直流大电流发生器及其控制器

  直流大电流发生器及其控制器的框图，380 V的交流电压经过变压器的耦合压降之后降为18 V，18 V 的交流电经过三相半波可控整流电路以及滤波电路以后输出直流电压，将直流电压连接到船体的辅助阳极部分，电流的阴极部分连接到船体表面，这直流大电流发生器及其控制器的框图也就是阴极保护需要保护的部分。控制板通过测量标当其中一相的电压高于另外两相电压并且在导通信号的作用下它所对应的晶闸管导通而其他两相的晶闸管则关断。由此可知阴极保护控制系统在对三相波进行电流控制时导通角的范围只能是 30° ～ 150°，因为在这个范围内本相电压才高于其他两相电压。

2 电流控制

当传感器检测到船体其中某个部分开始受到海水腐蚀，也就是船体开始呈现向阳极变化的趋势时，阴极保护控制器便开始控制电流的释放来保护船体。开始释放电流时，运用 PID 算法，电流以 1 A/s 的速度不断变大，如果传感器所提供的检测电压仍大于阀值，那么电流的变化速度将这样一直保持下去。但是当导通角减小到 30°时，此时的电流是*大值，电流大小将不再变化。电流大小一直保持到传感器的测试电压小于阀值时才会慢慢减小，减小的速度也是 1 A/s，直到电流减小到 0 为止。如此往复循环就形成了对电流大小的**控制。

3 PID 稳流控制

为了让电流能够平滑的按照 1 A/s 的速度上升或者减小，本文使用了 PID 算法。通过对图 2 中标准电阻 Ｒ 的电压测量可以得出电流的变化。通过不断地

读取 Ｒ 上的输出电流值，将 Ｒ 上的电流值与预设值作比较，然后对导通角进行微调，这样就能够使电流以1 A/s的速度平滑变化了。

4 软件部分

4． 1 电流控制流程

4． 2 电流控制软件说明

为了方便进行相位检测，在硬件设计时将每一个相位输入都连接到一个外部中断。**次开始控制电流释放时需要测量三相波的频率，测量方法是先打开

定时器，当其中一个相位到来时进入它所对应的那个外部中断程序。记录下此时定时器的值，等到下一相到来时再次进入对应的外部中断，将此时定时器的值减去先前记录的值就可以得到相位差，也就是 120°所对应的时间。

  为了识别相序，程序中每一个相位对应的外部中断程序的*后面都加上了相位标志。当其中一相进入对应的中断后程序开始检测相位标志，这样就可以知道该相位的前面一相是哪一相从而就知道了相序，接下来就可以正式开始控制输出电流了。根据刚才测量的相位差所对应的时间便可以给其中一个定时器对应匹配寄存器赋初值。由于电流是从 0 开始以 1 A/s 的速度变化的，所以导通角设置的初值应为 150°也就是四分之五的相位差时间。等到定时器计数到与匹配寄存器相同的值时进入定时器中断，在定时器中断里面阴极保护控制系统将根据哪个匹配寄存器产生的中断来导通对应相位的光耦晶体管，而另外一个定时器则根据外部接收的 AD 转换数据周期性地改变导通角的大小，从而控制导通角来改变输出电流的大小。