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  三相变频电源_音信与通信_工程科技_专业资料。本格式基于面积等效理由和奈奎斯特定理,选取AC-DC转化的程序,实现了市电到直流电压的改造;选择SPWM逆变器杀青当地DC-AC的转换,采用DDS发作频率可变的SPWM脉冲,竣工了外地换取电源的变频;采取MAX197采样、反馈,杀青了对外地调换电源有效值的控制以及缺相和过流戍守。

  三相正弦波变频电源报告 纲要:本体系基于面积等效事理和奈奎斯特定理,选拔 AC-DC 变更的措施,完毕 了市电到直流电压的变更;选取 SPWM 逆变器实现本地 DC-AC 的变更,采取 DDS 出现频率可变的 SPWM 脉冲,完成了当地交换电源的变频;采取 MAX197 采样、反 馈,实现了对本地换取电源有效值的限制以及缺相和过流守护。 合键字:变频电源;三相正弦波;逆变;正弦脉宽调制 Abstract: 1 三相正弦波变频电源陈诉 一.谋略的采用与论证 1.标题恳求及联系指标领会 本问题请求创办以三相正弦波变频电源,输出线HZ,各相电压的有效值小于 0.5V,输出负载电流 0.5A-3A 时,输出线%。基于上述央浼本计算采取 AC-DC-AC 更改的 措施,拔取 SPWM 控制逆变器告竣变频。由于逆变器的开关以及感性、容性负载 等对逆变器输出互换标帜的阻误较厉浸,为了及时稳固变频电源的幅度,本设计 采取多片 A/D 同时采样输出相易记号。 2.企图的对照与采取 1) 正弦波脉宽调制完毕宗旨的选拔 (1) 自然采样法 三角波出现器 电压较量器 正弦波出现器 SPWM 图 1 自然采样法 依据 SPWM 限制的根基说理,在三角波和正弦波的自然交点时间限定功率开合 器件的通断•,这种天才 SPWM 波形的办法称为自然采样法,选择硬件实当前的方 框图如图 1 所示。 图 1 中三角波产生器管制出现符合要求的 SPWM 载波标记(三角波) ,正弦波发 生器发作用户须要频率的正弦波标帜, 电压对照器在三角波和正弦波的自然交点 的功夫实现翻转,限定功率开闭器件的通断。 自然采样法天才的 SPWM 波形很靠近正弦波,若采取软件告竣自然采样时需要 解高出方程,须要耗费大宗的时候,难以实现实时限制•;若采用硬件竣工,为了 局限逆变器功率器件的死区,需要很驳杂的硬件来延时。 (2) 法则采样法 如图 2 所示取三角波两个正峰值之间的岁月绝交为一个采样周期 Tc •,在三角 波的负峰值光阴 t D 对正弦标记波采样而获取 D 点, D 点作一水准直线和三角波 过 离别交于 A、B 两点,在 A 点期间和 B 点岁月限度功率开关器件的通断。可见 A、 B 两点间的时期绝交便是脉冲宽度•,则规矩采样法得回的脉冲宽度为 T δ = c (1 + a sin ωr td ) a 为 调制 度, 即为 三角 波 和正 弦波 的峰 值之 比 , 且 2 0 ≤ a 1 。 ωr 表指正弦暗号的角频率。 2 设载波比 k = fc , f c 、 f r 分辩呈现载波(三角波)的频率和调制波(正弦波) fr 的频率,则一个调制波周期内第 i 个脉冲的宽度为 ? ? 2π i ? ? δ i = a ? 0.5 + 0.5sin ? ?? •? k •?? ? 0≤i≤k。 (1-1) 由式(1-1)可能看出采取律例采样法,为了准备轻省,需求在 ROM 中先创 修一个 k 点正弦波表,当选择异步伐制时必要根据改换后的载波比,重新向 ROM 中写入正弦波表。这种 SPWM 天禀样式比力适宜于采取同措施制。 (3)DDS 调制法 f0 fr 可控分频 N 相位累加器 正弦波表 PWM脉冲发作器 载波时钟 f c 图3 DDS 调制法 图 3 中可控分频单元遵从用户设定的三订交流电源的频率值 f r 设定分频系数 N , N= f 2n f r , n 表现相位累加器的位数,相位累加器在频率为 0 的时钟下进行相 f0 N 位累加,并且将相位累加值采用适关的位数加到正弦波表的地方总线上,每个载 波时钟的高潮沿时,住址总线选中的单元的正弦波数据输出到PWM脉冲出现器, PWM脉冲形成器服从正弦波数据出现脉冲宽度调制波,由于 PWM 脉冲发作器 爆发的脉冲宽度调制波的脉冲宽度受到正弦波数据的调制, 于是 PWM 脉冲产生 器的输出即为正弦标记调制波。 