各種電壓電流采樣電路設(shè)計(jì)

1、常用采樣電路設(shè)計(jì)方案比較配電網(wǎng)靜態(tài)同步補(bǔ)償器(DSTATCOM )系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示, 由圖2-1可知DSTATCOM的系統(tǒng)硬件大致可以分成三部分，即主電路部分、控制 電路部分、以及介于主電路和控制電路之間的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路。其中采樣電路包括3路交流電壓、6路交流電流、2路直流電壓和2路直流電流、電網(wǎng)電壓同步信號(hào)。3路交流電壓米樣電路即米樣電網(wǎng)三相電壓信號(hào)；6路交流電流米樣電路分別為電 網(wǎng)側(cè)三相電流和補(bǔ)償側(cè)三相電流的電流采樣信號(hào)；2路直流電壓和2路直流電流的 采樣電路DSTATCOM的橋式換流電路的直流側(cè)電壓信號(hào)和電流信號(hào)；電網(wǎng)電壓同步信號(hào)米樣電路即電網(wǎng)電壓同步信號(hào)信號(hào)調(diào)理TMS

2、320LF2407ADSP鍵盤(pán)顯示電路- mini- I i i i I i- n L-控制電路檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路主電路圖2-1 DSTATCOM系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖1.1常用電網(wǎng)電壓同步采樣電路及其特點(diǎn)1.1.1常用電網(wǎng)電壓采樣電路 1從D-STATCOM的工作原理可知，當(dāng)逆變器的輸出電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢 量幅值大小相等，方向相同時(shí)，連接電抗器內(nèi)沒(méi)有電流流動(dòng)，而D-STATCOM工作在感性或容性狀態(tài)都可由調(diào)節(jié)以上兩矢量的夾角來(lái)進(jìn)行控制，因此，逆變 器輸出的電壓矢量的幅值及方向的調(diào)節(jié)都是以電網(wǎng)電壓的幅值和方向作為參考 的，因此，系統(tǒng)電壓與電網(wǎng)電壓的同步問(wèn)題就顯得尤為重要。從圖2-2所示同步電路由三

3、部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng) 的輸出頻率，即該誤差可忽略不計(jì)。其中 91K，C4=15pF，則時(shí)間常數(shù)錯(cuò)誤! 未找到引用源。l ms因此符合設(shè)計(jì)要求；第二部分由電壓比較器LM311構(gòu)成， 實(shí)現(xiàn)過(guò)零比較；第三部分為上拉箝位電路，之后再經(jīng)過(guò)兩個(gè)非門(mén)，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能 力，滿足TMS320LF2407的輸入信號(hào)要求。1.1.2常用電網(wǎng)電壓采樣電路 2常用電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路 2如圖2-3所示ADMC401芯片的脈寬調(diào) 制PWM發(fā)生器有專(zhuān)門(mén)的PWMSYNC引腳，它產(chǎn)生與開(kāi)關(guān)頻率同步的脈寬調(diào)制 PWM的同步脈沖信號(hào)。圖2

4、-3同步信號(hào)發(fā)生電路2圖2-3中的輸入端信號(hào)取自a相的檢測(cè)電壓，經(jīng)過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路后得到正負(fù)兩個(gè)電平，隨后進(jìn)入光電隔離TLP521產(chǎn)生高電平和低電平進(jìn)入D觸發(fā)器MC14538的正的觸發(fā)使能輸入引腳 A,當(dāng)A為高電平時(shí)，輸出引腳Q輸出一個(gè) 脈沖，這個(gè)脈沖寬度由電阻 Ri。和電容C決定。當(dāng)然這里希望脈沖寬度越小越 好，否則將影響STATCOM的輸出電壓與其接入點(diǎn)電壓的同步。與此同時(shí)，可 以通過(guò)設(shè)置ADMC401的內(nèi)部寄存器PWMSYNCWT寄存器與信號(hào)脈沖相匹配2。1.1.3常用電網(wǎng)電壓采樣電路 3電網(wǎng)電壓同步電路可以實(shí)現(xiàn)精確的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，并輸出高電平，將輸出信號(hào)脈沖的上升沿輸入捕獲單元三即可獲得同

