一種基于MSP430F2002的數字式單相正弦波變頻電源

摘要：本設計實現(xiàn)了一種基于MSP430F2002的數字式單相正弦波變頻電源，文中對其軟硬件設計、器件參數計算以及設計、測試過程進行了詳細的描述。該變頻電源的供電電源為36V蓄電池，由MSP430F2002完成了SPWM信號產生、電壓幅度和頻率調制的功能，經單相逆變電路和LC濾波電路得到電壓幅度在0V到30V、頻率在1Hz到70Hz之間可調、最大負載電流為1A的正弦交流輸出信號，可滿足過套管電阻率測井儀器的現(xiàn)場需求，測試結果表明使用MSP430F單片機是實現(xiàn)低功耗、低成本、高可靠性儀器設計的最佳選擇。
關鍵詞：變頻電源；MSP450F2002；正弦脈寬調制

1 過套管電阻率測井原理
地層電阻率是評價儲層含烴量必不可少的要素。地層電阻率主要取決于所含的液體。含導電鹽水的地層電阻率要比充滿烴類的低得多，因而電阻率的測量對于定位烴類礦層具有不可替代的工程價值。傳統(tǒng)的電阻率測量是在裸眼井中進行，如果油井下過金屬套管后，由于金屬套管的電阻率與地層電阻率相比是極微小的(地層的電阻率在1Ω?m～1000Ω?m，而金屬套管的電阻率的典型值為2×10-7Ω?m)。因此，傳統(tǒng)的電阻率測井儀器無法實現(xiàn)對地層電阻率的測量，有必要發(fā)展過套管地層電阻率測井儀器。該儀器通過測量套管上的微小的電壓降，達到測量地層電阻率的目的。過套管電阻率測井原理就是在套管內通過測量套管上的電壓降從而達到測量地層電阻率目的。測量原理如圖l所示。如果有電流被注入套管，大部分電流會沿套管向上或向下流動，只有一小部分的電流泄露到周圍地層。如果我們能估計在△z長度范圍內泄露電流的大小△I，這樣可以計算出地層的電阻率，公式如下：

為了求出地層電阻率，要求提供一種電壓幅度在0～30V、頻率在l～70Hz之間可調、最大負載電流為1A的單相交流變頻激勵電源。本設計的目的就是利用MSP430F單片機實現(xiàn)一種便于蓄電池供電、現(xiàn)場攜帶的低功耗、低成本、低畸變、高可靠性的單相交流變頻激勵電源，以滿足現(xiàn)場之急需，對于過套管電阻率測井方法在現(xiàn)場的推廣應用有著重要意義。

2 該設計的原理框圖和性能指標
綜上所述，該設計的原理框圖如圖2所示。

按圖2所示的原理框圖在PSIM仿真環(huán)境下構造的電路圖及其仿真結果如圖3和圖4所示，由仿真結果可見該原理框圖具有可行性，對于設計有指導意義。

本設計的性能指標：
系統(tǒng)輸入：
額定電壓：36VDC(蓄電池)
系統(tǒng)輸出：
(1)輸出電壓：0～30V
(2)輸出電流：IRMS≥1A
(3)輸出頻率：1～70Hz
(4)頻率精確度：士1％
(5)諧波失真度：≤3％
(6)效率：≥85%
工作環(huán)境：溫度0℃～65℃，濕度≤90％(25℃)