畢業(yè)設計煤礦供電網(wǎng)諧波抑制有源濾波器的設計

1、<p><b>　　0 前言</b></p><p>　　近些年來，隨著煤礦企業(yè)電氣自動化水平的不斷提高，大量的非線性用電設備在生產(chǎn)中得到了廣泛應用，但是非線性用電設備直接帶來了諧波污染。通過對內蒙古和河北一些煤礦進行調研和了解發(fā)現(xiàn)，很多煤礦采用直流電動機帶動絞車的運行，需要通過三相整流柜將交流電轉換成直流電供給電動機，供電裝置在礦井絞車加速時產(chǎn)生的五次、七次、十一次、十三次諧波電

2、流污染了附近的供電網(wǎng)。</p><p>　　諧波電流不僅影響了生產(chǎn)設備的正常運行，比如電動機繞組燒毀，也對礦區(qū)電網(wǎng)的安全運行造成重大威脅。不僅如此，諧波電流使電網(wǎng)電流和電壓畸變率超過有關規(guī)定時電業(yè)局要罰款。 不論從生產(chǎn)實際出發(fā)，提高設備工作的可靠性，或者從經(jīng)濟角度出發(fā)，少罰款不罰款甚至得到獎勵，研究設計煤礦供電網(wǎng)用諧波抑制有源濾波器都勢在必行。</p><p>　　目前煤礦變電所主要是采用

3、LC串聯(lián)諧振型無源濾波器（Passive Power Filter，PF）進行諧波抑制，但其濾波效果受到電力系統(tǒng)阻抗的影響較大，且只能消除特定次數(shù)的諧波，對于次數(shù)經(jīng)常變化的負載濾波效果不好[1]。有源電力濾波器（Active Power Filter，APF）是目前抑制諧波和進行無功補償?shù)南冗M方法，是用戶電力技術中的一個研究熱點[2]。與無源濾波器相比，APF具有高度可控制和快速響應特性，并且能跟蹤補償各次諧波，其特性不受系統(tǒng)影響，無諧

4、波放大威脅，相對體積、重量較小。但是在較高電壓等級的電網(wǎng)上單獨使用有源濾波器因成本太高和開關耐壓等因素的諸多限制，一直沒有得到推廣[3]。混合型有源濾波器將有源濾波器和無源濾波器相結合，取兩者之長，補兩者之短，使有源濾波器可以在較小的容量下應用到大功率場合，從而有效降低有源濾波器的成本，使其在工程中實踐成為可能。</p><p>　　隨著國家對電網(wǎng)諧波污染治理的日益重視，“綠色電力電子”的呼聲愈來愈高，有源濾波器

5、必然會得到廣泛的推廣和應用。因此，研究設計諧波抑制有源濾波器對實際生產(chǎn)生活有著十分主要的意義。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 煤礦供電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因和危害</p><p>　　國際電工（IEC，International Electrontechnical Commission）標準（IEC555-

6、2，1982）定義諧波為：諧波分量周期為周期量在傅里葉技術中大于一的n次分量。把諧波次數(shù)n定義為：以諧波頻率和基波頻率之比表示的整數(shù)。電氣和電子工程師協(xié)會標準（IEEE標準519-1981）定義諧波為：諧波為一個周期波或量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍?？偨Y二者，目前國際普遍定義諧波為：諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。</p><p>　　定義n次諧波電壓含有率以HRUn（Ha

7、rmonic Ratio）表示為：</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式（1-1）中，為第n次諧波電壓有效值（方均根值）；為基波電壓有效值。</p><p>　　諧波電壓含量定義為：</p><p><b>　　(1-2)</b></p><p&

8、gt;　　定義電壓諧波總畸變率THDU（Total Harmonic Distortion）為：</p><p><b>　　(1-3) </b></p><p>　　同理可以推廣到電流諧波分量的定義。</p><p>　　1.1.1 產(chǎn)生原因</p><p>　　煤礦供電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生主要是來自下列具有非線性特性的電氣設

9、備：(1)具有鐵磁飽和特性的鐵芯沒備，如：變壓器、電抗器等；(2)以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質的設備，如：氣體放電燈、交流弧焊機、煉鋼電弧爐等；(3)以電力電子元件為基礎的開關電源設備，如：各種電力變流設備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調速和調壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關設備等。以上這些非線性電氣設備的顯著的特點是它們從電網(wǎng)取用非正弦電流，即使電源給這些負荷供給的是正弦波形的電壓，但由于它們具有電流不隨著電壓同步變化的非

10、線性的電壓、電流特性，使得流過電網(wǎng)的電流是非正弦波形的。</p><p>　　1.1.2 對煤礦供電網(wǎng)的危害</p><p>　　煤礦供電網(wǎng)中諧波含量高，引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，對國民經(jīng)濟和生產(chǎn)、生活造成了不必要的損失。歸納起來，諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有一下幾個方面：</p><p>　　產(chǎn)生附加損耗，增加設備的溫升,降低設備的效率和利用率；<

11、;/p><p>　　引起電動機的機械振動；</p><p>　　無功補償電容器組引起諧波電流的放大，甚至造成諧振；</p><p>　　對繼電保護、自動控制裝置產(chǎn)生干擾和造成誤動作；</p><p>　　使測量和計量儀器的指示和計量不準確；</p><p>　　干擾通信系統(tǒng)的工作。</p><p>

12、　　諧波對煤礦供電網(wǎng)的的危害除造成線路損耗外，更重要的是使電網(wǎng)波形受到污染，供電質量下降，危及各種用電設備的正常運行。當電網(wǎng)電壓和電流的畸變率超過相關規(guī)定時，電業(yè)局要經(jīng)濟處罰，因此應該予以足夠的重視和有效的管理，將危害限制在盡可能小的范圍內。</p><p>　　1.2 煤礦供電網(wǎng)諧波的抑制措施</p><p>　　煤礦供電網(wǎng)諧波含量高，對電氣設備的正常工作造成了很大的影響，同時還要面臨電

13、業(yè)局的罰款，因此不管從安全高效生產(chǎn)出發(fā)，還是從經(jīng)濟利益出發(fā)，都必須采取合適的諧波抑制手段。</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)的抑制方法</p><p>　　煤礦供電網(wǎng)采用的傳統(tǒng)諧波抑制手段是在科學技術水平不高，技術手段缺乏的條件下采用的。由于受到技術限制，諧波抑制的效果并不理想。傳統(tǒng)的諧波抑制方法主要有以下幾個：</p><p>　　1）增加換流裝置的相數(shù)<

