三相调压器文档格式.docx
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AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS－51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高生价比的应用场合[1]。
AT89C2051主要性能参数:
⑴与MCS-51产品指令系统完全兼容;
图1AT89C2051管脚
⑵2k字节可重擦写闪速存储器;
⑶1000次擦写周期;
⑷2.7－6v的工作电压范围;
⑸全静态操作：
0Hz-24MHz;
⑹两级加密程序存储器;
⑺128×
8字节内部RAM;
⑻15个可编程I/O口线;
⑼两个16位定时／计数器;
⑽6个中断源;
⑾可编程串行UART通道;
⑿可直接驱动LED的输出端口;
⒀内置一个模拟比较器;
⒁低功耗空闲和掉电模式;
第二章硬件电路设计
该三相调压器由AT89C2051单片机控制的晶闸管触发电路、相位电压采集电路、键盘控制电路、电压显示电路、同步电压取样电路、移相控制电路、脉冲选择电路、脉冲输出电路等组成，通过软件编程，实现触发电路的多功能触发。
AT89C2051是一种带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（PEROM）的低电压、高性能CMOS8位微控制器．器件采用ATML高密度，非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS－51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存器组合在单个芯片上中，ATMEL的AT89C2051是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案．本装置所用单片机的定时／计数器，采用6M晶振定时器方式工作．P1口用作输出电压显示和输出脉冲，P3口用作键盘的输入其中外中断和定时器中断作为过零点的检测，串行口作为故障检测与过电流检测的输入。
第一节 主原理电路
三相电路的组成如图２所示。
由于晶闸管在一个电压周期的导通时间长短决定了负载的输出有效电压的大小，所以通过单片机对晶闸管的导通角的直接控制来间接改变输出的电压值。
而且KP型晶闸管的门极触发电流为3－400mA且门极相对的触发电压UGT5V实现了低电压对高电压的控制[2]。
图２ 基本原理电路
第二节同步过零电路
同步信号的取样有多种方式，常用的方法是通过三相同步变压器获取，这种方法存在同步变压器接法复杂，相序及同名端难以确定，调试麻烦，体积大的缺点。
本电路同步信号由整流变压器次级直接取出。
同步信号取自变压器相电压Uac，而不是线电压。
这样即使在、电网电压不平衡的情况下，相电压的过零点总是不变的，从而避免了同步信号移位现象。
另外，对相电压Ua设置了有电阻电容组成的限流移相网络，可消除电网波动的干扰，并使相位后移300，使其与线电压Uac的相位相同［1］。
如图1所示。
限流移相阻容网络中电阻的选择应尽可能减少功耗，以提高线路板的可靠性。
两个电阻分别为R1=20K，R2=5K，则移相电容可由下式求出[3]：
阻容移相角=
把R1=20K，R2=5K，f=50Hz代人上式得C1＝0.459uF，为保证晶闸管电路的正常工作，一般晶闸管变流器对触发移相角α有最小要求，所以C取0.47uF。
为保证可靠性和稳定性，移相阻容元件均要选用精度高、温度稳定性好的元件。
图3阻容移相电路
第三节移相控制电路
由图4所示，UM信号经移相后，得到UM*信号，一方面送给比较器IC2，比较器输出过零信号，经光耦隔离，送到单片机的，单片机中断响应；
另一方面送到三角波形成电路，产生一个同相的三角波电压UN，该电压和控制移相电压UK经比较器IC比较输出一个移相脉冲，经光耦隔离，送图2电路结构图到单片机的，单片机中断响应，执行脉冲生成程序。
根据上面分析，可得触发电路的移相控制特性，通过调整R3限幅值，可方便的调整控制角的大小[4]。
图4移相控制电路
第四节键盘控制电路
1.脉冲选择电路
为实现本触发电路多功能，满足三相半控桥电路、三相全控桥电路和三相交流调压电路对触发脉冲的需要，本电路采用了一个拨码开关。
可以通过选择开关状态，来实现三种触发形式的转化。
拨码开关的不同组合，分别代表不同的晶闸管主电路结构型式对单片微机输出相应要求的触发脉冲。
如表1所示[5]。
表1拨码开关状态、与输出脉冲之间的关系
拨码开关状态
00
01
晶闸管结构
三相半控
三相全控
输出脉冲
单宽脉冲
双窄脉冲
表2 拨码开关的作用
对象
键位名称
选择脉冲长度
接口
拨码开关（0）
选择脉冲为双窄波脉冲间距120度
P3.1
拨码开关
（1）
三相全桥
选择脉冲为双窄波脉冲间距60度