标题央浼三相交流电源的输出频率为 20HZ-100HZ,采用频率庞大于 100HZ 的基定时钟源 f 0 和调制时钟频率可以使 SPWM 的正弦相位别离率抵达很高的精 度。 综上规划的比较与领悟,按照本课题的武艺指倾向要求•,本蓄意正弦波脉宽调 制竣工设计选择 DDS 调制法•。 2)SPWM 调制式子的采用 (1) 异步伐制 载波暗号和调制标帜频率不连结同步的调制局面称为异设施制。 异方法制时 保持载波时钟频率 f c 安宁,当调制正弦波的频率 f r 发生蜕变时,载波比 k 伴随变 化,在调制波的一个周期内 PWM 脉冲的个数不固定•,相位也不固定。正负半周期 3 脉冲不对称,半周期内前后 1 周期的脉冲错误称,形成暗号的谐波分量较广大, 4 给后级滤波电说造成穷苦。 (2) 同步调制 同措施制时 PWM 脉冲在一个周期内 载波比 k 恒定的调制格式称为同措施制•。 的个数是恒定的,脉冲的相位也是固定的,将调制比 k 设定为 3 的整数倍时•,可 以使输出波形精心对称,从而有效地降低标记的谐波分量。不过当逆变电道的输 出频率比较低时,同举措制载波的频率 f c 很低, f c 过低时由调制带来的谐波不 易滤出,当逆变电路的输出频率很高时,同步伐制载波频率过高,使开合器件开 关销耗厉沉。 本课题条件逆变器输出频率在 20HZ-100HZ,输出标帜的频率较低,本企图 采 用 的 逆 变 电 路 为 集 成 芯 片 IM14400 , IM14400 的 PWM 输 入 频 率 范 围 为 5KHZ-0.3MHZ,能够采取很高的载波比 k •。异举措制时势下,当载波比 k 很大时, 1 正负半周期脉冲错误称和半周期内前后 周期的脉冲错误称造成的谐波分量都 4 很小, PWM 脉冲亲近正弦波。 综上安置的对比与理会•,服从本课题的技术指标要求,本预备的调制大局选 择异设施制形态,载波频率固定为 16.8KHZ,最小载波比 k =168。 二.式样总体策画设计和完毕框图 1.格局总体盘算策划 将市电始末间隔变压器输入到外地换取变频电源式样, 息交变压器的输出经 过由整流桥后,出现全波整流记号,全波整流记号原委滤波,天资与输入调换电 对应的直流电,从而实现 AC-DC 的调换。本谋略的全波整流桥选择集成整流桥 KBL406。 三相逆变器在 89S52 和 FPGA 爆发的三相 SPWM 脉冲的局限下形成三结交 流电•。 逆变器的输出换取电的频率等于 SPWM 脉冲的基波频率•, 经由节制 FPGA DDS 模块的可控分频比 N ,达成对调制正弦波频率的节制, SPWM 脉冲的基波频率等 于调制波的频率,编制选拔这种次序竣工变频。逆变器输出的三订交流电源委缓 冲罗致和 LC 滤波电路,禀赋当地三相正弦互换电。将锰铜片分离串的到三交友 流电的一条相线中, 历程搜集锰铜片上的电压, 完毕对该交友流电的电流的测量。 由于锰铜片的电阻只有 2mΩ, I/V 转移后的电压记号很小,源委专用的小暗号差 分放大器 AD620 完毕对电流取样小电压记号的夸张。 逆变器输出的三交友流电的 线V,假如加到负载上的调换电为标准正弦波,可能蓄意出三 相交流电的相电压的峰值为 30V。 历程在 Y 形负载的一个臂上并上分压电阻搜集, 完毕该相相电压暗号的衰减•,历程射随的缓冲,实现 MAX197 对该相相电压标志 的有效采样•。编制遵循 MAX197 采样组的采样值打定各订交流电的电压有效值•、 电流有效值,调换电的功率,从而杀青体例对交换电电压有效值、电流有效值, 换取电的功率的丈量。方式按照得回的各交友流电的有效值,拔取 PD 算法,控 制 SPWM 脉冲的占空比,完毕输出线电压的稳定。