專利名稱：相序自適應式相控整流器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種改進的相控整流器，屬整流器技術領域。
背景技術：
相控整流器是采用可控硅全控或半控整流橋作為主回路，通過控制各橋臂可控硅的觸發相位來改變輸出直流電壓。在實際操作中，安裝調試相控整流器需要匹配主回路和同步信號的相序相位，這是一項很煩瑣的工作，涉及到整流變壓器和同步變壓器接線組別及RC移相電路的設計，在高壓應用時還需要配有差分探頭和雙蹤示波器輔助測量。因此，設計一種在取得同步信號的前提下、能夠自動識別整流橋的相序相位的整流器就成為技術人員研究的課題，但截止到目前為止，人們所提出的一些方法都需要知道主回路和同步信號的相位關系，這仍然不能滿足人們在實際工作中的需要，如能進一步改進將具有較大的實用意義。
發明內容
本實用新型用于克服現有可控整流器存在的缺陷而提供一種能夠自動判斷主回路的相序相位、確定正確的觸發脈沖次序的相序自適應式相控整流器。
解決上述問題的技術方案是一種相序自適應式相控整流器，它的主回路包括主變壓器B、電流互感器LG、可控硅全控整流橋、觸發控制器，另外，它還設有一個同步信號生成電路，所述同步信號生成電路由運算放大器U1、U2、U3、可調電阻VR1、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、電容C1、C2組成，運算放大器U1接成跟隨器電路，其正相端經電阻R1、R2組成的電阻分壓電路連接220V單相電源，輸出端同時接運算放大器U3和U2的正相端，運算放大器U2和U3的輸出端分別經電阻R8、R7接主回路觸發控制器的外部中斷管腳，它們的負相端接地，電阻R4、電容C1組成濾波電路，接在U3的輸入端，可調電阻VR1、電容C2組成移相電路，接在U2的輸入端。
上述相序自適應式相控整流器，所述觸發控制器由CPU、信號輸出電路U4、脈沖變壓器TR1、電流互感器HG組成，其中，CPU的P0.1、P0.2分別接同步信號生成電路的兩路中斷信號INT1、INT2，CPU的輸出端P2.2接信號輸出電路U4的信號輸入端，后者輸出連接脈沖變壓器TR1，脈沖變壓器的輸出接至可控硅SCR的觸發極，電流互感器LG整流后的直流信號接至CPU的P1.1端，給定信號接至P1.2，信號輸出電路U4采用達林頓管芯片。
上述相序自適應式相控整流器，在運算放大器U2和U3輸出端與觸發控制器外部中斷管腳之間接入光耦隔離器。
上述相序自適應式相控整流器，在電阻R2上并聯電阻3。
上述相序自適應式相控整流器，運算放大器U1的正相端可用同步變壓器代替電阻R1。
采用這種結構的相控整流器，可以由它的同步信號生成電路產生兩路相位相差30°的同步信號，送入主回路觸發控制器的外部中斷管腳，由觸發控制器自動判斷主回路相序相位，確定正確的觸發脈沖次序。這種整流器還簡化了三相可控整流器帶感性負載時安裝調試過程，并具有電路設計簡單的優點。
圖1是本實用新型主回路電原理圖；圖2是同步信號生成電路電原理圖；圖3是觸發控制器電原理圖。
具體實施方式
相序自適應式相控整流器包括電流互感器HG、三相可控硅全控整流橋、分流器、觸發控制器、同步信號生成電路，其中電流互感器HG、三相可控硅全控整流橋、觸發控制器構成相控整流器的主回路。同步信號生成電路產生兩路相位相差30°的同步信號，送入主回路的觸發控制器的外部中斷管腳，由觸發控制器自動判斷主回路相序相位，確定正確的觸發脈沖次序。