14、;/p><p>　　2）增裝動態(tài)無功補償裝置，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力</p><p>　　3）加裝交流濾波裝置</p><p>　　4）防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大</p><p>　　1.2.2 新型的諧波抑制措施</p><p>　　隨著科學技術的不斷進步，諧波電流的檢測方法不斷改進，新型的電力電子器件不斷出現(xiàn)，由

15、此催生了一些新的諧波抑制措施。</p><p>　　有源電力濾波器（APF），是一種新型諧波抑制和無功補償裝置，它不同于傳統(tǒng)的LC無源濾波器（只吸收固定頻率的諧波），它能對電流和頻率都在變化的無功進行補償，可以實現(xiàn)動態(tài)補償。</p><p>　　圖1-1為基本的有源電力濾波器，圖中負載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無功。有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分構成，分別是諧波和無功電流檢測電路以及補償電流

16、發(fā)生電路。其基本工作原理是，檢測補償對象的電流和電壓，經(jīng)諧波和無功電流檢測電路計算得出補償電流的指令信號，該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功等電流抵消，最總得到期望的電源電流，達到了抑制諧波的目的。</p><p>　　圖1-1 基本有源電力濾波器結構圖</p><p>　　Fig1-1 Structure diagram of basic

17、APF</p><p>　　1.3 限制電網(wǎng)諧波的國家標準</p><p>　　為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，世界上很多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，或由權威機構制定的限制諧波的規(guī)定。制定這些標準和規(guī)定的基本原則是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把諧波電壓控制在允許范圍內，使在電網(wǎng)中的電氣設備免受諧波的干擾而能正常工作。</p><p>　　各國制定的諧波限制

18、標準是比較接近的。我國原水利部于1984年根據(jù)原國家經(jīng)濟委員會批準的《全國供用電規(guī)則》的規(guī)定，制定并發(fā)布了SD126-84《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》。國家技術監(jiān)督局于1993年又發(fā)布了中華人民共和國國家標準GB/T14549-1993《電能質量公用電網(wǎng)諧波》，該標準從1994年3月1日起開始實施。隨后相繼頒布的電能質量國家標準還有《電能質量三相電壓允許不平衡度》（GB/T15543-1995）、《電能質量電力系統(tǒng)允許偏差》（GB/T1

19、5945-1995）、《電能質量電壓波動和閃變》（GB/T12326-2000）和《電能質量暫時過電壓和瞬時過電壓》（GB/T18481-2001）等。這些標準的出臺，一方面表明我國在電能質量要求上更加嚴格、更加規(guī)范化，另一方面在諧波治理的效果上有了行業(yè)標準。</p><p>　　表1-1 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值</p><p>　　Fig1-1 Harmonic voltage(

20、phase voltage) limit value of public utility grid</p><p>　　表1-2 注入公共連接點的諧波電流允許值</p><p>　　Fig1-2 Hamonic current limit value of injecting into point of common coupling</p><p>　　1.4 國

21、內外研究現(xiàn)狀</p><p>　　早在70年代初，日本學著就提出了有源濾波器的概念。1976年，美國西屋電氣公司的L.Gyugi提出了用大功率晶閘管組成PWM逆變器構成“有源電力濾波器（APF）”來消除電網(wǎng)諧波。其基本原理和電路拓撲結構已經(jīng)確定，但由于受到當時功率半導體器件水平和控制策略的限制，有源濾波器的研制一直處于試驗階段。直到進入八十年代后，隨著新型電力半導體器件的不斷發(fā)展、脈寬調制技術的不斷進步以及基于瞬

22、時無功功率理論的諧波電流檢測方法的提出，為有源濾波器的實用化提高了必要的條件，使之在工業(yè)上得到了廣泛的應用。1982年，世界上第一臺APF在日本研制成功投入使用以來，經(jīng)過二十多年的研究和探索，APF技術得到了長足的發(fā)展，越來越多的APF投入運行，不論從功能實現(xiàn)還是運行容量上都有明顯改善。世界上有源電力濾波器的主要生產(chǎn)廠家有日本三菱電機公司、美國西屋電氣公司、德國西門子公司等。</p><p>　　在我國，有源濾波

23、器的研究起步較晚，研究始于八十年代末期，興于九十年代中期，1989年才見到這方面研究的文章，基本上仍處于實驗研究階段。從九十年代中期起，我國對APF的研究全面展開，包括諧波檢測、拓撲研究、系統(tǒng)建模、控制方法等。我國實際應用并經(jīng)過鑒定的是北京電力科學研究院和冶金科學院共同制成的，用于380V三相系統(tǒng)的50KVA有源濾波器。從2003年起，我國的APF市場逐漸熱了起來，出現(xiàn)了一些系列化的產(chǎn)品。國內許多大專院校，如西安交通大學、華北電力大學、

24、哈爾濱工業(yè)大學、中南大學、湖南大學等對APF進行了廣泛的研究目前有源濾波器研究工作的關鍵所在是進一步提高有源濾波器在生產(chǎn)實踐中的實際應用水平，促進科研成果向工業(yè)化成型產(chǎn)品的快速轉化[4]。</p><p>　　1.5 國內先進產(chǎn)品簡介及缺點分析</p><p>　　1.5.1 西安賽博電氣公司SPA系列產(chǎn)品</p><p>　　西安賽博電氣公司生產(chǎn)的SPA系列有源濾

25、波器產(chǎn)品是與西安交通大學聯(lián)合研制開發(fā)的，型號齊全，品種繁多。以高性能的數(shù)字處理器（DSP）為核心，采用高頻電力電子變換技術，進行諧波抑制和動態(tài)無功補償，主要應用在石化、電解鋁、水泥制造、機械制造、電氣化鐵路等領域。</p><p>　　圖1-1 西安賽博電氣公司APF產(chǎn)品</p><p>　　Fig1-1 APF product of Xi’an Saibo electric compan

26、y</p><p>　　SPA系列治理諧波電流值有45A、75A、100A、150A幾種，最大只能到200A，工作環(huán)境溫度為-10℃～+45℃，相對濕度要求＜90%（25℃）。從技術參數(shù)上看，補償容量很小，對環(huán)境要求也比較高。</p><p>　　1.5.2 北京祿智科技公司Logintel產(chǎn)品</p><p>　　Logintel有源濾波器產(chǎn)品是北京祿智科技發(fā)展公

27、司與清華大學聯(lián)合研制的，采用并聯(lián)形式，主要應用在冶金行業(yè)的電弧爐、石化企業(yè)、高層建筑、備用電源等。主要性能包括：濾除2-30次諧波，補償無功功率，自動投切運行，補償諧波電流0-300A。補償容量偏小，并且還未投放市場。</p><p>　　1.5.3 總結分析</p><p>　　根據(jù)煤礦調研的結果和網(wǎng)上搜索查詢，目前國內實際應用的有源濾波器產(chǎn)品補償諧波電流都不大，設計容量都很小，并且對工

