基于STM32F4的晶闸管整流装置控制系统的制作方法

本发明涉及一种整流装置控制系统，特别是涉及一种基于STM32F4的晶闸管整流装置控制系统。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，晶闸管相控整流技术在冶金、电力、化工等大功率场合有着越来越广泛的应用，在现有电力电子器件中，晶闸管由于其出色的电压承受能力和电流容量，以及其可靠性，在大容量的应用场合具有重要的地位。鉴于整流装置受控对象的复杂性与多样性，对整流装置的精度与稳定性的要求越来越高。传统的模拟触发控制难以满足日渐复杂的控制要求，逐渐被可实现复杂控制算法的数字化控制器取代。

大功率晶闸管整流装置，其输出功率可达数兆瓦，电流达数千安。在这种场合下，电网畸变严重，电磁干扰强烈，工作环境恶劣，对控制系统可靠性有较高的要求。传统的模拟触发电路控制线路复杂，不易调试，可靠性低，触发信号精度不高，与预期波形相差较大。

晶闸管整流系统由电力电子器件和集成电路等组成，各环节的惯性很小的。为更快、更好的实现对调节器的设计，应该降低调节器的复杂程度，通过运算放大器或数字化控制器实现精确的控制规律，进而将系统校正为几种特定的低阶系统，结合总结的公式和图表计算调节器参数，可更快速实现控制系统调节器结构参数的设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于STM32F4的晶闸管整流装置控制系统，主要对晶闸管整流装置的控制系统进行设计，以STM32F429微控器为核心，辅以集成数字移相触发电路、采样电路等，设计了晶闸管整流装置的控制系统，以STM32F429ZIT6微控器为核心，辅以电源、采样、显示及输入、驱动电路和其他辅助功能模块等构成，结构简单，易于调试和维护。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

基于STM32F4的晶闸管整流装置控制系统，由STM32F429微控器、触摸屏、驱动电路、三相全控整流桥、三相交流电源、变压器、滤波电路、电流检测、电压检测、负载构成；所述三相交流电源连接变压器，变压器连接三相全控整流桥，三相全控整流桥连接滤波电路、电流检测，滤波电路连接电压检测、负载；所述电流检测、电压检测皆连接STM32F429微控器；所述触摸屏连接STM32F429微控器，STM32F429微控器连接驱动电路，驱动电路连接三相全控整流桥；所述STM32F429微控器上设置D/A转换器、A/D转换器、I/O接口。

所述STM32F429微控器采用STM32F429ZIT6控制器。

所述三相交流电经变压器降压后，再经过三相全控整流桥，将三相交流电变换为含有交流分量的直流电；而后经滤波电路滤去谐波为负载供电；通过传感器进行电压检测和电流检测，其中电压传感器采集负载两端电压U_d，电流传感器采集晶闸管整流电路输出的直流电流I_d；传感器输出的电流量经调理电路变换为电压量，再由A/D转换成数字量反馈给控制器，经过相应控制算法处理后，控制信号通过D/A变换为电压量输出，经驱动电路处理后为晶闸管提供触发信号，从而实现晶闸管整流系统的闭环控制；控制器的I/O接口与触摸屏等外设进行连接，以实现系统设置以及实验数据显示等功能。

本发明的优点：基于STM32F4的晶闸管整流装置控制系统，以STM32F429微控器为核心，辅以集成数字移相触发电路、采样电路等，设计了晶闸管整流装置的控制系统，以STM32F429ZIT6微控器为核心，辅以电源、采样、显示及输入、驱动电路和其他辅助功能模块等构成，结构简单，易于调试和维护；其次，采用降压变压器，故一次侧电压相对较高，二次侧电流相对较高，采用Yd联结组时，一次侧相电压为线电压的57.7%，二次侧相电流为线电流的57.7%，可有效降低了对一次侧绕制绝缘和二次侧绕组导线横截面积的要求，有利于降低成本，提高变压器运行相对可靠；另外，采用触摸屏触点替代传统的物理按键，界面丰富度高，人机交互性强；此外，本发明采用STM32F429微控制器作为数字化控制器，通过软件调节触发角，为晶闸管智能控制模块提供控制信号，具有较高的精度。并且通过单片机结合显示设备和输入设备，可设计良好的人机交互界面，可以方便的改变工作方式以及修改参数，便于调试。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是L型滤波电路图；

图3是电流采样电路图；

图4是电压采样电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图所示，基于STM32F4的晶闸管整流装置控制系统，由STM32F429微控器、触摸屏、驱动电路、三相全控整流桥、三相交流电源、变压器、滤波电路、电流检测、电压检测、负载构成；所述三相交流电源连接变压器，变压器连接三相全控整流桥，三相全控整流桥连接滤波电路、电流检测，滤波电路连接电压检测、负载；所述电流检测、电压检测皆连接STM32F429微控器；所述触摸屏连接STM32F429微控器，STM32F429微控器连接驱动电路，驱动电路连接三相全控整流桥；所述STM32F429微控器上设置D/A转换器、A/D转换器、I/O接口。

所述STM32F429微控器采用STM32F429ZIT6控制器。

所述三相交流电经变压器降压后，再经过三相全控整流桥，将三相交流电变换为含有交流分量的直流电；而后经滤波电路滤去谐波为负载供电；通过传感器进行电压检测和电流检测，其中电压传感器采集负载两端电压U_d，电流传感器采集晶闸管整流电路输出的直流电流I_d；传感器输出的电流量经调理电路变换为电压量，再由A/D转换成数字量反馈给控制器，经过相应控制算法处理后，控制信号通过D/A变换为电压量输出，经驱动电路处理后为晶闸管提供触发信号，从而实现晶闸管整流系统的闭环控制；控制器的I/O接口与触摸屏等外设进行连接，以实现系统设置以及实验数据显示等功能。

实施例2

进一步地，所述变压器为降压变压器。

实施例3

进一步地，所述滤波电路采用L型滤波电路，以得到电流波形。L型滤波电路如图2所示，通常根据负载对电容C值进行估算，使RC≥(1.5~5.5)T，T为电源电压的纹波周期，由输出直流电压300V、输出功率3kW，可得负载R=U²/P=30Ω，故可得C≥611μF，取C=1100μF。

实施例4

进一步地，所述电流传感器采用KT 100A/P电流传感器，其通过霍尔效应，通过磁补偿原理，可用于测量直流、交流、脉动电流，其输出电流正比于检测电流乘以匝数，当检测电流的有效值为100A，且原边匝数为1匝时，得到0.1A输出电流。本发明中，输出电流为10A，为提高精度，并保留一定裕量，将原边匝数取为4匝，此时检测电流的最大值为25A，满足本发明设计需求。由调理电路将输出信号转换为0~2.5V电压，以满足A/D输入电压要求。调理电路设计如图3所示。

调理电路设计过程如下：在电流传感器后对地接50Ω无感电阻，可得0~5V电压信号。然后由滤波电路滤波，其传递函数为：

其中T_ois =1.95ms，K_ois=0.5。再经电压跟随器输出。即可得到所需0~2.5V电压信号。可得电流反馈系数

实施例5

进一步地，所述电压传感器采用AV100-500电压传感器，其输入-输出特性与KT 100A/P类似。当被检测电压为500V时，对应输出信号为50mA电流，故其调理电路形式与电流采样电路类似，其电路如图4所示。

在电流传感器后对地接50Ω无感电阻，可得0~2.5V电压信号。然后由滤波电路滤波，其传递函数为

其中T_ous =2ms，K_ous=1。再经电压跟随器输出。即可得到所需0~2.5V电压信号。可得电压反馈系数

。