圖2顯示的同步信號生成電路由運算放大器U1、U2、U3、可調電阻VR1、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、電容C1、C2組成。本電路從220V單相電源取出一相電壓作為同步信號，該單相電源不一定來自主回路，也可以來自不同的電網或變壓器。220V由電阻R1、R2、R3分壓，輸出4V左右電壓信號進入運算放大器U1。并聯的電阻R2、R3是為了提高電路的穩定性，當然，在電阻上也可以再并聯一只5V的穩壓管。運算放大器U1接成電壓跟隨器，起阻抗隔離作用，使下一級的RC移相更準確。與U1輸出端相連接的一組電阻R4、電容C1的數值很小，只起到高頻濾波作用，對移相不會產生影響。另一組可調電阻VR1及電容C2，兩者的數值都可調整，以獲得30°的移相。這兩路相位相差30°的信號分別送入運算放大器U3和U2。U2、U3是兩個電壓比較器，輸出的是方波信號。電阻R5、R8起限流作用，電阻R5、R6起電位提拉作用。上述方波信號還可再經過一個光耦隔離電路，以排除電路之間的干擾。隔離后的信號送入觸發控制器的外部中斷管腳，如AT89C51的INT0和INT0，TMS320F24XX系列的XINT1和XINT2等，或者其它能處理兩路中斷的CPU芯片。本實用新型中的同步信號電路未用同步變壓器，如果以同步變壓器代替電阻R1，220V單相電壓經同步變壓器降壓后再接U1正相端，可進一步提高可靠性。
本實用新型所采用的運算放大器U1、U2、U3，其型號為LM339芯片，該芯片將上述3個運算放大器集成在一塊芯片上，在圖2中已經標注出該芯片的各功能管腳。
圖3顯示的是一款與8051兼容的CPU，其型號為C8051F310。電流反饋信號從三相主回路的電流互感器上經整流取得，給定數據由外部電位器取得，根據實際工況，可以表示為轉速給定或電流給定等。電流信號與給定信號分別接入C8051F310的P1.1和P1.0，這兩個引腳可配置為內部A/D引腳，由CPU實現A/D轉換。INT1和INT2由圖1同步信號生成電路取得，P0.1和P0.0可配置為外部中斷引腳，接收同步信號中斷。P2.2至P2.7分別接至達林頓管芯片2003的基極，2003的輸出接脈沖變壓器的初級，控制24V電源通斷，從而在脈沖變壓器的副邊形成高頻脈沖序列，觸發可控硅的觸發極。六路觸發信號驅動全控整流橋的六個橋臂。相序相位自適應算法由C8051F310微觸發控制器編程實現。
在本實用新型中，由同步信號生成電路產生兩路相位相差30°的同步信號，送入主回路觸發控制器的外部中斷管腳，由觸發控制器自動判斷主回路相序相位。確定正確的觸發脈沖相序的方法是感性負載(負載阻抗角接近90°)的負載電流和端電壓有比較固定的關系，即電流相位滯后電壓接近90°。三相相控整流橋帶感性負載時，若在某一時刻觸發一對橋臂導通，測算出這一次觸發導通產生的電流峰值時間(可由A/D采樣與定時器配合連續比較計時計算求得)可推算觸發時刻與施加的線電壓之間的相位關系。觸發時刻由同步信號(經電網某一相電壓經過零比較電路產生)的過零點確定。由變壓器接線組別原理可知，不論何種電壓等級，同步信號與線電壓相位必然是30°的整倍數。以30°為間隔，主回路線電壓為正序和負序時各有12種相位關系。由三相相控整流器工作原理可知，每路線電壓的自然換相點都位于該線電壓60°相位，并對應其它兩路線電壓的0°和120°，即只有同步信號與某路線電壓相位是0°、60°或120°，才是有效的同步信號。而當相位為30°、90°、150°時，不是60°的整倍數，不會成為自然換相點。因此利用同步信號產生電路形成兩路相差30°的同步信號(一路可由220V控制用電源經過降壓過零比較取得，另一路在前一路的基礎上移相30°產生)。若一路不是60°的整倍數。則另一路一定是。一旦推算出某一路同步信號不會成為自然換相點，則取另一路為正確的同步信號。