28、作環(huán)境要求較高。國外生產(chǎn)廠商如三菱電機、西屋電氣、西門子等廠家的產(chǎn)品也都偏向于石化、冶金等行業(yè)的應用，并且價格很高。從東榮三礦獲取的電網(wǎng)資料得知，在重負荷情況下諧波電流最大在1000A左右，因此暫時還沒有針對煤礦供電網(wǎng)諧波抑制的有源濾波器產(chǎn)品投入實際應用。綜合以上分析，有必要針對煤礦供電網(wǎng)的實際情況，研制性能合適、價格適中的產(chǎn)品。</p><p>　　1.6 本文的主要工作</p><p>

29、;　　通過對煤礦現(xiàn)場諧波污染情況的調研，針對6KV變電所在諧波治理的同時要求提供較大容量的無功功率的要求，提出一種新型大功率混合有源濾波器并展開研究，主要工作有：</p><p>　　介紹課題提出的背景和意義，諧波的基本概念、產(chǎn)生原因、危害、國內外的研究情況和目前市場產(chǎn)品的介紹。</p><p>　　提出一種新型大功率混合有源濾波器結構,介紹了諧波電流檢測方法，對電流跟蹤控制技術中的滯環(huán)比

30、較、定時比較、三角波比較等控制方法進行介紹和對比，選用滯環(huán)比較方式。</p><p>　　在Proteus軟件環(huán)境下創(chuàng)建了TMS320F2812PGFA型DSP芯片、PC817光耦、M57962L驅動芯片等元件的模型，并設計了基于DSP的系統(tǒng)整體硬件電路，包括鍵盤、液晶顯示、IGBT主電路及驅動保護、信號采集轉換等部分。</p><p>　　對DSP編程開發(fā)軟件CCS2.2進行了介紹，并設

31、計了各部分的軟件流程圖，編寫了部分程序。</p><p>　　采用AT89S52單片機構建最小系統(tǒng)，搭建了鍵盤和聲光報警模塊，采用LCM128646液晶顯示屏做出了鍵盤和液晶顯示部分的實物，并進行了調試。</p><p>　　2 HAPF的結構設計和檢測控制</p><p>　　本章介紹混合型有源濾波器的結構形式和工作原理，結合煤礦供電網(wǎng)的實際情況，提出了一種新的基

32、波串聯(lián)諧振注入式的混合型有源濾波器，分析了諧波電流檢測方法和控制策略。</p><p>　　2.1 新型HAPF結構設計 </p><p>　　有源濾波器在工程應用中，首先需要考慮的是成本和技術上的可行性，根據(jù)煤礦企業(yè)諧波治理工程大容量、高電壓、低成本和兼顧無功補償?shù)囊?，設計一種新型的并聯(lián)混合型注入式有源濾波器，其拓撲結構如圖2-1所示。</p><p>　　圖

33、2-1 新型并聯(lián)混合型注入式有源濾波器結構圖</p><p>　　Fig2-1 Structure diagram of new HAPF</p><p>　　這種結構以電壓型逆變器作為主要的有源部分，采用基于IGBT模塊的脈寬調制PWM逆變器，直流端為一大電容，輸出端接有輸出濾波器，以此來濾除開關器件通斷造成的高頻毛刺。有源部分通過耦合變壓器經(jīng)基波串聯(lián)諧振注入型電路后，與以多組單調諧濾

34、波器組成的無源濾波器PPF一起并聯(lián)接入電網(wǎng)。注入支路由C1、L1和CC構成。其中C1和L1構成在基波頻率諧振的電路，而整體作為一條無源濾波支路。由于L1C1網(wǎng)絡在基波頻率處發(fā)生串聯(lián)諧振，阻抗很小，逆變器只承受很小的基波電壓，因此裝置有效地克服了有源濾波器的容量限制，而對于高于基波頻率的諧波分量，L1C1網(wǎng)絡阻抗較大，有源部分產(chǎn)生的諧波電流絕大部分將流入主電路，不會對有源部分的諧波輸出產(chǎn)生嚴重影響。</p><p>

35、;　　從圖2-1可以看出，該混合型濾波器（HAPF）是將串聯(lián)諧振注入型APF進一步與PPF并聯(lián)混合而成，只由無源部分補償無功功率，有源部分和無源部分共同抑制諧波，這使得其兼具較大容量的無功補償和諧波抑制能力以及較小的逆變器容量的特點。與其它結構的HAPF相比較，該HAPF中并聯(lián)的PPF可以補償較大容量的無功功率和濾除掉特定次數(shù)的諧波電流，諧振注入電路部分的電容也能進行較大容量的無功補償。與此同時，基波無功電流和諧波電流都只有極少部分流入

36、耦合變壓器和逆變器，因此不會由于進行無功補償而導致其有源部分容量的增大，而PPF濾除掉的部分特征諧波電流也不會流入有源部分，這使得有源逆變器的容量進一步減少，從而使逆變器主電路避免采用多重化的主電路結構或開關器件的串并聯(lián)，大大減少了實際應用中的工程造價，有效提高了性價比。</p><p>　　2.2實時諧波電流檢測方法</p><p>　　諧波電流的檢測方法是有源濾波器設計的關鍵技術之一，

37、它決定了諧波電流的檢測精度和跟蹤速度，進而影響有源濾波系統(tǒng)的各項主要性能和指標，已經(jīng)成為有源濾波技術領域研究的熱點之一。本文遵循有源濾波器對諧波檢測方法實時性、準確性、可靠性要求較高的原則，選用基于瞬時無功功率理論的實時諧波電流檢測方法。</p><p>　　2.2.1 諧波電流檢測方法的發(fā)展</p><p>　　由于電網(wǎng)是一個非線性的、動態(tài)的、實時性較強的系統(tǒng)，因此對諧波電流檢測的實時性

38、要求很高。隨著諧波電流檢測技術的進步和發(fā)展，到目前為止，諧波電流的檢測方法有很多種。近年來，不少文獻提出了一些新方法，但大多仍處于研究、改進、仿真階段，離實際應用還有一段距離。本文從實際應用的角度出發(fā)，介紹幾種典型的檢測方法，主要包括提取基波分量法[9][10]、基于FFT的傅里葉分析法[11][12]、自適應檢測法[13][14]、基于瞬時無功功率理論的p、q算法和算法[1][15]等。</p><p>　　2

39、.2.2 算法的基本原理</p><p>　　基于算法的諧波電流檢測原理如圖2-2所示，首先根據(jù)三相電路瞬時無功功率理論的定義，經(jīng)過三相到兩相的坐標變換和某相（如a相）電壓的頻率或周期信息，可以計算出，然后經(jīng)低通濾波器（LPF）濾波得到的直流分量，再根據(jù)兩相到三相的坐標變換和電網(wǎng)電壓的頻率或周期信息，由計算出負載電流基波分量，進而得到諧波電流分量。最后將得到的諧波電流分量進行取反，得到與諧波電流分量幅值、相位相反