各相电压的取样暗号通过夸张 限幅、过零检测天才脉冲•,格局拔取等精度法竣工变频电源体系频率的测量,系 统根据形式测得的频率值和用户设定频率的差值,限度 DDS 生成正弦波的频率, 从而告竣变频电源频率的褂讪。 4 2.编制实现框图 市电 隔 离 变 压 器 整 流 电 谈 滤 波 网 络 三 相 逆 变 器 局限 缓 冲 电 途 滤波电路 滤波电说 滤波电途 三 相 电 流 取 样 三 相 负 载 三 相 线 电 压 取 样 键 盘 显 示 89S52 FPGA MAX197 采 样 组 电压扩充汇集 射随收集 测频 过零比拟 妄诞限幅 图4 变频电源体系框图 三.理论了解与野心 1•.SPWM 逆变电源的谐波判辨 在调制度 a 必需,并且三相共用一个载波记号的情形下,对输出线电压举行 频谱分解,可以表露输出线电压的谐波角频率为•: ω = nωc ± kωr 式中, n 为奇数时, k = 3 ( 2m ? 1) ± 1, m =1,2……; (3-1) n 为偶数时, = {6 m +1 k = 6m + 1 m =0, 2……, = 6m ? 1 m =1, k 6 m ?1 1, k 2…。 由式(3-1)可知输出线电压的频谱没有载波频率 ωc 的整数倍次谐波分量谐波 中幅值较高的谐波分量是 ωc ± 2ωr 和 2ωc ± ωr 。 从上述了解可知:SPWM 波形中所含的谐波主要是角频率为 ωc 、 2ωc 及其左近 5 的谐波。 由于本野心选取的是异措施制局面, 最小载波比 k = ωc =168•, ωc ? ωr , 即 ωr 因此 PWM 波形中所含的严浸谐波分量的频率比基波分量的频率高许多, 谐波分量 很随意被滤出。 2.三订交流电电压、电流有效值和功率的筹算 应付负载端采取 Y 形接续组成的三相电路, 每订交变电压信号输入端相应付 Y 形继续群众点的电压称为相电压 u p ,该输电线称为前线•, 采样三相四线制的交变 电道有三条前方,各相电压暗号间的相位差为 120o ,前方之间的电压称为线电压 ul 。假使输电线上输送的交变电压标帜是措施的正弦暗记,则 U l = 3U p U p , U l 折柳体现相电压和线电压的有效值。 于是当线电压的有效值 U l = 36V ,各相相电压的有效值 U p = 20.78V 每相中的电流称为相电流 i p ,火线中的电流成为线电流 il ,在 Y 形持续中相电 流等于线电流 i p = il 。 每相负载的功率为 Pp = U p I p cos Φ z 其中 I p , Φ z 分袂表示相流的有效值、每相中电流和电压的相位差,由于 Y 形 负载央浼负载细致对称,因而每相中电流和电压的相位差都是相等的。所以三相 的总功率为 P = 3Pp = 3U p I p cos Φ z 当 Y 形负载为纯阻性负载时,每相中电流和电压都是同相的,即 Φ z = 0 •,所 以当 Y 为形纯阻性负载时,三相的总功率为 P = 3U p I p 在数字体系中为了获取负载为 Y 形纯阻形负载时三相电源的总功率,必要对 某一相的电流、电压在一个信号周期内采样,并将瞬时电流、瞬时电压的采样值 生存在两个 RAM 区中,尔后按照 RAM 区中的数据策画该相交流电压•、电流的 有效值。则该相电压的有效值 U p ,该相电流的有效值 I p 为 6 ?u R ? ∑ ? 2i n ? Vref •? ? ••? U p = i =1 GN N 2 (3-2) ? ii R ? ∑ •? 2n •? Vref ? •? i =1 ? Ip = GNr N 2 (3-3) 式(3-2)(3-3)中 N 体现每个标志周期的采样点数, G 表现原始电压暗记 、 的增益, ui 展现 RAM 区保全的第 i 个电压数据, ii 表现 RAM 区保存的第 i 个电 流数据, R 体现 A/D 的可能改造的电压限度,Vref 体现 A/D 的参考电压•, r 呈现 电流取样电阻的阻值。 3.