝0；滤波处理延时时间U_N为三相交流电源的额定电压。通过在过零点设置滞环比较环节，可有效滤除过零点的采样毛刺干扰信号；延时时间Δt₂通过后续的延时补偿环节加以补偿，从而保持触发脉冲的同步性。

所述的步骤3如图5所示，其中，Δt₁和Δt₂是由于客观存在的延时时间必须加以补偿，而设置的延时时间Δt₃主要是为了保证在实际的自然换相点时刻之前就有触发脉冲生成，可有效降低直流母线电压脉动和重载时直流母线电压偏低问题。具体为：根据实际测量的采样电路延时时间Δt₁、滞环环节的滤波处理延时时间Δt₂和设置的延时时间Δt₃通过延时补偿环节进行处理，对于三相交流线电压信号，共有6个自然换相点，相邻自然换相点的时间间隔为则总延时时间当过零信号ZERO_AB发生跳变时，计数变量N_AB在每个采样周期内自增1，当计数变量N_AB增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_AB赋值即DZERO_AB＝ZERO_AB；当过零信号ZERO_BC发生跳变时，计数变量N_BC在每个采样周期内自增1，当计数变量N_BC增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_BC赋值即DZERO_BC＝ZERO_BC；当过零信号ZERO_CA发生跳变时，计数变量N_CA在每个采样周期内自增1，当计数变量N_CA增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_CA赋值即DZERO_CA＝ZERO_CA。

定义输入端与A相连接的上桥臂为第一晶闸管VT1，输入端与A相连接的下桥臂为第四晶闸管VT4；输入端与B相连接的上桥臂为第三晶闸管VT3，输入端与B相连接的下桥臂为第六晶闸管VT6；输入端与C相连接的上桥臂为第五晶闸管VT5，输入端与C相连接的下桥臂为第二晶闸管VT2；则步骤4如表1所示，具体为：

当延时过零信号DZERO_AB发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第一过零信号序列组合DZERO₁＝DZERO_AB×4+DZERO_BC×2+DZERO_CA×1，当DZERO₁＝5时，触发第六和第一晶闸管VT6和VT1导通；当DZERO₁＝2时，触发第三和第四晶闸管VT3和VT4导通；

当延时过零信号DZERO_BC发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第二过零信号序列组合DZERO₂＝DZERO_BC×4+DZERO_CA×2+DZERO_AB×1，当DZERO₂＝5时，第二和第三触发晶闸管VT2和VT3导通；当DZERO₂＝2时，第五和第六触发晶闸管VT5和VT6导通；

当延时过零信号DZERO_CA发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第三过零信号序列组合DZERO₃＝DZERO_CA×4+DZERO_AB×2+DZERO_BC×1，当DZERO₃＝5时，第四和第五触发晶闸管VT4和VT5导通；当DZERO₃＝2时，第一和第二触发晶闸管VT1和VT2导通。

表1

所述的步骤5如图6所示，具体为：在每个采样周期内写比较寄存器进行触发脉冲发送，通过计数的方式进行触发脉冲发送次数控制，即计数变量N_F在每个采样周期T＝83.3μs内自增1，当N_F＝N时(本实施例中N＝15)，进行触发脉冲封锁。

本发明基于延时补偿的晶闸管触发器控制方法，相对于实际三相交流电源的自然换相点的延时时间Δt₁和Δt₂可有效得到补偿，设置的延时时间Δt₃和15个触发脉冲的发送可有效保证在实际的自然换相点时刻之前就有触发脉冲生成，可有效降低直流母线电压脉动和重载时直流母线电压偏低问题，有效克服了现有多数数字型晶闸管触发器控制方法的缺陷，此外，在一个定时中断中完成三相交流电源线电压信号的采集、滞环环节过零信号的比较、延时补偿环节的处理和多触发脉冲的发送处理，大大节省了微处理器(MCU)捕获中断、定时中断资源占用的问题，避免了捕获中断和定时中断产生混淆与嵌套，显著提高系统运行的效率和可靠性。

以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、对相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号U_AB、U_BC、U_CA进行采样周期为T的定时中断采样；