40、的諧波補償指令電流。</p><p>　　圖2-2 算法的諧波電流檢測原理圖</p><p>　　Fig2-2 Principle diagram of harmonic current detection based on arithmetical mode</p><p>　　假設三相電網(wǎng)電壓對稱無畸變，三相電路各相電壓的瞬時值分別為，各相電流的瞬時值分別為，

41、通過三相至兩相的坐標變換，把它們變換到兩相正交的坐標系中：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　赤木泰文的瞬時功率理論定義三相電路的瞬時有功電流和無功電流

42、分別為電流合成矢量在電壓合成矢量及其法線上的投影。有這個定義可推導出：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中，為電網(wǎng)基波電壓的角頻率。式（3-3）的物理意義是：假如用一個始終與電壓矢量方向相同的單位矢量來表征的頻率和相位信息，那么電流矢量在這個單位向量及其法線方上的投影即為三相電路的瞬時有功電流和無功電流。分解為直流分量和交流分量，

43、得式（2-4）：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　在三相電網(wǎng)電壓對稱無畸變的情況下，前一項代表正序有功和無功電流，后一項代表負序和諧波有功及無功電流。</p><p>　　再通過 坐標到坐標變換，即可得到對應的三相電網(wǎng)電流分量：</p><p><b>　　(2-5)<

44、/b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　根據(jù)式（2-2）和（2-3），可得：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　由和式（2-6）可得反變換為：</p><p><b>　　(2-7)</b&

45、gt;</p><p>　　綜合式（2-4）和式（2-7）可得：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　被檢測電流與基波分量之差就是諧波電流分量。若令上式中，即可得到基波有功電流分量，該分量與被檢測電流相減可得到同時進行無功、諧波補償時的補償分量。</p><p>　　2.3 有源濾波器控制

46、策略的研究</p><p>　　有源濾波器工作性能決定于主電路構成元件及其控制系統(tǒng)，APF的主電路一般由PWM逆變器組成，PWM控制原理是控制開關器件的通斷，把直流電壓或電流變成一系列的電壓或電流脈沖，使APF中的PWM逆變器產(chǎn)生所需的諧波補償電壓或電流。當APF主電路確定后，控制方法成為決定其輸出性能和效率的關鍵[7]。目前有源濾波器控制策略中技術比較成熟、應用比較廣泛的是電流跟蹤控制方法。其原理是產(chǎn)生的補償電

47、流應實時跟隨其指令電流信號的變化，這就要求補償電流有很好的實時性。</p><p>　　2.3.1 電流跟蹤控制技術的研究</p><p>　　上一節(jié)詳細論述了諧波電流的檢測算法，要求在實際中諧波補償指令電流的產(chǎn)生具有很好的實時性。電流跟蹤控制的原理是根據(jù)諧波補償指令電流和諧波補償電流實際值之間的誤差值，產(chǎn)生控制主電路各個開關器件通斷的PWM信號，從而保證諧波補償電流實時準確跟蹤指令電流的

48、變化。</p><p>　　下面將以單相電流控制為例，詳細論述了電流跟蹤控制技術的幾種典型控制方法。</p><p>　　1） 三角波比較控制方式</p><p>　　三角波比較控制方式的原理如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 三角波比較控制方式原理圖</p><p>　　Fig2-3 Principle

49、diagram of triangle wave comparison control mode</p><p>　　這種方式與其他用三角波作為載波的PWM控制方式不同，它不直接將諧波補償指令電流與三角波比較，而是將指令電流與諧波補償電流實際值的偏差經(jīng)放大器放大之后再與高頻三角波比較，所得到的PWM矩形脈沖作為逆變器各開關元件的控制信號，從而在逆變器輸出端獲得所需的波形。這里放大器往往采用比例放大器或比例積分放大

50、器。該控制方式的特點有以下幾點：跟隨誤差較大；輸出電流中含有與三角波相同頻率的諧波；實現(xiàn)電路簡單，器件的開關頻率固定，且等于三角波的頻率；電流動態(tài)響應速度比瞬時值方式慢；開關損耗大，在大功率應用中受到限制。</p><p><b>　　2）無差拍控制方式</b></p><p>　　無差拍控制方式是一種全數(shù)字化控制技術，它是等間隔地將輸出補償參數(shù)波形劃分成若干個取樣周

51、期，在取樣周期中心對稱的方波脈沖作用下，依據(jù)電路在每一取樣周期的起始值，預測電路變量在取樣周期末尾時的值。控制方波脈沖的極性和寬度，就能使輸出補償波形與要求的參數(shù)波形重合。通過對每一取樣周期內方波脈沖的極性與寬度的不斷調整，獲取諧波失真小的補償輸出。也就是根據(jù)空間矢量理論計算出逆變器下一時刻應滿足的開關模式。本控制方法動態(tài)響應很快，易于計算機執(zhí)行，但是對系統(tǒng)參數(shù)的依賴性較強且計算量大。</p><p><b

52、>　　3）單周控制方式</b></p><p>　　單周控制方式具有調制和控制的雙重性技術，它是通過復位開關、積分器、觸發(fā)電路、比較器達到跟蹤指令信號的目的，在每個周期內迫使可控開關變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例，適用于各種脈寬調制軟開關的逆變器。本方法具有控制電路簡單，反應快，開關頻率恒定，魯棒性強，抗電源干擾，易實現(xiàn)等優(yōu)點，在電流型PFC、電壓源型APF等三相換流器方面已應用該技

53、術。</p><p>　　4）滯環(huán)比較控制方式</p><p>　　滯環(huán)電流控制是目前應用最廣泛的一種非線性閉環(huán)電流控制方法，它利用滯環(huán)比較器形成一個以給定電流為中心的死區(qū)或滯環(huán)，通過反饋電流與給定電流的滯環(huán)比較誤差來控制逆變器的開關動作。</p><p>　　滯環(huán)比較控制方式的原理如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 滯環(huán)比較控制

54、方式的原理圖</p><p>　　Fig2-4 Principle diagram of hysteresis comparison control mode</p><p>　　這種方法是將逆變器的實際電流與指令電流的上、下限相比較，交點作為開關點。指令電流的上下限形成一個滯環(huán)。將諧波補償指令電流與諧波補償電流實際值進行比較，兩者的偏差輸入到具有滯環(huán)特性的比較器，并輸出PWM控制信號，P