5、步信號(hào)3。圖2-4即為一種常見(jiàn)的電網(wǎng) 電壓同步信號(hào)產(chǎn)生電路。圖2-4同步信號(hào)產(chǎn)生電路3圖2-4所示同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、滑線變阻器和電壓比較器LM353組成的緩沖環(huán)節(jié)。第二部分由電壓比較器LM353構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比較。最后一部分為輸入 DSP系統(tǒng)箝位保護(hù)電路31.1.4常用電網(wǎng)電壓采樣電路4常用網(wǎng)電壓同步信號(hào)產(chǎn)生電路4如圖2-5所示:圖2-5同步信號(hào)產(chǎn)生電路 4圖2-5所示同步電路由兩部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該環(huán)節(jié)主要是濾除電網(wǎng)的毛刺干擾。濾 波電路造成的延時(shí)可在程序中補(bǔ)償。第二部分由電壓比較器LM311構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比

6、較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)環(huán)節(jié)來(lái)抑制干擾和信號(hào)的震蕩。1.1.5常用電網(wǎng)電壓采樣電路 5圖2-6所示同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該濾波環(huán)節(jié)主要是濾除電網(wǎng)的諧波 干擾。濾波電路造成的延時(shí)可在程序中補(bǔ)償起來(lái)。其中凡R34i=1 KQ ,C341=0uF; 第二部分由電壓比較器LM3II構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)來(lái)抑 制干擾和信號(hào)的振蕩o1.2常用交流電壓采樣電路及其特點(diǎn)1.2.1常用交流電壓采樣電路 1為了實(shí)現(xiàn)對(duì)STATCOM的控制，必須要檢測(cè)三相瞬時(shí)電壓Ua、Ub和Uc如下圖2-7為電路一相電壓采樣電路：Uo濾波補(bǔ)償電路a.

7、電壓轉(zhuǎn)換電路CHV-50Pcom CUa圖2-7交流電壓采樣電路圖電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路通過(guò)霍爾電壓傳感器 CHV-50P實(shí)現(xiàn)。CHV-50P型電壓傳感器輸出端與原邊電路是電隔離的，可測(cè)量直流、交流和脈動(dòng)電壓或小電流。磁補(bǔ)償式測(cè)量，過(guò)載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓測(cè)量時(shí)，傳感器 通過(guò)與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻Ru1與被測(cè)量電路并聯(lián)連接，輸出電流正比于原邊電壓。上圖電壓轉(zhuǎn)換電路為 a為單相電壓轉(zhuǎn)換電路，這里對(duì)電阻 Ru1和電 阻Ru2的選擇作一些說(shuō)明。由于CHV-50P的輸入額定電流In1為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是220V的 交流電壓，則Ru1=UI n1220V10mA=2.2

8、K Q(2.1)電阻Ru1消耗的功率P1為錯(cuò)誤！未找到引用源。 P =Uln1 =220勺0mA = 2.2W(2.2)因此電阻Ru1選擇阻值為2.2 k Q ,功率為5W的大功率電阻。另外為了抑制共 模干擾，在交流輸入側(cè)并聯(lián)了兩個(gè)電容 C。當(dāng)然為了更好地消除這些干擾，可 以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器，那么電阻 Rui的選擇就要對(duì)應(yīng)于經(jīng)過(guò) 隔離變壓器后電壓的改變而改變。由于CHV-50P的輸入額定電流In2為50mA，為了 ADMC40I的A/D轉(zhuǎn)換通 道檢測(cè)，必須把輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，所以在電壓傳感器的輸出側(cè)串聯(lián)了電阻 Ru2。ADMC401的A/D轉(zhuǎn)換通道檢測(cè)電壓范圍-2V+2V，貝

9、U2VRu2 =40 Q（2.3）50mA由于電阻Ru2消耗功率比較小，電阻Ru2選擇上對(duì)功率沒(méi)有特殊的要求。b.濾波補(bǔ)償電路由于電壓電流的檢測(cè)點(diǎn)就是 STATCOM接入電網(wǎng)的同一點(diǎn)，其諧波干擾還 是比較大的濾波補(bǔ)償電路。，那么三相電壓電流經(jīng)過(guò)各自的轉(zhuǎn)換電路后必須進(jìn)入 了濾波補(bǔ)償電路包含兩部分：一部分為RC濾波，另一部分為相位補(bǔ)償，如圖上 圖中所示5 o1.2.2常用交流電壓采樣電路 2此三相電壓采樣電路包括信號(hào)放大電路， 二階濾波電路，單極性轉(zhuǎn)換電路。 a.信號(hào)放大電路交流信號(hào)放大電路見(jiàn)圖2-8所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國(guó)內(nèi)最新的高精 度電壓互感器（SPT204A）。其中SPT204A實(shí)際上