2.键盘与开关电路
表2 键盘电路按钮的名称和功能接口
对象
名称
功能备注
按钮4（S4）
P3.4
＋1.5V
按一次加1.5V电压长按3S后减9V
按钮6（S6）
P3.5
－0.5V
按一次减1.5V电压长按3S后加9V
具体的开关连线图如5图在按钮开关中上拉一电阻并加上一个高电位使使信号输入口可靠置位
图5键盘、开关电路
第五节脉冲输出电路
由图6所示，触发脉冲通过P1.2－P1.6输出，经光电隔离送至功放电路输出到晶闸管的基极。
为保证可靠地触发导通晶闸管或解决晶闸管串并联对触发脉冲上升率的要求，功放电路可设计成强触发脉冲电路。
另外，当晶闸管主电路出现各类故障时，应立即封锁触发脉冲的输出[6]。
图6 脉冲输出电路
第六节显示电路
表3显示电路的各显示模块的显示字符：
模块
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
功能
电压百位
电压十位
电压个位
小数点
电压十分位
图7显示电路
第七节故障及过流检测
当晶闸管主电路出现各类故障时，过电流及故障信号从串行口输入，单片机立即封锁触发脉冲的输出。
单片机接到故障信号过程序中，BXD中断响应，封锁触发脉冲，同时发出故障信号。
考虑到变流器在不同工作状态会有图5脉冲输出电路不同的要求，电路不采用故障信号和脉冲信号与非门电路，而尽量利用软件来实现，在不改动硬件的情况下，只需稍改软件，就能满足要求。
第八节保护电路
1.晶闸管过电压保护
晶闸管能否正常工作是整个电路的关键，为了保护晶闸管防止晶闸管因过电流或过电压而损坏本装置采用了电容串接电阻（称阻容吸收）防止电路振荡和限制管子开通损耗和电流上升率，阻容吸收电路尽量靠近晶闸管、引线短，保证了电路电气合理性[8]。
交流侧过电压及其保护解决办法是在意想变压器二次侧或三相变压器二次侧星形中点与地之间并联0.5uF左右电容。
过电压保护器件;
目前已大量采用压敏电阻等非线性元件
2.晶闸管过电流保护
在晶闸管桥臂串联一个快速熔断器，其值小于被保护晶闸管的额定有效值1.571IT（AV），保护直接效果好。
3.线路故障保护
当晶闸管主电路出现各类故障时应立即封锁触发脉冲，同时发出故障信号。
第三章程序设计
第一节脉冲控制电路及控制角确定
控制器（主CPU）的控制信息是反映晶闸管电路输出电压大小的量。
可以理解成是最大输出电压U～与当前应输出电压U的比值。
由89C2052构成的晶闸管触发电路应首先根据这一信息确定出控制角a，然后转换成C／T1定时器的时间常数，确定晶闸管触发脉冲的发出时间。
最常用的8位计算机用于普通的自动控制系统，这个输出量通常是一个字节。
把由P3口读入的这一个字节的信息采用查表的方法转换成a，这样有利于提高系统响应的快速性，同时查表本身就是一种很好的线性化方法。
可以预先将u在整个取值范围分为255等份，并求出每等份中间值对应的a，编制1个255字节的对应于a的表格存入程序存储器中，单片机在P3口接收到中断后，用一条MOVC指令即可查出a的值[7]。
第二节脉宽形成
内部定时／计数器C／T0专门用作触发脉冲宽度的定时。
在每1次C／T1定时终了，向P1口发控制字的同时，也启动C／T0。
C／T0定时终了时触发脉冲结束，向P1口发00H。
C／T0的定时时间即为触发脉冲宽度。
一般双窄脉冲的宽度要求在100到300之间，本电路选取脉宽为300，对于50Hz的交流电，对应的时间恰为0.1667ms。
第三节相移的实现
P1口的第2到第6位的输出经功率放大后分别接2—6号晶闸管的门极，采用双窄脉冲触发，依次向1，6—2，1—3，2—4，3—5，4—6，5号晶闸管输出脉冲。
P1口相应的输出控制字分别为：
42H，06H，0CH，18H，30H，60H。
三相桥式全控电路每隔600换相1次，对50Hz的交流电该时间间隔为20／6~3．333rrls。
1个交流电周期中触发电路向品闸管电路发6次脉冲，本电路由C／11的6次定时来完成。
无论控制角为多少，第1次定时都从a相电压正半周的起点开始，此次定时的时间不超过600（3．333rrls），后面的5次定时时间均为600。
对不同的控制角，首次定时的方法也不相同，现说明如下：
（1）、小于300。
1，6号晶闸管得到脉冲的时刻距a相电压正半周起始点为300+。
（2）、a在300到600之间。
1，6号晶闸管的触发时刻距a相电压的过零点已超过600，所以应在第2次定时终了时触发1，6号晶闸管，而在第1次定时终了时应向第6，5号晶闸管发脉冲（发控制字60H）。
此时第1次定时对应的电角度为300+－600，第1次定时时间T。
为：
T。
=20（／360—1／12），单位为ms。
然后经3．33ms定时再发送触发的脉冲。
４、晶闸管电路驱动电阻性负载时，控制角有可能大于900，如果a
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