CN110365319B - 用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统 - Google Patents

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Abstract

用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，包括反馈采样调理电路，反馈采样调理电路对外接传感器信号进行运算处理后和给定采样调理电路的模拟量输入到数字控制运算单元，数字控制运算单元根据RS232串口通信电路外接的PC机设置的PID参数进行数字PID运算，运算结果传送给触发脉冲形成单元，形成24路输出触发脉冲，经输出隔离驱动电路进行隔离与整形和进一步功率放大后输出，控制主电路中四个相位差为15°的三相全桥整流电路，形成24脉波的直流输出，通过CAN通信电路实现两个触发器实时热备用工作系统。本发明实现晶闸管整流电源触发控制，达到参数设置方便、灵活，输出波形对称度高，降低无功功率，提高功率因数，增加产量等良好效果。

Description

用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统。
背景技术
能源是现代社会前进与发展的物质前提与基础，节能降耗已成为全世界所关注的主题。因此，如何提高电能的利用率具有重大的社会效益与经济效益。电力电子行业广泛采用大功率晶闸管可控整流装置交流变为直流，在这些装置中通过控制晶闸管的导通角及变压器档位来改变输出电压或电流的大小，实现闭环控制及保证控制效率最优。传统的模拟电路控制系统具有电路离散性大，控制精度低，参数调节受限，输出波形对称度低，谐波大等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，综合实现晶闸管整流电源触发控制，达到参数设置方便、灵活，输出波形对称度高，降低无功功率，提高功率因数，增加产量等良好效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，包括反馈采样调理电路2，所述的反馈采样调理电路2对外接传感器9信号进行运算处理后和给定采样调理电路1的模拟量输入到数字控制运算单元6，数字控制运算单元6根据RS232串口通信电路4外接的PC机10设置的PID参数进行数字PID运算，运算结果传送给触发脉冲形成单元7，形成24路输出触发脉冲，经输出隔离驱动电路8进行隔离与整形和进一步功率放大后输出，控制主电路中四个相位差为15°的三相全桥整流电路，形成24脉波的直流输出，通过CAN通信电路5实现两个触发器实时热备用工作系统。
所述的数字控制运算单元6与给定采样调理电路1和反馈采样调理电路2连接，实现模拟量采集及数字PID控制运算。
所述的RS232串口通信电路4与数字控制运算单元6连接，实现和外接PC机10通信功能，通过外接PC机设置PID控制运行参数。
所述的触发脉冲形成单元7与数字控制运算单元6连接，形成24路输出触发脉冲。
所述的隔离驱动单元8与触发脉冲形成单元7连接，对输出脉冲进行隔离、整形和放大后输出，实现晶闸管的可靠触发。
所述的交流过流保护电路3与触发脉冲形成单元7连接，当系统运行中出现交流过流时，输出故障信号，封锁触发脉冲输出。
所述的CAN通信电路与另一套同样的数字控制触发系统连接，实现两套控制系统的实时热备用功能。
本发明的有益效果：
1、本发明提供了用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，其综合实现晶闸管整流电源触发控制，达到参数设置方便、灵活，输出波形对称度高，降低无功功率，提高功率因数，增加产量等良好效果。
2、本发明提供的用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，其通过所述数字控制运算单元，自动调整输出24路触发脉冲的移向角度，达到恒流或恒压控制。
3、本发明提供的用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，其通过所述RS232串口通信电路可和外接PC机进行通信，可通过外接PC机方便、灵活的设置实时运行参数以及对控系统的运行状态进行实时监测。
4、本发明提供的用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，所述触发脉冲形成单元以软件编程的方式完成触发脉冲的分配和移向角度控制，输出的24路控制触发脉冲具有脉冲宽度一直，脉冲对称度高，触发可靠等优点。