10、是一款毫安級(jí)精密電壓互感器， 輸入額定電流為2mA，額定輸出電流為 2mA，線性范圍土 10mA，非線性度 0.1%，相移經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后小于 5 SCT254AZ是一款毫安級(jí)精密電流互感器， 輸入額定電流為5A，額定輸出電流為2.5mA，線性范圍020A，非線性度小于 0.1%，相移經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后小于5由于該電壓傳感器采用的為1:1電流變電流型， 所以要在電壓互感器前面加 R1,將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，而電流互感器就 不需要加電阻R1o這樣電壓互感器副邊輸出為電流信號(hào)，這與電流互感器副邊 輸出信號(hào)相似。交流信號(hào)放大電路工作原理可由下式表示：錯(cuò)誤！未找到引用源。（2.4）通過(guò)R2將傳感器輸出的電流信號(hào)

11、轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)圖2-8信號(hào)放大電路b.二階濾波電路圖2-9為二階濾波電路，截至頻率為 2.5KHZ。圖2-9二階濾波電路C.單極性轉(zhuǎn)換電路由于設(shè)計(jì)采用的DSP自帶的AD，其采樣要求輸入信號(hào)為03.3V，故接入 其引腳的信號(hào)電壓也不能超過(guò)3.3V所以必須對(duì)放大電路給出的雙極性信號(hào)做進(jìn)一步處理。單極性轉(zhuǎn)換電路如下圖2-10所示。圖2-10單極性轉(zhuǎn)換電路1.2.3常用交流電壓采樣電路 3交流電壓變送器以05 V的交流電壓作為輸出信號(hào)。因TMS320F2812的A/D 輸入信號(hào)范圍為03 V 因此必須添加合適的調(diào)理電路以滿足 A/D輸入的要求。交流電壓調(diào)理電路見(jiàn)圖2-11,由圖可知該電路由3部分組成：

12、第1部分為射極 跟隨器.以提高電路的輸入阻抗：第2部分是電壓偏移電路：第3部分為箝位限幅 電路，以保證輸出電壓信號(hào)在03 V，滿足TMS320F2812的A/D輸入信號(hào)范圍。1.2.4常用交流電壓采樣電路 4系統(tǒng)電壓經(jīng)過(guò)相應(yīng)的傳感器后，統(tǒng)一變換為適當(dāng)幅值的電壓信號(hào)，經(jīng)調(diào)理電路后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。圖2-12為采樣電路原理圖。圖2-12系統(tǒng)電壓的采樣電路從圖2-12可知，系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成，第一部分是由LF353的運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器，R131和C109是為了抑制干擾。第二部分為電平抬 升電路，將圍繞零電平波動(dòng)的信號(hào)提升為單極性信號(hào)， 第三部分進(jìn)行跟隨，第四 部分為進(jìn)入A/D前的保

13、護(hù)部分，防止信號(hào)異常導(dǎo)致 DSP芯片損壞4。1.2.5常用交流電壓采樣電路5相電壓檢測(cè)電路如圖2-13所示，該電路采用了運(yùn)算放大器加電壓跟隨器的方 式，電壓跟隨器起到了隔離作用，以便在 A/D入口前進(jìn)行阻抗匹配。在A/D入口 端采用二極管鉗位，防止A/D輸入電壓越界。來(lái)自檢測(cè)通道的電壓互感器的電流 號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)電壓平移后將交流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為03.3 V的單極性電壓信號(hào)接入DSP的A/D通道引腳。圖2-13相電壓采樣電路1.3常用交流電流采樣電路及其特點(diǎn)1.3.1常見(jiàn)交流電流采樣電路 1a.電流轉(zhuǎn)換電路圖2-14電流轉(zhuǎn)換電路，其中CT為霍爾電流傳感器DT50-P，它的性能也穩(wěn)定

