大功率試驗(yàn)變頻電源研究與應(yīng)用

　　2　控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　先進(jìn)的控制策略、高性能的控制芯片和高速開關(guān)器件相結(jié)合是變頻電源發(fā)展的主流趨勢(shì)。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(fù)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(shù)字方法在可靠性、靈活性、可控性等方面具有模擬方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性,所以本變頻電源采用Intel公司16位單片機(jī)80C196 MC作為控制核心,組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)。80C196 MC是專門為電機(jī)高速控制所設(shè)計(jì)的一種真正16位單片機(jī),廣泛應(yīng)用于變頻控制中。它有獨(dú)具特色的波形發(fā)生器WFG、A／D轉(zhuǎn)換器、事件處理陣列EPA等,控制系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化。

　　4路SPWM脈沖控制信號(hào)由三相波形發(fā)生器WFG產(chǎn)生,輸出電壓和電流相位脈沖信號(hào)輸入2路EPA捕捉口,進(jìn)行相位差檢測(cè)。2個(gè)接觸器JC1和JC2由主控板控制,完成啟動(dòng)和保護(hù)功能。6路十位A／D轉(zhuǎn)換器完成輸出電壓電流、直流母線電壓電流和高壓量的采集變換。顯示和故障記憶單元接入由4個(gè)EPA口構(gòu)成的串行總線。

　　3　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)軟件采用C－196語(yǔ)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(huán)控制程序（PI）、數(shù)字鎖相環(huán)程序及外部中斷程序等。

　　控制軟件的首要任務(wù)是產(chǎn)生SPWM脈沖,為了節(jié)省機(jī)時(shí),提高運(yùn)行速度,首先構(gòu)造正弦波數(shù)據(jù)表。正弦數(shù)據(jù)表具有反對(duì)稱性,即sinα＝－sin（－α）,因此只要建立0°～180°的正弦數(shù)據(jù)表即可使用。由0°開始,每隔0．15°安排1項(xiàng)數(shù)據(jù),直到179．5°,共計(jì)1200項(xiàng)數(shù)據(jù),存入EPROM中。軟件運(yùn)行時(shí),循環(huán)查詢正弦表數(shù)據(jù),控制波形發(fā)生器WFG即可產(chǎn)生所需的SPWM控制脈沖。

　　變頻電源主程序完成系統(tǒng)初始化及參數(shù)設(shè)定等功能,電壓和頻率給定程序,捕捉旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的給定脈沖,進(jìn)行給定計(jì)數(shù)和方向辨別。波形中斷程序?yàn)榭刂葡到y(tǒng)軟件的核心,中斷優(yōu)先級(jí)最高,完成正弦數(shù)據(jù)表查詢、波形發(fā)生器數(shù)據(jù)重置、占空比計(jì)算等功能。電壓閉環(huán)子程序進(jìn)行PI控制算法計(jì)算,實(shí)時(shí)調(diào)整SPWM脈沖波的占空比,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。數(shù)字鎖相程序采用捕捉中斷,計(jì)算電壓和電流的相位差,并實(shí)時(shí)調(diào)整輸出頻率,直到電壓和電流同相。外部中斷程序響應(yīng)各保護(hù)電路的保護(hù)信號(hào),封鎖脈沖輸出,記憶故障參數(shù)。

　　4　抗干擾措施

　　在硬件上采用磁平衡式電壓電流互感器進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離,信號(hào)傳輸采用屏蔽電纜,并一點(diǎn)接地。模擬信號(hào)在進(jìn)入微處理器AD前進(jìn)行多級(jí)濾波,最大限度消除虛假信號(hào)的侵入。控制板設(shè)計(jì)中,數(shù)字電路和模擬電路分開布置,數(shù)字地與模擬地采用一點(diǎn)連接,消除數(shù)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(guān)電源,加裝電源濾波器,濾除饋入的共模干擾信號(hào)。主控板采用電源監(jiān)控芯片,監(jiān)視電源電壓,出現(xiàn)電壓不穩(wěn)時(shí)將系統(tǒng)復(fù)位。

　　軟件上,數(shù)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(tǒng)死循環(huán)或軟件顛覆的位置加入監(jiān)視點(diǎn),出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。對(duì)可能引起電源輸出超限的位置加入極限判別語(yǔ)句,保證任何情況都不會(huì)出現(xiàn)變頻電源的不正常輸出。

　　5　結(jié)束語(yǔ)

　　根據(jù)以上原則研制開發(fā)的大容量試驗(yàn)變頻電源已在現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)中成功應(yīng)用,取得良好效果。該電源體積小、重量輕、輸出功率大,輸出電壓和頻率穩(wěn)定度高,可方便地組成串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)變壓器、發(fā)電機(jī)、GIS和高壓交聯(lián)聚乙烯電纜等容性設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn),可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)基建和修試單位的設(shè)備安裝和檢修試驗(yàn)等工作中。