5、本发明提供的用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，所述CAN通信电路，提供两个数字控制触发系统的通讯接口，使两个数字控制触发系统之间互相进行实时数据交换与监测，完成实时热备用功能，大大的提高了系统的可靠性和延长了系统的工作寿命。
附图说明
图1为给定采样调理电路原理图。
图2为反馈采样调理电路原理图。
图3为交流过流保护电路的原理图。
图4为RS232串口通信电路的原理图。
图5为CAN通信电路的电路原理图。
图6为数字控制运算单元原理图。
图7为触发脉冲形成单元原理图。
图8为输出隔离、驱动单元的电路原理图。
图9为整体线框示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图9所示，本发明提供用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，包括：反馈采样调理电路2，所述的反馈采样调理电路2对外接传感器9信号进行运算处理后和给定采样调理电路1的模拟量输入到数字控制运算单元6，该单元根据RS232串口通信电路4外接的PC机10设置的PID参数进行数字PID运算，运算结果传送给触发脉冲形成单元7，形成24路输出触发脉冲，经输出隔离驱动电路8进行隔离与整形和进一步功率放大后输出，控制主电路中四个相位差为15°的三相全桥整流电路，形成24脉波的直流输出，可通过CAN通信电路5实现两个触发器实时热备用工作系统。运行中如果出现过流故障，交流过流保护电路3会输出故障信号。
所述的数字控制运算单元6与给定采样调理电路1和反馈采样调理电路2连接，实现模拟量采集及数字PID控制运算。
所述的RS232串口通信电路4与数字控制运算单元6连接，实现和PC机10通信功能，通过PC机设置PID控制运行参数。
所述的触发脉冲形成单元7与数字控制运算单元6连接，形成24路输出触发脉冲。
所述的隔离驱动单元8与触发脉冲形成单元7连接，对输出脉冲进行隔离、整形和放大后输出，实现晶闸管的可靠触发。
所述的交流过流保护电路3与触发脉冲形成单元7连接，当系统运行中出现交流过流时，输出故障信号，封锁触发脉冲输出。
所述的CAN通信电路与另一套同样的数字控制触发系统连接，实现两套控制系统的实时热备用功能。
优选的是，所述给定采样调理电路包括稳压电路，比例运算电路，二极管钳位电路，用于提供所需输出信号的给定值。
优选的是，所述反馈采样调理电路包括霍尔电流传感器的检测信号，比例运算电路，二极管钳位电路，用于提供PID控制运算的反馈信号，所述霍尔电流传感器串联于整流电路输出回路。
优选的是，所述数字控制运算单元完成给定和反馈信号的A/D转换，并根据PC机设置的PID控制参数，以软件编程的方式完成数字PID闭环控制运算。
优选的是，所述RS232串口通信电路包括RS232电平转换电路和通讯指示电路，用于提供数字控制触发系统和PC机的通讯接口，实现通过PC机设置触发系统的运行参数并实时监控触发系统的运行状态。
优选的是，所述触发脉冲形成单元包括同步检测电路和脉冲分配、形成单元，其中所述同步检测电路的输入连接到整流主电路三相输入端，脉冲分配、形成单元根据同步检测信号和数字控制运算单元的PID运算结果以软件编程的方式完成触发脉冲的分配和移向角度控制，输出24路控制触发脉冲。
优选的是，所述隔离、驱动后输出的脉冲控制四个相位差为15°的三相全桥整流电路，输出24脉波直流电压信号。
优选的是，所述CAN通信电路包括RS485电平转换电路和通讯指示电路，用于提供两个数字控制触发系统的通讯接口，使两个数字控制触发系统之间互相进行实时数据交换与监测，完成实时热备用功能。
如附图1所示，在所述给定采样调理电路1中，外接电位器P6输出电压0～10V可调，经过两级比例运算，最终调理为DSP可接受的0～2.5V电压，输入到DSP的A/D输入端口。DSP通过自身集成的A/D转换模块完成模拟量到数字量的转换，实现给定信号的采集。图中VD3、VD4为钳位二极管，用来限制输入电压，使其在0～3.3V之间变化，以免电压过低或者过高而烧坏DSP的输入端口。其工作过程为：当输入电压大于3.3V时，VD3导通使电压限制在3.3V，当输入电压小于0V时，VD4导通使电压限制在0V。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述反馈采样调理电路2中，如图2所示，图中反馈信号IFY为霍尔传感器输出的0～5V信号，经过两级比例运算后输出。通过调节电位器P2最终调理为DSP可接受的0～2.5V电压，输入到DSP的A/D输入端口。DSP通过自身集成的A/D转换模块完成模拟量到数字量的转换，实现反馈信号的采集。图中VD1、VD2为钳位二极管，用来限制输入电压，使其在0～3.3V之间变化，以免电压过低或者过高而烧坏DSP的输入端口。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述交流过流保护电路3包括三相桥式整流电路、比较电路和隔离输出电路。