89C51单片机数字控制调节器的设计
牛一霞 宋继江 隋瑞红
（山东工业大学电子与电子学院，淄博255049）
摘要 目前使用的可调电压源一般是通过改变自耦变压器的滑触浪涌位置来实现的。这种调压方法精度低、响应慢、结构复杂、可靠性差。本文介绍了一种新型交流调压技术。采用89C51作为控制器，二次绕组输出采用可控硅与双向控制变压器相结合，通过引入零关断和全周波触发技术，输出可调交流电压。无滑触和晶闸管过零触发，交流电压输出波形连续，但几乎不忠。它也不会产生高阶谐波的空间辐射。
关键词 单片机、数字控制、调节器
1 交流调压器原理
如图1所示，变压器T的一次输入电压为交流系统的220V，二次变压器上有四个带三个可选抽头的绕组和一个单绕组。每个绕组的选项为0.5V、2V、8V、32V，单绕组电压为128V。- 为18个双向可控硅开关。如果控制电路每次只让每个绕组的一个可控硅导通，而其他所有的都断开，则可以获得输出电压。假设、、、和导通和其他晶闸管关闭，则二次输出电压为零。假设、、、和导通和其他晶闸管关闭，则输出电压为0.5Vhellip;hellip;，这样，18个可控硅就有512个组合状态，每个状态都能输出等于0.5V积分倍增器的电压，输出电压范围为0V至255.5V。
为确保正弦波的完整性电压调节器的输出和避免可控硅在网络切换时对网络产生影响，晶闸管控制电路采用零交叉触发方式。在硬件方面，零来自电网的脉冲用作同步脉冲可控硅触发信号，软件方面是当SCM进程中断服务程序，它输出控制控制可控硅开关的代码。
图1 双向可控硅开关
以确保在任何时候只有一个双向变压器各二次绕组可控硅导通，其他断开以避免绕组短路电路和可控硅被烧毁，每个可控硅由一个解码器控制。其中，第一个四组使用两个2-4解码器74LS139翻译四组控制信号分别控制SCR G1-G16和解码后的单绕组控制G17和G18通过反门。如果从D0到D8的二进制文件翻译成18个州来控制5组晶闸管，则是调节器的输出电压，其中对应于000h-1fh为0-255.5V。表1给出它们的关系，“1”表示硅的导通。
显然，产出之间的关系单片机控制代码及输出电压调节器是线性的。理论上，我们只需要将输出电压乘以2作为控制变量。但是，如果产出的波动电压和负载的变化导致输出值不等于给定值，我们需要调整电压反馈控制，自动调节实现。因此，我们测量实际输出
通过ADC的电压，然后将其与给定值以形成错误信号。相继位置公式pi计算，控制单片机接口对应的晶闸管结果可实现自动调压。相应的控制算法：
其中，Kp是比例系数，K1为积分系数，e（n）是当前的误差电压信号，；是以前的错误电压信号。
表1
2系统硬件
该系统仅由89C51控制，并且在单一操作模式下工作扩展外围接口。包括过零检测电路、可控硅电压控制电路、输出交流电压检测电路，以及显示器和给定的输入电路。
2.1过零检测电路
如图2所示，一次220伏交流电调节器的电压直接加到两个反向平行选择耦合器GD1在电阻R1的限制之后的GD1。在加上或减去半个周期的交流电源，分别进行GD1或GD2，输出U0低，而正弦交流电源供应正在开会零_没有进行GD1和GD2，输出U0高。整形后的脉冲信号被反门视为中断单片机请求信号与过零可控硅同步信号。
图2
2.2可控硅调节电压控制电路
如图3所示，
89C51的P2和P3.0，锁紧后和通过74LS74和74LS273，使用两块74LS139和反门解码18个控制信号，驱动三块74LS07，然后用过零高压双向硅光电隔离开关MOC3041至控制18双向实现对晶闸管的组合控制变压器二次绕组。每个解码器控制一个二次绕组，并且随时一个绕组只有一个硅，因此，它可以提高系统。此外，可控硅由光学驱动绝缘体，这样我们不仅可以节省一个脉冲变压器，但也要让单片机与强电压隔离。
图3
2.3检测电路输出交流电压
如图4所示，
图4
输出交流电压经变压器降压后，用两个运算放大器A1和A2进行整流和滤波，然后变为直流电压信号，其变化与交流电压的变化成正比。为了实现强电压隔离，我们使用电压/频率转换器LM331代替A/D转换器将电压变化转换为频率变化，然后用光电分离后，将其输入单片机，从而用软件计算出相应的输出电压值。
2.4显示及给定输入电路
系统扩展四位LED显示输出电压值。我们使用四个BCD拨号开关输入给定的电压，而不是扩展键盘，以使系统简单。电路结构如图5所示。
图5
3系统软件说明设计
系统软件采用模块化设计，采用MCS-51汇编语言编写。它包括主程序、中断服务程序、A/D转换、数控喘振、显示、给定输入和操作子程序等。主程序完成T0、INT0和参数的初始化，读取给定输入值，输出KCS的控制信号，显示输出电压：为了完成测量，显示准备、算法和控制输出，我们将T0 设置为0.1s的周期，仿真时间为1s；INT0中断服务程序完成零点控制输出：暂停T1配合INT1完成U0测量。
4总结
本文介绍了采用可控硅控制与过零触发相结合的交流调压技术，实现了交流调压的非接触式自动调压。初步实验表明，输出电压误差：lt;=1.0V，输出波形为完全正弦波，畸变很小。采用光电隔离、合理布线、过冲抑制等多种抗干扰措施，系统可靠性高。可以预见，随着高集成度、高可靠性、高性能和低成本电子器件的发展。无触点交流调压电源将迅速发展。
参考文献
[1] Wang Shaochun, Automatic Detection Technology, Metallurgical Industry Press
[2] Fang kangling, Wang Xinmin, Liu yanchun Process Control System, Wuhan Polytechnic University Press, 2002
[3] Wang Zhengmou, Zhu Liheng, Protel 99 SE circuit design and simulation technology, Fujian Science and Technology Press
[4] He Weimin, Low-power single-chip microcomputer system design, Beijing Aerospace University Press
[5] Li Hua, MCS-51 microcontroller series of practical interface technology, Beijing Aerospace University Press
[6] He Limin, SCM Application Technology Selected,Beijing Aerospace University Press
变压器绕组热点温度建模与仿真
埃尔穆迪
电气工程技术部
加拿大温尼伯红河应用科学技术学院