55、WM信號經(jīng)驅動電路控制有源濾波器主電路開關器件的通斷，從而使諧波補償電流實際值實時跟蹤指令電流的變化[19]。</p><p>　　滯環(huán)比較器輸出特性如圖2-5，當時，比較起輸出為1，控制有源濾波器的逆變器開關使補償電流減??；當時，比較器輸出為0，控制有源濾波器的逆變器開關使補償電流增加；而當時，比較器的輸出與原來的輸出一樣，即保持逆變器開關的狀態(tài)不變。這樣可以使有源濾波器輸出的電流在一個2H寬的帶中跟蹤參考電流

56、。通過調節(jié)H的大小可以控制有源濾波器電流跟蹤的精度及改變開關的頻率。</p><p>　　圖2-5 滯環(huán)比較器輸出特性</p><p>　　Fig2-5 Output characteristics of hysteresis camparator</p><p>　　這種控制方式有如下幾個特點：(1)滯環(huán)電流比較控制能夠實現(xiàn)有源濾波裝置輸出電流對諧波電流的跟蹤，具

57、有開關損耗小、動態(tài)響應速度快、魯棒性好的優(yōu)點，而且對負載的適應能力強，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量。(2)滯環(huán)電流控制本質是一種隱含載波的變頻SPWM調制方式，在三相高功率因數(shù)整流器中，滯環(huán)控制的隱含載波頻率隨電網(wǎng)電壓作周期性變化，變化頻率為工頻的2倍；(3)滯環(huán)電流控制輸出頻譜范圍寬，濾波較困難，諧波能量均勻分布在較寬的頻帶范圍內。</p><p>　　但是，系統(tǒng)的開關頻率、響應速度及電流的跟蹤精度會受到滯

58、環(huán)環(huán)寬的影響。環(huán)寬固定時，則電流跟隨誤差范圍是固定的，但是電力電子器件的開關頻率不固定，會隨諧波補償電流與指令電流質檢的誤差范圍的變化而變化。如果環(huán)寬設定較大，電流跟隨誤差較大，跟蹤精度不高，而對器件的開關頻率要求不高；如果環(huán)寬設定較小，電流跟隨誤差小，跟隨精度高，但對器件的開關頻率要求很高，甚至可能超出期間可能允許的最高工作頻率而導致器件損壞。因此，采用滯環(huán)比較控制方式要保證器件開關頻率在其允許的最高工作頻率之內。</p>

59、<p><b>　　2.3.2 總結</b></p><p>　　在以上的補償控制策略中，三角波比較控制和滯環(huán)比較控制方式是可以優(yōu)先考慮選用的方法，目前已通過多重化技術、自適應滯環(huán)等改進措施來克服固有的缺陷，提高其使用效率。采用無差拍控制方式的APF逆變器的輸出可以很好的跟蹤參考諧波電壓信號，使負載端的電壓波形接近于正弦波，即使在開關頻率比較低的情況下也有很好的動靜響應；隨著D

60、SP的運算速度不斷提高，將成為一種很有前途的控制方法。單周控制方式具有電路簡單可靠、控制效果好的優(yōu)點，也具有很好的工程應用價值。</p><p>　　這幾種控制方式都有自己的優(yōu)缺點，但是煤礦生產(chǎn)環(huán)境復雜，設備的工作條件惡劣，那些工作原理復雜實現(xiàn)困難的方式在惡劣的工作環(huán)境中可能不穩(wěn)定，影響濾波性能的發(fā)揮，因此采用實現(xiàn)過程簡單、可靠性好的滯環(huán)控制方式。</p><p>　　3 基于DSP控制器

61、的硬件電路設計</p><p>　　有源濾波器的性能不僅取決于其主電路以及相關器件參數(shù)的選擇，還依賴于數(shù)字控制器的性能指標。本文采用TI公司的DSP芯片作為其數(shù)字控制器提高系統(tǒng)性能。為了完成有源濾波器的相關功能，在此之前要先進行模擬信號的采樣，并通過相應的信號調理電路來滿足DSP芯片對輸入信號的要求。軟件系統(tǒng)充分地應用DSP的許多功能模塊，如PWM單元、定時器、片內A/D、看門狗等。根據(jù)有源濾波器對諧波檢測和補

62、償電流控制的需要，設計了基于DSP的硬件電路，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 基于DSP的有源濾波器硬件框圖</p><p>　　Fig3-1 Function block diagram of hardware circuit based on DSP chip </p><p>　　3.1 DSP芯片的選擇</p><p>

63、;　　數(shù)字信號處理器（DSP）已經(jīng)那個發(fā)展了20多年，最初僅在信號處理領域內應用。近年來，隨著半導體技術的發(fā)展，其高速運算能力使很多復雜的控制算法和功能得以實現(xiàn)，同時將實時處理能力和控制器的外設功能集于一身，在控制領域內也得到了很好的應用。數(shù)字控制系統(tǒng)克服了模擬控制系統(tǒng)電路功能單一、控制精度不高的缺點，它抗干擾能力強、可靠性高，可實現(xiàn)復雜控制，增強了控制的靈活性。</p><p>　　DSP芯片的選擇應根據(jù)實際的

64、應用系統(tǒng)需要而確定。不同的應用場合和目的，DSP芯片的選擇可能是不同的。一般來說，選擇DSP芯片時應綜合考慮運算精度、硬件資源、功耗、開發(fā)工具、價格和生命周期等均。</p><p>　　TMS32OC2000系列是美國TI公司推出的最佳測控應用的定點DSP芯片產(chǎn)品分為四個系列C20x、C24x、C27x、C28x。其中C28x系列是TI公司最新推出的的DSP芯片，是目前國際市場上最先進、功能最強大的32位定點DS

65、P芯片。它既具有數(shù)字信號處理的能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合，如工業(yè)自動化控制、電力電子技術應用、智能化儀器儀表及電機、馬達伺服控制系統(tǒng)等。</p><p>　　本設計采用C28x系列的TMS320F2812 DSP芯片。該款芯片是控制專用、內含閃存以及高達150MIPS的數(shù)字信號處理器，專門為工業(yè)自動化、光學網(wǎng)絡及自動化控制等應用而設計。本設計需要設計外圍A

66、D輸入電路和跟IGBT模塊連接的控制和保護電路，才能組成有源濾波器。</p><p>　　C28X系列芯片的主要性能如下:</p><p>　?、贂r鐘周期為6.67ns;</p><p>　?、诔绦蚩偩€和數(shù)據(jù)總線分開的哈佛總線結構;</p><p>　　③具有一個硬件乘法器可以完成16x16或32x32位的定點乘法運算</p>