如图3所示，VD15～VD20构成三相桥式整流电路，将三相交流输入变为直流输入，其中C53、C54为滤波电容。经整流后的直流信号输入到比较器的6脚并和比较器7脚的电压进行比较，当其大于7脚电压时，比较器输出低电平，光耦导通，故障信号经隔离放大后输出。当其小于7脚电压时，比较器输出高电平，光耦不导通，无故障信号输出。比较器门槛值可通过电位器P3调节。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述RS232串口通信电路4中，如图4所示，U11为MAX3232电平转换芯片，主要实现TTL电平到RS232电平的转换，从而实现DSP和计算机的通讯功能。VL3、VL4为通讯指示灯，当接收到数据时，RXD为低电平，VL3指示灯亮；当发送数据时，TXD为低电平，VL4指示灯亮。COM1为9针串口接头，可通过一跟串口线和电脑连接，实现对数字触发系统的参数设置和运行状态监控等功能。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述CAN通信电路5中，如图5所示，U6为VP230电平转换芯片，主要实现TTL电平到RS485电平的转换，从而实两个控制系统的CAN通讯功能。VL1、VL2为通讯指示灯，当接收到数据时，CANRXA为低电平，VL2指示灯亮；当发送数据时，CANTXA为低电平，VL1指示灯亮。J1为网线插头，可通过一根网线连接两个数字控制触发系统，实现两个系统实时通讯、检测功能，当其中一个有故障时，另一个马上工作，达到实时热备用效果。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述数字控制运算单元6包括数字可编程器件DSP、上电复位电路，时钟电路和JTAG电路。如图6所示，U5为数字可编程器件DSP，可以通过软件编程的方式完成A/D转换，串口通信，CAN通信，数字PID运算等功能，并将运算结果以通讯的方式传送给触发脉冲形成单元7。R170和C59构成上电复位电路，上电瞬间C59通过R170充电，从低电平变为高电平，实现DSP上电复位功能。Y1、C29、C30构成时钟电路，为DSP工作提供震荡频率，其中Y1为无源晶振，C29、C30为起振电容。JP1为JTAG接口，用于用户下载、更新DSP程序。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述触发脉冲形成单元7包括逻辑可编程器件CPLD、同步检测电路、时钟电路、JTAG电路。如图7所示，U16为逻辑可编程器件CPLD，可以通过软件编程的方式完成脉冲形成、分配、移向、同步等功能，并输出24路触发脉冲。图中TA、TB、TC为主电路三相同步输入，经滤波、移向、分压、隔离后输入到逻辑可编程器件CPLD中，完成触发脉冲和主电路的同步功能。其中U15为有源晶振，提供CPLD工作时钟。JP2为JTAG接口，用于用户下载、更新CPLD程序。
还有，脉冲隔离、驱动单元，如图8所示，图中U17、U18、U20、U21、U22、U23为光耦，起隔离作用。VT1～VT6为晶体管起脉冲功率放大作用，发光二极管VL5～VL10用来指示脉冲正常与否，接于晶体管VT1～VT6基极的电阻起限流与抗干扰作用，该控制板由于有24路触发脉冲，可同时触发4个三相桥式整流电路，所以有相同工作原理与过程的脉冲功放电路4组。

Claims (3)

1.用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，其特征在于，包括反馈采样调理电路(2)，所述的反馈采样调理电路(2)对外接传感器(9)信号进行运算处理后和给定采样调理电路(1)的模拟量输入到数字控制运算单元(6)，数字控制运算单元(6)根据RS232串口通信电路(4)外接的PC机(10)设置的PID参数进行数字PID运算，运算结果传送给触发脉冲形成单元(7)，形成24路输出触发脉冲，经输出隔离驱动电路(8)进行隔离与整形和进一步功率放大后输出，控制主电路中四个相位差为15°的三相全桥整流电路，形成24脉波的直流输出，通过CAN通信电路(5)实现两个触发器实时热备用工作系统。
2.根据权利要求1所述的用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，其特征在于，所述的交流过流保护电路(3)与触发脉冲形成单元(7)连接。
3.根据权利要求1所述的用于大功率晶闸管整流电源的24脉波数字控制触发系统，其特征在于，所述的CAN通信电路与另一套同样的数字控制触发系统连接，实现两套控制系统的实时热备用功能。
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