载波频率的选拔 由 SPWM 逆变电源的谐波分量的理解可知:SPWM 电压源型逆变器输出线 电压谐波分量宣扬在载波 ωc 方圆,普及 SPWM 的载波频率,则逆变器输出的线 电压的紧要谐波分量将会传播在较高的频段, 而使逆变器输出的电压再现很低的 失真度。 可是提升载波频率,会使逆变器中功率开闭管的开闭频率升高,会使逆变器 的开合阻难大幅度地增加。 另外载波频率降低受到硬件的限定,本贪图的逆变器选拔集成芯片 IM14400。寻常境况下 IM14400 的关断迁延 Toff =0.9us,开启迁延 Ton = 0.73us,由 于 IM14400 的关断迟延大于开启阻误,变成 IM14400 的统一相的凹凸两个桥臂 可以同时导通。本色电讲中由于硬件的时延•,SPWM 采样时辰的偏差,以及为 了防卫联合相的坎坷两个桥臂同时导通而树立死区。 IM14400 的最小死区设立为 3us SPWM 脉冲的每一个开关脉冲之前都要加一个至少 3us 的死区 tdead ,则 IM14400 的开关周期 Tg ≥ 3us,开闭周期 Tg 和载波周期相当 Tc ,因此载波频率 f c ≤ 0.33MHZ。IM14400 条件输入的最低 PWM 脉冲频率 f c ≥ 5KHZ•,所以 5KHZ ≤ f c ≤ 0.33MHZ 。死区和开合时延是控制载波频率普及的最沉要的位置•。 载波频率 f c 越大,开关周期越短, 布越搀杂。 综上位置考虑本编制野心时将载波频率选定为 f c = 16.8KHZ,遵从课题央求 tdead 就越大,逆变器的输出电压的谐波分 Tg 7 的相易电源输出频率范围,载波比 168 ≤ k ≤ 840 。 四•.紧要效果电途策动 1•.整流电路绸缪 图 5 整流电叙 图5所示为本系统的整流电谈•,绝交变压器将形式地和市电电网隔脱离,抑 制电网噪声干涉,全波整流桥竣工对交换标记的全波整流,全波整流的成果是将 对地对称相易暗号的负电压局部对称地翻折到地电平以上,滤波电容 C0 求出该 标记中的直流电压,完成 AC-DC 的调换。分压电容 C1 •, C2 的参数相通,担保输 出式样地的电势介于 DC Out 的电势 和 N 端电势的中点,这种田线引出情势是 为了包管逆变电途输出的交变标帜是双极性的•,并且对形式地直流偏置电压为 0。 实际电路中由于分压电容 C1 , C2 的参数的不类似•, 导致逆变电途输出的交变信 号有直流偏置,因而在分压电容 C1 , C2 的后级并入对称的分压电阻 R1 、 R0 ,以抑 制分压电容 C1 •, C2 的参数不相同酿成的濡染。为了确保整流电途有较好的负载特 性,应该采用阻值很小的电阻••,然则阻值过小将导致电谈的功耗过高,本打定选 择的电阻值为 1kΩ的大功率电阻。假设全波整流桥的整流性质以及各器件的特 性理想, 设决绝变压器的输出电压暗记为 u ( t ) = A sin ωt •, 则对全波整流桥的输出 电压信号的一个半波求直流分量,则 U avr = 2A 2 T 2A ∫02 A sin ωtdt = π ,所以整流电途 T 2A2 , R = R1 = R0 。 π 2R 的输出电压 U out = π ••,则分压电阻 R1 、 R0 的功耗为 P = 2.逆变电路打定 8 图 6 逆变电路 本谋划的逆变电讲以集成芯片 IM14400 为中心,由光耦电道、SPWM 逆变电 叙,缓冲授与电路,LC 滤波电途组成。三相 SPWM 脉冲暗记过程光耦电途,驱 动 IM14400 事情。光耦电谈将 FPGA 和逆变电途隔分开,保障 FPGA 的寻常工 作。 缓冲吸取电叙由 3.3uF 的聚苯电容构成, 缓冲接收电说的效能是欺压 IM14400 里面的过电压和过电流,减小气件的开关浪费。缓冲摄取电说的事情真理是:当 逆变器的高低两个桥臂反向时,流过负载电感的电流不会立时反向,乃至交流侧 的无效果量反馈到直流侧,直流侧电容有时接收储备该无效果量,从而抑制了过 电流、过电压的出现,减小了器件的开合亏损。