67、<p>　　④兩個事件管理器(EVA，EVB)可以方便的產(chǎn)生具有可編程死區(qū)的6路PWM信號。</p><p>　　TMS320F2812 DSP芯片是C28x系列的一個主要片種，具有上述幾種主要性能指標。以該芯片為控制核心的有源電力濾波器能夠滿足濾除諧波的實時性和精確性要求。</p><p>　　3.2 DSP外圍電路設計</p><p>　　設計采用DS

68、P作為核心控制器，為了保證其正常工作必須設計相應的時鐘、復位、電源等電路，同時還要設計電流電壓信號采集轉換電路。</p><p>　　3.2.1時鐘電路設計</p><p>　　選擇系統(tǒng)的時鐘時主要關心時鐘頻率、信號電平、沿特性和驅動能力等。采用無源晶體的優(yōu)點是價格便宜，但是驅動能力比較差，一般不能提供多個器件共享，而且它可以提供的頻率范圍也比較小。本設計采用有源晶體振蕩器，低電壓型號，

69、可以直接接到DSP的XTAL1引腳上。有源晶體的驅動能力較強，頻率范圍也很寬。由于采用了外部振蕩器獲取時鐘源，PLLF2和PLLF引腳也要按如圖3－2所示的方法連接。</p><p>　　圖3-2 DSP時鐘電路</p><p>　　Fig3-2 DSP clock circuit</p><p>　　3.2.2復位電路設計</p><p>

70、　　與DSP相關的復位包括上電復位、手動復位和看門狗復位。其中上電復位和手動復位是外部復位，通過向DSP復位引腳輸入一個低電平有效信號使系統(tǒng)復位；看門狗復位是內部復位。</p><p>　　圖3-3 手動復位電路</p><p>　　Fig3-3 Manual reset circuit</p><p>　　因為DSP內部有復位電路，因此可以直接在復位引腳外面連接一

71、個上拉電阻即可。為了調試方便，常采用圖3-3所示手動復位電路。RC電路是為了防止按鍵抖動，低電平送給DSP芯片的復位端。</p><p>　　3.2.3 鍵盤模塊 </p><p>　　鍵盤是用來設定控制參數(shù)的最基本的手段。為節(jié)省空間，本裝置采用4*l的鍵盤，用戶通過鍵盤可用來設定控制參數(shù)，還可以選擇顯示內容等。</p><p>　　鍵盤有編碼鍵盤間和非編碼鍵盤兩

72、種：編碼鍵盤程序設計簡單，但硬件電路復雜，價格較高;非編碼鍵盤用軟件來實現(xiàn)識別按鍵，編碼轉換，去抖功能，硬件電路簡單，價格便宜。因此本設計中采用非編碼鍵盤設計方式。</p><p>　　本裝置的4個按鍵都可以復用，當有按鍵按下時，DSP單片機根據(jù)對應的I/O口的電平來識別按下的鍵，并根據(jù)當前程序的狀態(tài)來決定所執(zhí)行的程序，TMS320F2812與鍵盤接口原理圖如圖3-4所示。</p><p>

73、;　　圖3-4 DSP與鍵盤接口原理圖</p><p>　　Fig3-4 Principle diagram of DSP and keyboard interface</p><p>　　四個按鍵的功能依次是電網(wǎng)三相諧波電流顯示、三相補償電流顯示、電壓和電流畸變率顯示、功率因數(shù)顯示。電壓和電流畸變率需要DSP用傅里葉變換去計算，可能會增加運算時間，對諧波補償?shù)膶崟r性有一定影響。</

74、p><p>　　3.2.4 液晶顯示模塊 </p><p>　　在現(xiàn)代智能儀器設備中，能顯示漢字的圖形點陣液晶和可以輸入信息的小鍵盤己成為智能設備的人機界面中必不可少的組成部分，同時低功耗特性也貫穿于中文人機界面的設計始終。近年來，隨著低價格、高性能DSP芯片的出現(xiàn)，DSP己越來越多地被應用于數(shù)字化電機控制、高速信號采集、語音處理、圖像分析處理等領域中，并且日益顯示其巨大的優(yōu)越性。而液晶顯

75、示屏更以其顯示直觀、便于操作的特點被用作各種便攜式系統(tǒng)的顯示前端。傳統(tǒng)的液晶顯示往往采用單片機控制，但在系統(tǒng)有大量高速實時數(shù)據(jù)的情況下，單片機由于受到處理速度的限制就顯得力不從心。為了解決些問題，本文提出了一種基于高速低功耗的DSP芯片TMS320F2812控制的液晶顯示屏的設計，有效地解決以上所遇到的問題。</p><p>　　設計中，采用TMS320F2812作為系統(tǒng)的控制芯片，通過選擇合適的液晶顯示模塊在3

76、V電平構建了一個低功耗的中文人機界面。本文設計的五個人機界面如下圖所示。</p><p>　　圖3-5缺省顯示畫面 圖3-6 K1鍵按下顯示畫面</p><p>　　Fig3-5 Default diagram Fig3-6 Diagram of prssing button K1</p&

77、gt;<p>　　圖3-7 K2鍵按下顯示畫面 圖3-8 K3鍵按下顯示畫面</p><p>　　Fig3-7 Diagram of prssing button K2 Fig3-8 Diagram of prssing button K3</p><p>　　圖3-9 K4鍵按下顯示畫面</p&

78、gt;<p>　　Fig3-9 Diagram of prssing button K4</p><p>　　根據(jù)所設計的界面，每行漢字最多六個，寬度為6個16×16漢字寬度，最多四行，因此選用128×64的即可。為實現(xiàn)友好的中文人機顯示界面，液晶模塊選用北京青云科技公司的LCM128646。該液晶顯示模塊的供電電壓典型值為3V-5V，工作電流典型值為 2.7mA，其顯示范圍為1

79、28x64點陣，8x4行，點大小為0.4x0.56mm2,點間距0.04mm。顯示類型為STN黃綠模式，6：00視角，正向顯示，有LED背光，控制器為T6963C，芯片封裝COB。采用改進增強型液晶顯示模塊，美國專用DC-DC電源。</p><p>　　T6963C控制器是中規(guī)模圖形液晶顯示模塊中常用的一種。用戶無需了解T6963C對液晶屏的現(xiàn)實驅動、點陣掃描、顯示存儲器管理等操作，這一切都由其自動運行。用戶需要

80、了解的是T6963C的各種數(shù)據(jù)指令格式、顯示存儲器的區(qū)間劃分和接口引腳的功能定義。</p><p>　　微處理器對T6963C的操作有四類十三條：一是讀狀態(tài)字指令（1條），在T6963C中有一個一字節(jié)的狀態(tài) 字，微處理器在對T6963C的每一次操作前都要讀這個狀態(tài)字并對其中的相應位加以判斷，以決定是否可以對T6963C進行操作；二是設置指令（9條）， 該類指令用于設置顯示的區(qū)域、方式及數(shù)據(jù)地址指針，設置光標的形狀