在同步信號過零點觸發整流橋的一對晶閘管，共有6種組合，即T12、T23、T34、T45、T56、T61。6種觸發依次在負載上施加6種線電壓，或者說6種觸發對應6種線電壓，即UAB、UBA、UBC、UCB、UAC、UCA，其中只有3種是有效正電壓，形成電流，另外3種為負電壓，不能導通。同步信號與3種有效正電壓的相位關系也有3種，即0°、60°、120°，位于線電壓60°相位時，即為該路線電壓自然換相點，而位于0°相位的那路線電壓相當于滯后60°相位線電壓120°，若觸發該橋臂序號位于60°相位的那對橋臂序號之后，則三相主回路電壓為正序，反之為負序。最終確定了同步信號是哪一相的自然換相點，并確定了相序。同步信號過零中斷應該觸發的一對橋臂由上述方法確定，其它5路同步信號可利用定時器將工頻六倍頻，并由定時器中斷產生，觸發次序由已確定的相序決定。觸發時刻由控制系統給定并經過計算轉化為定時器延時中斷來實現。
由于同步信號與主回路電壓的相位關系是30°的整倍數，由電流峰值時間推算同步信號與主回路電壓相位關系時，只要負載阻抗角不小于70°，都可以正確判斷，但負載阻抗角較小，如小于65°，加上采樣測量及定時器誤差，會引起相位關系的誤判。
權利要求1.一種相序自適應式相控整流器，它的主回路包括主變壓器B、電流互感器LG、可控硅全控整流橋、觸發控制器，其特征在于它還設有一個同步信號生成電路，所述同步信號生成電路由運算放大器U1、U2、U3、可調電阻VR1、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R6、R7、電容C1、C2組成，運算放大器U1接成跟隨器電路，其正相端經電阻R1、R2組成的電阻分壓電路連接220V單相電源，輸出端同時接運算放大器U3和U2的正相端，運算放大器U2和U3的輸出端分別經電阻R8、R7接主回路觸發控制器的外部中斷管腳，它們的負相端接地，電阻R4、電容C1組成濾波電路，接在U3的輸入端，可調電阻VR1、電容C2組成移相電路，接在U2的輸入端。
2.根據權利要求1所述的相序自適應式相控整流器，其特征在于上述相序自適應式相控整流器，所述觸發控制器由CPU、信號輸出電路U4、脈沖變壓器TR1、電流互感器HG組成，其中，CPU的P0.1、P0.2分別接同步信號生成電路的兩路中斷信號INT1、INT2，CPU的輸出端P2.2接信號輸出電路U4的信號輸入端，后者輸出連接脈沖變壓器TR1，脈沖變壓器的輸出接至可控硅SCR的觸發極，電流互感器LG整流后的直流信號接至CPU的P1.1端，給定信號接至P1.2，信號輸出電路U4采用達林頓管芯片。
3.根據權利要求2所述的相序自適應式相控整流器，其特征在于在運算放大器U2和U3輸出端與觸發控制器外部中斷管腳之間接入光耦隔離器。
4.根據權利要求3所述的相序自適應式相控整流器，其特征在于在電阻R2上并聯電阻3。
5.根據權利要求4所述的相序自適應式相控整流器，其特征在于上述相序自適應式相控整流器，運算放大器U1的正相端用同步變壓器代替電阻R1。
專利摘要一種相序自適應式相控整流器，屬整流技術領域，用于解決整流全控橋觸發脈沖的相序相位問題。其技術方案是它包括電流互感器、三相可控硅全控整流橋、觸發控制器、同步信號生成電路，在同步信號生成電路中，U1為電壓跟隨器，可調電阻VR1、電容C2組成移相電路，U2和U3為電壓比較器，它們的輸出端接主回路觸發控制器的外部中斷管腳，利用CPU進行相序、相位的判斷。采用這種結構的相控整流器，可以由它的同步信號生成電路產生兩路相位相差30°的同步信號，由觸發控制器自動判斷后，給出正確的觸發脈沖次序。本實用新型簡化了三相可控整流器的安裝調試過程，具有電路設計簡單的優點。
文檔編號H02M7/12GK2731832SQ200420029348
公開日2005年10月5日 申請日期2004年7月16日 優先權日2004年7月16日
發明者杜海江, 石新春 申請人:華北電力大學