LC 滤波电路欺侮 SPWM 中的谐 9 波分量,普及三相变频电源谐波的纯度。LC 滤波电途的贪图想想已在“SPWM 逆 变电源的谐波阐发”中做过头析。 3.测频电道野心 图 测频电道 如图 所示前级延长器 LM741 的输入来自于相电压的电压衰减收集••, 该衰减 汇集的输出电阻很大•,为了告终衰减收集和测频电途的阻抗匹配,在测频电途的 输入端加上一级射随。 电压衰减收集将峰值为 30V 的相电压衰减为峰值为 4V 的 电压记号,为了陵虐由于衰减搜集参数不牢固引入的寄生调幅,在测频电途中加 入头等扩大限幅电途,后级的 LM311 和两个电阻构成迟滞比拟器,能够很好的 欺凌地比较器输出脉冲沿上的哆嗦,使输出的脉冲具有爽利的沿,便于后级 FPGA 测频。 4.电流取样记号处理电路野心 图 电流取样信号处置 如图 所示的电流取样标识惩罚电途由两局限组成: 抗混叠滤波、 差分夸诞。 抗混叠滤波由洁白的一阶阻容低通滤波电道组成,该处理电途单元的后级是由 Max197 组成的采样电路。 本策动时 Max197 事件与里面时钟景象, 由系统 SPWM 天生器中的 256 点正弦波表的最低位所在的高电平到来时, Max197 组写号令 向 10 字,启动 Max197 组蜕变一次三谈途电压•,在正弦波表的最低位的低电平到来时 再向 Max197 写一次敕令字启动 Max197 组变化一次三门说电流。依附本策画的 想想•,Max197 的采样率 f s 等于变频电源频率值的 512 倍。按照本课题的要求每 变 频 电 源 的 频 率 范 围 为 20HZ-100HZ , 因 此 Max197 的 采 样 时 钟 的 频 率 10240HZ ≤ f s ≤ 51200HZ。遵守均匀抽样定理:一个频带节制在(0, f H )赫内的连 续期间暗号 m ( t ) ,倘若以 Ts ≤ 1 秒的岁月终止举行等拒绝抽样,则 m ( t ) 将被 2 fH 抽样值全盘决心。则 f H ≤ 1 f s 即 f H ≤ 5120HZ。于是本筹算的抗混叠滤波器的 2 休歇频率 100HZ f H ≤ 5120HZ。 本筹算的抗混叠滤波器的干休频率选取在 1.8KHZ•。 本准备的电流取样信号延长电路,由专用的小暗号差分夸大器 AD620 来实 现。本野心央浼相电流的电流强度 I , 0.5 A I 3.5 A ,锰铜片取样电阻的电阻值 为 2mΩ,于是电压局部为 1.4mV-10mV,本预备将小电压信号夸诞 330 倍,扩大倍 数 G 由电阻 Rg 决议,即 G = 49•.4k ? + 1 •, Rg =150Ω。 Rg 5.Max197 采样电讲筹划 图 Max197 采样电途 Max197 是具有很高数据折柳率数据搜集芯片•,有 8 途可编程效仿量输入通谈, 具有 12 位分离率以及 1/2LSB 的线性度,同时具有两种时钟、电源模式,和最 高 100ksps 的采样速率。 本安排中 Max197 事情与内里时钟和里面参考电源办法, Max197 采样电途一相线电流、线电压,两说仿效量区别从 CH0,和 CH1 输入, 选拔年华复用形势。 由电流取样暗记处理电路计算的分解可知本筹划 Max197 的 最高采样率为 51.2ksps,符闭 Max197 的事务央浼•。 11 6.SPWM 脉冲发作器 五.式样软件谋划 1.根源内容 编制软件希图席卷 FPGA 和单片机步骤准备,严沉是 FPGA 措施谋划。单 片机首要完工键盘响应、LCD 再现以及从 FPGA 中读数阴谋的奏效•。FPGA 竣工系 统的紧要效力,蕴涵测频, Max197 状况机 ,酿成 SPWM 脉冲 。 测频单元局限丈量一相线电压的频率值。 Max197 状况机告终 Max197 组的 采样坚持、 转化和采样留存。 片 Max197 都事务与内部时钟时势, A/D 3 每片 Max197 掌管一 相线电压、线电流的采样。单片 Max197 有 8 途仿制量输入和 8 采样保持 电路,单相线电压和线电流选择分时复用的景象实现采样变更。