81、和數(shù)據(jù)的讀寫方式等；三是位操作指令（1條），該指令專用于對液晶屏上的像素（點）操 作；四是數(shù)據(jù)的讀/寫指令（2條），該指令讀/寫的數(shù)據(jù)即為液晶屏上所顯示的內容。</p><p>　　在液晶顯示模塊中配備有顯示存儲器（RAM）， T6963C最大可控制64K。該存儲器經(jīng)設置指令設置（區(qū)域、方式）后，存儲器中被設置的空間內的每一個“位”都與液晶屏上的一個像素（點）相對應，而 “位”的二值性就表示液晶屏上像素是否“顯現(xiàn)

82、”。T6963C則將存儲器中設置區(qū)域的內容不斷地、掃描式地送向液晶屏，用戶則通過顯示模塊對外的接口將需 顯示的“數(shù)據(jù)” 送入存儲器中的設置區(qū)域即可。</p><p>　　LCM128646模塊的引腳定義如表3-1所示</p><p>　　表3-1 LCM128646模塊的引腳定義表</p><p>　　Tab3-1 Pin definition of LCM1286

83、46 module</p><p>　　TMS320F2812與LCM128646模塊的接口電路如圖3-10所示</p><p>　　圖3-10 TMS320F2812與LCM128646模塊的接口電路</p><p>　　Fig3-10 Interface circuit of TMS320F2812 and LCM128646 module</p>

84、<p>　　圖中FG和Vss引腳接地，Vdd接+5V電源，VO對比度調節(jié)接到了一個可變電阻上，電阻的另一端接Vout，讀寫和片選信號都接到了獨立的I/O口上，DB0-DB7接到了D0-D7引腳上，字體選擇引腳FS接地，選擇8x8字體。</p><p>　　3.2.5 JTAG接口電路</p><p>　　同單片機的應用系統(tǒng)一樣，一個完整的DSP應用系統(tǒng)必須具有仿真器的標準接口，

85、通過這個接口用戶可以通過PC調試、下載應用軟件到指定的應用板。</p><p>　　TI DSP芯片提供片上仿真支持，使CCS能控制程序的運行并實時監(jiān)視程序的活動。仿真器提供與主機通信的JTAG口，主機與目標DSP通信時通過JTAG接口來完成的，這種連接方式對DSP目標系統(tǒng)的實時性能沒有太大的影響，片上仿真接口提供以下功能：</p><p>　　運行、停止或復位DSP芯片；</p&g

86、t;<p>　　將代碼和數(shù)據(jù)加載到DSP芯片中；</p><p>　　3）檢查硬件指令或數(shù)據(jù)相關的斷點</p><p>　　4）各種計算功能，包括精確到指令周期的刨切功能；</p><p>　　5）提供主機和目標系統(tǒng)間的實時數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　一般情況下，在系統(tǒng)成功應用之前，我們要做大量的調試工作，以確保板卡和軟件程

87、序的正常工作，為了方便軟件調試，JTAG接口尤為重要，只有JTAG接口設置好，才能通過仿真器被CCS識別，從而進行大量的仿真測試實驗。如圖3-11是F2812與JTAG接口電路。</p><p>　　圖3-11 JTAG仿真接口電路</p><p>　　Fig 3-11 The circuit of JTAG simulation interface</p><p>

88、;　　標準的JTAG接口是5線：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模塊選擇，用來設置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復位輸入引腳，低電平有效。</p><p>　　在保證電路設計正確的前提下，還要注意以下幾點：</p><p>　　(1) 的計算機與DSP

89、應用系統(tǒng)可靠共地。</p><p>　　(2) 禁止帶電插拔要求安裝仿真器JTAG接頭。</p><p>　　(3) 正確的操作順序是：先退出計算機系統(tǒng)的仿真窗口，然后再將DSP應用板斷電，否則可能出現(xiàn)仿真器不能正常運行的情況。</p><p>　　3.2.6 RAM擴展</p><p>　　在設計DSP應用系統(tǒng)的時候，一般都會設計存儲器外圍

90、擴展電路。外擴存儲器不僅可以方便程序調試，而且也便于系統(tǒng)升級。當控制器訪問片外的存儲空間時，PS引腳、DS引腳和STRB引腳（外部存儲器訪問有效選通）都處于低電平狀態(tài)，外部存儲器被選通。DSP可以訪問的程序存儲空間為256K，根據(jù)MP/MC引腳的電平?jīng)Q定其配置方式。當MP/MC為低電平時，片內FLASH存儲空間使能，地址范圍是0000H~7FFFH，8000H~FFFFH的地址留給外部程序存儲器。當MP/MC為高電平時，片內FLASH被

91、禁止，256K字存儲空間全部位于外部程序存儲器中，即只能從片外存儲器中讀取數(shù)據(jù)，使得仿真調試時通過仿真器對程序修改比較容易。2407有64K的16位數(shù)據(jù)存儲器空間，32K字的內部存儲器地址范圍是0000H~7FFFH，包括存儲器映射寄存器、DARAM和外設映射寄存器。另外，地址范圍是8000H~FFFFH的32K字留給外部數(shù)據(jù)存儲器空間。</p><p>　　圖3-12 SRAM與DSP接口電路</p>

92、;<p>　　Fig 3-12 Interface circuit of SRAM and DSP</p><p>　　片外存儲器的選擇主要考慮電壓、容量、速度等指標。這里采用工作電壓3.3V，容量64K*16位，訪問時間15ns的高速靜態(tài)RAM—IS6lLV6416作為片外存儲器，與DSP接口電路如圖3-12所示。片外存儲器的數(shù)據(jù)、地址線分別與DSP對應相連；輸出使能引腳OE和輸入使能引腳WE分別

93、與DSP的讀選通引腳DSPRD和寫選通引腳DSPWE相連。仿真調試時，用跳線把片選引腳CE與DSP的程序空間選通引腳DSPWE相連，當外部程序存儲器用。程序燒寫到片內FLASH后，把片選引腳CE與GAL16V8的輸出引腳RAMCS相連，當外部數(shù)據(jù)存儲器用。</p><p>　　3.2.7 電源電路 </p><p>　　電源電路的選擇是系統(tǒng)設計的一個重要部分，設計好壞對系統(tǒng)影響很大。<

94、;/p><p>　　對于DSP芯片而言，一般有以下四種電壓需要電源電路提供：</p><p>　　1）DSP CPU內核電壓。現(xiàn)代DSP為了省電，通常把內核電壓和外圍電路的供電分開，內核工作于低電壓減少功耗，外圍電路與其他器件采用相同的電壓規(guī)范。</p><p>　　2）DSP外設電壓。主要給DSP的片內外設供電。</p><p>　　3）Fla