步骤2、通过滞环环节和设置的滞环值ΔU进行滞环过零比较得到对应的三个过零信号ZERO_AB、ZERO_BC、ZERO_CA；

步骤3、通过延时补偿环节得到相位超前自然换相点60°的同步触发的延时过零信号DZERO_AB、DZERO_BC、DZERO_CA；

步骤4、根据延时过零信号DZERO_AB、DZERO_BC、DZERO_CA得到驱动6路晶闸管触发脉冲发波的初始时刻和序号；

步骤5、从触发脉冲发波的初始时刻开始根据设置的触发脉冲次数N进行周期为T的N次触发脉冲发送处理。

2.根据权利要求1所述的基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：所述的步骤1具体为：设实际的三相交流电源线电压信号为U'_AB、U'_BC、U'_CA，在采样周期为T＝83.3μs的定时中断中进行采样，得到相位超前自然换相点60°的三个交流线电压信号，且采样电路延时时间Δt₁，即相对于实际的三相交流电源线电压信号U'_AB、U'_BC、U'_CA滞后Δt₁。

3.根据权利要求2所述的基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：所述的步骤2具体为：当U_AB≥ΔU时，ZERO_AB＝1，当U_AB≤(-ΔU)时，ZERO_AB＝0；当U_BC≥ΔU时，ZERO_BC＝1，当U_BC≤(-ΔU)时，ZERO_BC＝0；当U_CA≥ΔU时，ZERO_CA＝1，当U_CA≤(-ΔU)时，ZERO_CA＝0；滤波处理延时时间U_N为三相交流电源的额定电压。

4.根据权利要求3所述的基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：所述的步骤3具体为：根据实际测量的采样电路延时时间Δt₁、滞环环节的滤波处理延时时间Δt₂和设置的延时时间Δt₃通过延时补偿环节进行处理，对于三相交流线电压信号，共有6个自然换相点，相邻自然换相点的时间间隔为则总延时时间当过零信号ZERO_AB发生跳变时，计数变量N_AB在每个采样周期内自增1，当计数变量N_AB增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_AB赋值即DZERO_AB＝ZERO_AB；当过零信号ZERO_BC发生跳变时，计数变量N_BC在每个采样周期内自增1，当计数变量N_BC增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_BC赋值即DZERO_BC＝ZERO_BC；当过零信号ZERO_CA发生跳变时，计数变量N_CA在每个采样周期内自增1，当计数变量N_CA增加到Δd/(10⁶T)时，对延时后的过零信号DZERO_CA赋值即DZERO_CA＝ZERO_CA。

5.根据权利要求4所述的基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：所述的步骤4具体为：定义输入端与A相连接的上桥臂为第一晶闸管VT1，输入端与A相连接的下桥臂为第四晶闸管VT4；输入端与B相连接的上桥臂为第三晶闸管VT3，输入端与B相连接的下桥臂为第六晶闸管VT6；输入端与C相连接的上桥臂为第五晶闸管VT5，输入端与C相连接的下桥臂为第二晶闸管VT2；

当延时过零信号DZERO_AB发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第一过零信号序列组合DZERO₁＝DZERO_AB×4+DZERO_BC×2+DZERO_CA×1，当DZERO₁＝5时，触发第六和第一晶闸管VT6和VT1导通；当DZERO₁＝2时，触发第三和第四晶闸管VT3和VT4导通；

当延时过零信号DZERO_BC发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第二过零信号序列组合DZERO₂＝DZERO_BC×4+DZERO_CA×2+DZERO_AB×1，当DZERO₂＝5时，第二和第三触发晶闸管VT2和VT3导通；当DZERO₂＝2时，第五和第六触发晶闸管VT5和VT6导通；

当延时过零信号DZERO_CA发生上升沿变化和下降沿变化时，计算得到第三过零信号序列组合DZERO₃＝DZERO_CA×4+DZERO_AB×2+DZERO_BC×1，当DZERO₃＝5时，第四和第五触发晶闸管VT4和VT5导通；当DZERO₃＝2时，第一和第二触发晶闸管VT1和VT2导通。

6.根据权利要求5所述的基于延时补偿的多脉冲晶闸管触发器控制方法，其特征在于：所述的步骤5具体为：在每个采样周期内写比较寄存器进行触发脉冲发送，通过计数的方式进行触发脉冲发送次数控制，即计数变量N_F在每个采样周期T＝83.3μs内自增1，当N_F＝N时，进行触发脉冲封锁。