6 说 A/D 调换对 应于 6 个 RAM 区, 体制选择 74LS245 实现了格式数据总线 点正弦 波表的所在总线的最低位的高潮沿到来时,三相线电压同时杀青采样维持、A/D 改革、和采样保存;256 点正弦波表的地点总线的最低位颓唐沿到来时,三相线 电流同时告终采样依旧、A/D 改动、和采样存在。这种采样阵势能够使体例在一 个标识周期内得回三相线电压、线电流的全面音讯,为形式及时限度输出电压的 幅度设立了极端有利的请求。SPWM 脉冲形成单嫡妻关测频单元、Max197 组、单 片机,选拔 DDS 技术杀青了稳频、稳压三相 SPWM 脉冲的发生••。SPWM 天资器的稳 频、稳压的实现都是基于 PD 算法。 2 严重软件告竣框图 1) 稳频稳压三相 SPWM 天禀器软件竣工框图 开 始 12 用户设定频率字 测频单元 分频限定字 N 基定时钟 f 0 筑削 相位累加器 0 85 171 调制时钟 f c 256 点正弦波表 调制时钟 f c 256 点 正 弦波表 调制时钟 f c 256 点 正 弦 波表 线电压有效值 测量单元 1 电平时间限度字 20.78V 线 电 压 有 效 值 测 量 单元 2 电平岁月 节制字 20.78V PWM 脉 冲 先天器 线 电 压 有 效 值 测 量 20.78V 单元 3 电闲居 间节制 字 基定时钟 f1 PWM脉冲禀赋 器 基按时钟 f1 基按时钟 f1 PWM 脉 冲 天生器 单 SPWM 相 单 SPWM 相 单 相 SPWM 图 稳频稳压三相 SPWM 脉冲禀赋器 FPGA 中的 SPWM 脉冲天生模块配闭测频、Max197 组、单片机,采取 PD 算法, 能够实现稳频、稳幅三相 SPWM 脉冲的禀赋。完毕事理如图 所示。用户在体例初 始化时设立变频电源的频率值,FPGA 纪录下该频率值。FPGA 遵守纪录下的频率 相位累加器在基定时钟 f 0 N 分频后的时钟下举办相位累 值筑立分频限制字 N , 加,并将目前相位累加器的累加值选择相邻的 8 位数据位,分别加 0、加 85、加 13 171 后,加到 256 点正弦波表的住址端,加法器相加时溢出的数据为无效数据。 加 0 是为了使三路数据同步, 担保三路正弦载波的相位差。 调制时钟 f c 的高涨沿 到来时,正弦波表输出当前住址信号选中的正弦波数据•。输出的正弦波数据在 PWM 脉冲天才器中天生相应的低洼电平时间限制字•, FPGA 纪录下相应的限度 字。PWM 脉冲生成器单元有两个限度字:高电平节制字 WH 、低电平限定字 WL , 且 WH + WL = f1 。PWM 脉冲先天器在基依时钟 f1 的驱动下计数,当计数值等于高 fc 电平局限字时,PWM 脉冲的输出由高变低,PWM 脉冲天禀器劈脸对低电平计 数, 当计数值等于低电平限定字时, PWM 脉冲天分器的输出由低变高, 尔后 PWM 天禀器再在新的高、低电平节制字下输出相应占空比的 PWM 脉冲•。PWM 一个 脉冲的高电平时刻和低电平时候之和始终等于调制时钟 f c 的周期•。 由于本方式采样 256 点正弦波表, 256 点对应与一个正弦波周期的 360o 相位。 即 三个 256 点正弦波表地方标帜 85 和 170 的分离对应的正弦波的相位差为: 85 Φ1 = × 360o = 119.53o 256 171 Φ2 = × 360o = 240•.46o 256 于是本编制天赋的三相 SPWM 标识的相位差与圭表的互换标帜的 120o , 240o 相位差有一定的偏差,最大差错 0•.54o 图 稳频意义:FPGA 测频单元选取等精度法测量某一相相电压的频率,FPGA 将测频单元测得的频率值与用户设定的频率值作减法,FPGA 用该差值去改削分 频限制字 N ,从而到达结实输出线电压频率的目的。 