95、sh編程電壓。這僅對于有片上Flash的C2000序列芯片。</p><p>　　4）模擬電路電壓。這也僅對于有豐富片內外設的C2000系列芯片。</p><p>　　首先需要注意的是，為了減少電源噪聲和互相干擾，數(shù)字電路和模擬電路一般都要獨立供電，數(shù)字地和模擬地一般也要分開，并最終通過一個磁珠在一點連在一起。</p><p>　　對于電源芯片的選擇，需要從以下幾個

96、方面考慮：</p><p>　　1）輸入電壓和輸出電壓。惡就是說外部提供給系統(tǒng)的電壓是多少，系統(tǒng)需要多大的電壓。本系統(tǒng)外圍供電為5V，但是我們需要3.3V的電壓。</p><p>　　2）輸出電流。也就是輸出功率，設計的電路板需要多大的功率，這就要考察每個器件的最壞情況（同時消耗各自的最大電流），看看所選用的芯片能否提供這么大的功率。</p><p>　　3）轉換效

97、率。對于功率要求嚴格的地方，比如手持設備，是至關重要的。</p><p>　　4）成本和空間。成本是所有選型都必須考慮的，空間則是系統(tǒng)布板所要求的。</p><p>　　本系統(tǒng)結合典型應用，選擇了TPS7333，輸入電壓5V，輸出電壓3.3V，最大輸出電流500mA，連接電路圖如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 DSP電源電路</p>

98、<p>　　Fig3-13 Power circuit for DSP</p><p>　　DSP系統(tǒng)只需要3.3V電源，但是很多整體設計中需要提供很多不同的電壓，如很多DSP本身就需要分內核和外圍電壓，此時就需要考慮上電次序的問題。一般來說，CPU內核先于外圍上電，后于外圍掉電；但是兩者相差不能太大，否則會損壞芯片。</p><p>　　3.3信號采集及轉換電路</p&g

99、t;<p>　　3.3.1 A/D轉換電路</p><p>　　TMS320F2812芯片內部包含兩個12位A/D轉換模塊，內置雙采樣-保持器，總共16位模擬量輸入通道，能同時采樣和轉換兩路輸入通道，并且單個轉換時間為200ns，單路轉換時間為60ns，即使只采用其中的一組8位模擬量輸入通道，最大延時為1.6μs，，能滿足采樣法電力參數(shù)測量中同步采樣多路輸入里參數(shù)精度的要求。其主要特點如下:<

100、/p><p>　　(1)12位ADC核，內置雙采樣-保持器；</p><p>　　(2)序列采樣模式或者并發(fā)采樣模式；</p><p>　　(3)模擬輸入:0V-3V；</p><p>　　(4)快速轉換時間運行在25MHZ，ADC時鐘或12.5MSPS；</p><p>　　(5)自動序列化，在單一時段內最大能提供16個

101、自動轉換。每個轉換可編程對16個輸入通道中的任何一個進行選擇；</p><p>　　(6)序列發(fā)生器可按兩個獨立的8狀態(tài)序列發(fā)生器或一個16狀態(tài)序列發(fā)生器（即兩個級聯(lián)8狀態(tài)序列發(fā)生器)。</p><p>　　因此，采用F2812芯片內置A/D轉換模塊即可滿足要求。</p><p>　　3.3.2 電流電壓采集傳感器 </p><p>　　電流

102、采集包括對負載電流、補償電流的采集，兩者都必須采用具有電氣隔離功能的元件，這樣才能保證原邊和副邊的較好隔離，保證強電與弱電回路的嚴格分離。</p><p>　　霍爾電流傳感器既有優(yōu)越的電性能，是一種先進的、能隔離主電路和數(shù)字控制電路的電流檢測元件?；魻栯娏鱾鞲衅骶哂腥缦绿攸c：</p><p>　　可測量任意波形的電流?；魻栯娏鱾鞲衅骺梢詼y量任意波形的電流參量，如直流、交流和脈沖波形等。也可

103、以對瞬態(tài)峰值參數(shù)進行測量，其副邊電路可以正確地反映原邊電路的波形；</p><p>　　精度高。一般的霍爾電流傳感器在工作區(qū)域的精度優(yōu)于1%，該精度適合于任意波形的測量；</p><p><b>　　動態(tài)性能好；</b></p><p>　　工作頻帶寬，可在0~100kHz頻率范圍內很好地工作；</p><p>　　過載

104、能力強，測量范圍大（0~）；</p><p>　　可靠性高，尺寸小，重量輕，安裝方便。</p><p>　　依據(jù)東榮三礦的調研資料，負載電流大約在1000A以內，補償電流在100A以內，結合市場和產(chǎn)品信息，選用深圳迦威電氣有限公司的CSK4-1000A和CSK3-100A霍爾電流傳感器。其主要技術指標如表4-2所示。</p><p>　　表3-2 所用霍爾電流傳感器

105、參數(shù)</p><p>　　Tab3-2 Parameters of Hall type current transducer</p><p>　　由檢測法原理可知，不需要精確地測量電壓的數(shù)值，而只需對a相電壓取得同步信號，通過DSP軟件的編寫進而得到與電網(wǎng)電壓同頻的正余弦信號。由于使用電壓互感器電路簡單、響應快，能夠與實際電網(wǎng)電壓等級相適應，實現(xiàn)起來容易。電壓互感器采用河南信陽信互電器有限

106、公司生產(chǎn)的JDZW-6型電壓互感器，將電壓信號變換到±100V工頻信號送入到電壓整形電路中。</p><p>　　3.3.3 電流電壓信號調理電路設計</p><p>　　經(jīng)霍爾電流傳感器變換得到的負載電流和補償電流信號輸出都是交變的電壓信號，而DSP2812片內的A/D都是單極性的0~3.3V，為了準確可靠地測量電流信號，需要通過運放電路進行信號限幅、雙極性轉換為單極性等處理，

107、把正負交變的電流信號變換為脈動的直流信號后才可以直接引入DSP，否則會引起操作失誤甚至使芯片損壞。在電路設計中，本文采用儀表放大器AD620，高精度、低噪聲、低損耗的集成運算放大電路。電壓限幅和信號調理電路如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 電流信號調理電路</p><p>　　Fig3-14 Current signal adjusting circuit</p&g

108、t;<p>　　在電壓限幅電路中采用LM224組成的帶你路進行電壓限幅，由于霍爾電流傳感器轉換后的信號為，所以將電壓幅值轉換為的電壓信號送入AD620。其幅值轉換公式為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　其中。</b></p><p>　　AD620有八個管腳，雙電源