摘要 本文介绍了简化的仿真模型确定变压器的绕组热点温度。模型使用测量的油温，负载电流和变压器绕组数据作为输入。 模拟绕组热点温度与温度吻合良好在装有光纤的250 MVA变压器上测量探头。 这些模型可以在线监控实施系统。 确定的绕组热点温度可以是用于评估绝缘老化，气泡形成的风险。对于更有效地控制冷却也很重要。
关键词 电力变压器、温度、热系数
引言
绕组热点温度被认为是最高的。确定变压器负荷的重要参数能力。它决定了绝缘损耗的寿命和释放气泡的潜在风险严重过载条件。这增加了了解变压器各时刻热点温度在不同负载条件和不同环境下运行温度。理想情况下，最好的方法是直接测量通过光纤传感器测量绕组热点温度。但是，这可能不适用于现有变压器。有几种模型可以模拟变压器绕组热点温度。在IEEE加载指南第7条中描述了常用的模型[1]。
附录G中建议了一种替代的方法，使用热力学和传热原理，要求更是严格，需要使底油处于额定条件下的环境，以管道油温度为引入，在一定条件下还可能高于最高机油温度[1][2]。
另一种形式的变压器热模拟方法基于传热基础的等效电路提出了理论[3]。顶油温度方程为通过现场测量进行验证。这个介绍了类似于顶油的热点模型。模拟绕组热点温度结果与测量结果比较显示良好[5-7]。
本文提出了简化的热模型方程确定绕组热点温度。传统上在变压器顶部测量的顶油温度被用作绕组热点方程的输入。第二个模型基于附录G绕组热点方程。热点位置的机油温度作为输入变量。该模型需要测量的底油温度、顶油温度和负载电流。将计算出的绕组热点温度与250MVA变压器118千伏低压绕组的实测值进行了比较。模型显示了良好的效果。
二、热模型
模型方程
在该模型中，传统上在变压器油顶部测量的顶油温度、负载电流和变压器参数用作输入，以计算绕组热点温度。绕组热点方程为[5]。
其中，变量和参数为：
输入变量（时间函数，t）
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每单位的负载电流。 |
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测得的顶油温度，℃。 |
输出变量（时间函数，t）
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热点温度，℃。 |
参数（常量）
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热点处的额定pu涡流损耗位置。 |
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顶油的热点温升，k。 |
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热点时间常数，min。 |
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绕组热点指数 |
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温度引起的电阻修正值改变。 |
仿真模型
方程（1）在Matlab/Simulink中建模。图1显示了实施方程简化框图模拟绕组热点温度。方程是使用龙格-库塔方法和纯离散系统离散时间积分器与欧拉正向法。
图1 模型简化框图
三、热模型二
热点温度由以下内容组成组件：
其中，
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为热点温度，℃。 |
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为热点附近的油温，℃。 |
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为绕组热点上升超过热点油地点，℃。 |
引入了管道中的机油温度，在一定条件下可能会高于最高油温。
模型方程
绕组平均温度为[6]：
其中，
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为PU负载 |
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为绕组平均温度，℃。 |
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为额定平均绕组温度，℃。 |
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为平均管道油温度，℃。 |
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为额定平均管道油温度，℃。 |
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Pw |
为总绕组损耗W。 |
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Mw |
为绕组的质量，Kg。 |
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Cpw |
为绕组的比热，Wmin/kg℃。 |
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为管道中油膜的粘度，厘泊 |
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为管道中油膜的额定粘度，厘泊 |
是绕组损耗随绕组而变化。温度和可根据时间常数：
其中，
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是绕组时间常数，min。 |
风管油温为[6]：
其中，
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为出油缠绕管道的温度，℃。 |
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为底油温度，℃。 |
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为顶部管道底部的油温升。油，℃。 |
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为（3）中给出的绕组损失的热量。 |
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对于OA、FA和NDFOA，为0.5；对于DFOA，为1。 |
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为出油缠绕管道的温度额定负荷，℃。 |
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