图 稳压理由:式样通过 3 途 Max197 分离采样三相相电压的瞬时电压值,通 过策画得到目下该相相电压的有效值,FPGA 将测得的该相相电压的有效值与 20.78V 作减法,并原委该差值去筑正相应的电平限制字,进而调动该相 SPWM 输出脉冲占空比的目标,使该相相电压的有效值安稳在 20.78V,始末使三相的 相电压有效值都巩固在 20.78V,达到线V 线V 的相电压有效值的真理见“三结交流电电压、电流有效值和 功率的希望个别” 。这种稳压原因的合理性在于:编制能够很好地保障三相相电 压暗记的相位差在 120o ± 1o 的部分内。 编制稳压、稳频都是基于 PD 算法。 14 2)等精度测频软件告终框图 前级责罚 fx 计数器 T1 测 频 计数门 计数器 T2 f0 图 等精度法测频 前级处罚单元将不原则的周期信号,改革为规则的方波标帜;计数门创筑计数门 限,计数器 T1,T2 只要在门内才计数,计数门有被测暗号的高潮沿开启,必要 长度的时刻后,再由被测标识的上涨沿封锁;计数器 T1,计数器 T2 分别在计数 门限内,对 f x , f 0 计数;测频单元就是单片机的计数器数据责罚得到 f x 的 C 程 序单元。 设在一个较长的门限内•,T1,T2 的计数值辨别为 T1,T2, 则 f x =(T1/T2)× f 0 (5-1) 由于计数门的开启和紧关由被测暗号驾御,T1 的计数值误差很小,然则 T2 的计 数值依然存在多 1 少 1 的差错。 测频的最大相对差错为: ∣Δ f x ∣/ f x ={[T1/(T2-1)] f 0 -[T1/(T2+1)] f 0 }/(T1/T2) f 0 =2T2/( T 2 2 -1) (5-2) 由式(5-1)可知:测频的误差与被测信号频率无合;由式(5-2)可知:当标准 时钟的频率很高时,等精度法的测频控制能够很高。 六••.试验数据与剖判 1.体制实验方框图 15 三相电阻箱 三相正弦 单 相 自 耦 调 压 器 隔 离 变 压 器 换取电压表 相易电流表 失真度测验仪 波变频电 源体例 数字示波器 直流稳压电源 图 体制试验框图 2.独霸仪器及记号 清华同方蓄意机:P4 责罚器,512M 内存,Windows XP 控制体制 直流稳压稳流电源:型号 SG1733 60M 数字保管示波器:型号 Tectronix TDS1002 万用表:型号 Flucke 17B 失真度考试仪: 交换电压表: 交换电流表: 3•.考试数据及数据处罚 1)变频电源输出频率限定各相电压有效值之差的实验 (1)尝试办法 将自耦调压器的输出调到 60V,将模拟负载三相电阻箱各臂的阻值都医疗到 100kΩ。转换格局的输出频率,将示波器和互换电压表分裂接到变频电源某一相 的输出端,保养示波器,观察波形是否对称,纪录各相的输出的频率值,同时调 节相易电压表,记载各相相电压有效值。丈量的频率点在 20HZ-100HZ 之间时•, 10HZ 一个丈量步进,20HZ 以下以及 100HZ 以上各测 3 点。实验的源委中自耦调 压器的输出依旧 60V。 (2)测验数据及数据惩罚 (1)丈量设施 16 表1 表1数据声明本变频电源格局的输出频率局部为 2HZ-200HZ,在该频段节制内可 以告竣变频电源输出频率的准确设定最大差错1%。各相电压的最大偏差为 0.2V。 频率点单位: 1 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 300 HZ 示 波 器 U 相 1. 2 测得频 V相 1 率值 单位: W 相 1.1 HZ 交 流 电 U 相 16.0 压表测 得 各 相 V 相 16. 有 效 值 W 相 16 单位: V 2)输出线电压有效值差错衡量 I.变频电源的输出频率维持在 50HZ,更改自耦调压器使输入电压在 198V~ 242V 之间改变,输入电压从 198V 迎面每隔 4V 一个电压步进,直到输入电压达 到 242V,变动输入电压是要反响的转折效法负载三相电阻箱各臂的电阻值,使 负载电流保留在 1.5A。每保养一次输入电压值,在负载端用交换电压表并联在 纵情两个负载臂的输入端,衡量这两相的线电压有效值。