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我國變頻電源的發展趨勢如何

2018-10-29815

隨著電力事業的不斷發展,變壓器、發電機、等高壓電力設備的應用越來越廣泛。此類高壓電力設備的安裝驗收和年度檢修中,均需進行交流耐壓試驗項目,然而對這類電容性試品,采用常規工頻耐壓試驗,所需試驗設備和電源|穩壓器容量都非常大,在現場進行試驗難度也很大。對于同一試品而言,采用變頻諧振試驗方式,所需的電源容量和設備最小,重量也最輕。諧振試驗系統在試品擊穿時,諧振條件破壞,試品上電壓和電流隨之減小,這有助于保護諧振電源和試品的安全。因此變頻諧振耐壓試驗更適合現場應用。

變頻電源做為交流諧振耐壓試驗系統的核心部分,要求調壓、調頻獨立進行,輸出電壓0~400 V,頻率30~300 Hz,且穩定度高,還要求在現場環境下有較強的抗干擾能力。

1.控制系統實現

先進的控制策略、高性能的控制芯片和高速開關器件相結合是變頻電源發展的主流趨勢。在SP-WM波形生成中,已很少采用模擬方法,原因是該方法電路復雜、器件一致性差、輸出波形易受器件老化、外界干擾等因素的影響,因而可靠性差。數字方法在可靠性、靈活性、可控性等方面具有模擬方法無法比擬的優越性,所以本變頻電源采用Intel公司16位單片機80C196 MC作為控制核心,組成全數字化控制系統。80C196 MC是專門為電機高速控制所設計的一種真正16位單片機,廣泛應用于變頻控制中。它有獨具特色的波形發生器WFG、A/D轉換器、事件處理陣列EPA等,控制系統可大大簡化。


在調頻調壓控制技術發展的早期多采用PAM方式,因此,變頻電源逆變器輸出的交流電壓波形只能是方波,改變方波有效值,只能通過改變方波的幅值,即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型快速開關器件GTR、IGBT、MOSFET等的出現,才逐漸發展為PWM方式。由于調節PWM波的占空比即可調節電壓幅值,所以逆變環節可同時完成調壓和調頻任務,整流器無需控制,設備結構更簡單,控制更方便。輸出電壓由方波改進為PWM波,降低了輸出電壓的低次諧波含量。

2. 控制系統軟件設計
控制系統軟件采用C-196語言編制,軟件主要包括:主程序、電壓和頻率給定程序、波形中斷程序、電壓閉環控制程序(PI)、數字鎖相環程序及外部中斷程序等。

變頻電源主程序完成系統初始化及參數設定等功能,電壓和頻率給定程序,捕捉旋轉編碼器輸出的給定脈沖,進行給定計數和方向辨別。波形中斷程序為控制系統軟件的核心,中斷優先級最高,完成正弦數據表查詢、波形發生器數據重置、占空比計算等功能。電壓閉環子程序進行PI控制算法計算,實時調整SPWM脈沖波的占空比,達到穩定輸出電壓的目的。數字鎖相程序采用捕捉中斷,計算電壓和電流的相位差,并實時調整輸出頻率,直到電壓和電流同相。外部中斷程序響應各保護電路的保護信號,封鎖脈沖輸出,記憶故障參數。

3. 抗干擾措施
在硬件上采用磁平衡式電壓電流互感器進行強弱電隔離,信號傳輸采用屏蔽電纜,并一點接地。模擬信號在進入微處理器AD前進行多級濾波,最大限度消除虛假信號的侵入。控制板設計中,數字電路和模擬電路分開布置,數字地與模擬地采用一點連接,消除數字電路和模擬電路的相互干擾及地電位的不平衡。控制電源采用開關電源,加裝電源濾波器,濾除饋入的共模干擾信號。主控板采用電源監控芯片,監視電源電壓,出現電壓不穩時將系統復位。
軟件上,數字濾波消除脈沖干擾,采用80C196 MC微處理器中看門狗功能,在容易引起系統死循環或軟件顛覆的位置加入監視點,出現故障時系統自動復位。對可能引起電源輸出超限的位置加入極限判別語句,保證任何情況都不會出現變頻電源的不正常輸出。

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