仔细每种线电压都要测 到,在变卦步武负载的电阻时一定要保持各个负载臂的平衡。 II. 变频电源的输出频率仍旧在 50HZ•,连结自耦调压器使输入电压在 220V, 改造模仿负载每个臂的电阻值,用交流电流表衡量负载电流值•,使负载电流从 0.5A 起源每隔 0.5A 一个电流步进,直到负载电流抵达 3A。每保养一次负载电 流值,在负载端用交换电压表并联在肆意两个负载臂的输入端,丈量这两相的线 电压有效值。留心每种线电压都要测到,在蜕变仿制负载的电阻时必要要保留各 个负载臂的平衡。 (2)衡量数据及数据处理 I 表2 17 输 入 198 电压 UUV UVW UWV 202 206 210 214 218 222 226 230 234 238 242 由表 2 可知输出负载电流 1.5A 恒定,和频率 50HZ 恒定•,输入电压在 198V-242V 之间变换时•,输出线电压的有效值维系在 V,最大偏差为 %。 II 表 3 负载电流 单位:A 0.5 UUV 单位:V UVW 单位:V 1•.0 1.5 2.0 2•.5 3.0 由表 3 可 知 输 入 电 压 保 持 220V 恒定,输出电压的频率 50HZ 不乱•,输出负载电流在 0.5A-3A 改造时, 输出线电压的有效值保持在 V•,最大误差为 %。 UWV 单位:V 3)变频电源输出电压、电流、频率和功率的测量 (1)衡量举措 改革自耦调压器的输入电压值,变化变频电源的输出频率。在各相的负载输 入端分辩用换取电压表,互换电流表测量该相的电压、电流有效值•,用示波器测 量相电压的输出频率,与式样测量的电压有效值、电流有效值、频率值比较••。功 率的衡量是创造在电压有效值•、电流有效值衡量的泉源上,每相的功率等于该相 电流与电压的有效值之积,变频电源的总功率等于三相各相的功率之和•。 (2)丈量数据及数据处分 表4 18 仪 表 测 量 值 系 统 测 量 值 U 相电流有效值 A U 相电压有效值 V V 相电流有效值 A V 相电压有效值 V W 相电流有效值 A W 相电压有效值 V 频率值 HZ 功率值 W U 相电流有效值 A U 相电压有效值 V V 相电流有效值 A V 相电压有效值 V W 相电流有效值 A W 相电压有效值 V 频率值 HZ 功率值 W 由表 4 判辨可知:变频电源式样能正确丈量该变频电源的输出电压、电流、 频率和功率 4)相电压失线)衡量步伐 将变频电源的输出进程契合的衰减后接到失真度考试仪,在同一输出电压 下••,改革输出频率,用失真度实验仪丈量各相相电压的失真度。改变输出电压, 再依照上述举措衡量几组数据••。 (2)测量数据及数据处理 表5 输 出 电 压 频率 HZ 50 60 70 80 90 100 峰值 2V 失真度 输 出 电 压 频率 HZ 峰值 10V 失真度 输 出 电 压 频率 HZ 峰值 60V 失线•.偏差了解 七.总结剖判与结论 按照本计划的理论解析与实质尝试收效讲明: 八.参考文献 19 [1]王兆安 黄俊.电力电子本领[M] .北京:呆板工业出版 社.2002 年第四版 [2]李瀚荪.电路认识来源[M] .北京:高级培养出版社.2002 年第四版 [3]邓星钟 朱承高.机电传动节制[M] .武汉:华中科技大 学出版社.2004 年第三版 [4]陈颖 张俊洪. SPWM 逆变电源的谐波阐发及欺压政策 [J]船 . 电本事.2005 年第一期 [5]Ed Palko.Living with Power System Harmonics[J].Plant Engineering.June 18.1992.Page48-53 [6] 朱晓琴.一种宽变频局限的数字式变频电源[J] .电气应 用.2005 年第 24 卷第二期 [7]张凯 张一飞.DDS 技术在变频电源中的安排[J] .数控 工夫.2004 年第四期 20

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