14、可靠，易于安裝。如何選擇電阻 R比較簡(jiǎn)單，可以參考上面交流電壓轉(zhuǎn)換電 路，這里就不再贅述。+ 15VDT-50P-15VR2C1 丄C2R1IoTVS1|-,+電流轉(zhuǎn)換電路濾波補(bǔ)償電路圖2-14交流信號(hào)采樣電路DT-50P+ 15V-15V圖2-15電流轉(zhuǎn)換電路b.濾波補(bǔ)償電路由于電壓電流的檢測(cè)點(diǎn)就是 STATCOM接入電網(wǎng)的同一點(diǎn)，其諧波干擾還 是比較大的濾波補(bǔ)償電路。那么三相電壓電流經(jīng)過(guò)各自的轉(zhuǎn)換電路后必須進(jìn)入 了濾波補(bǔ)償電路包含兩部分：一部分為RC濾波，另一部分為相位補(bǔ)償，如圖2-165所示。TVS1R3R1R2R1圖2-16濾波補(bǔ)償電路+R1 匯 C1Io1.3.2常見(jiàn)交流電流采樣電路

15、 2a.信號(hào)放大電路交流信號(hào)放大電路見(jiàn)圖2-17所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國(guó)內(nèi)最新的高精 度電流互感器（SCT254AZ）。SCT254AZ是一款毫安級(jí)精密電流互感器，輸入額 定電流為5A，額定輸出電流為2.5mA，線性范圍020A，非線性度0.1%，相 移經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后小于5因電流互感器輸出的是電流信號(hào)，故電流互感器就不需 要加電阻R1。圖2-17電流信號(hào)放大電路b.二階濾波電路圖2-18為二階濾波電路，截至頻率為 2.5KHZ圖2-18二階濾波電路C.單極性轉(zhuǎn)換電路由于設(shè)計(jì)采用的DSP自帶的A/D ,其采樣要求輸入信號(hào)為03.3V,故接入 其引腳的信號(hào)電壓也不能超過(guò)3.3V所以必須對(duì)放大電路給

16、出的雙極性信號(hào)做進(jìn)一步處理。單極性轉(zhuǎn)換電路如下圖 2-19所示。圖2-19單極性轉(zhuǎn)換電路1.3.3常見(jiàn)交流電流采樣電路3相電流檢測(cè)電路如圖2-20和所示，該電路采用了運(yùn)算放大器加電壓跟隨器 的方式，電壓跟隨器起到了隔離作用，以便在 A/D入口前進(jìn)行阻抗匹配。在 A/D入口端采用二極管鉗位，防止 A/D輸入電壓越界。來(lái)自檢測(cè)通道的電流互 感器的電流號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)電壓平移后將交流量信號(hào)轉(zhuǎn)換 為03.3V的單極性電壓信號(hào)接入 DSP的A/D通道引腳。1I.H圖2-20相電流檢測(cè)電路1.3.4常見(jiàn)交流電流采樣電路4霍爾電流傳感器以-100+100 mA的交流電流作為輸出信號(hào)，TMS3

17、20F2812 的A/D輸入信號(hào)范圍為03 V 因此必須添加合適的調(diào)理電路以滿足 A/ D輸入 的要求。交流電流調(diào)理電路見(jiàn)圖2-21與交流電壓調(diào)理電路不同的是第1部分是 經(jīng)電容C4濾波后流經(jīng)精密采樣電阻尺 ，將電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，第2部分是 由運(yùn)放構(gòu)成的反相器：第3部分為箝位限幅電路，以保證輸出電壓信號(hào)在03 V, 滿足TMS320F2407的A/D輸入信號(hào)范圍。CD圖2-21交流電流信號(hào)采樣電路1.3.5常用交流電流采樣電路 5電流采集采用TA1014-2K臥式穿芯微型精密交流電流互感器，其額定輸入 為5A，額定輸出為2.5mA,工作頻率范圍為20Hz20kHz，相移小于5線性 范圍大于

18、10A，非線性度小于0.1%，是比較理想的交流電流檢測(cè)器件。圖 2-22 為電流采集電路原理圖。圖2-22交流電路采樣電路由于DSP的A/D輸入信號(hào)范圍為03.3V，而經(jīng)電流互感器測(cè)得的電流信 號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)化后變成-1.5V+I.5V的交流信號(hào)，故對(duì)其進(jìn)行了 1.5V的平移9。1.4常用直流電壓采樣電路及其特點(diǎn)1.4.1常用直流電壓采樣電路1a.直流電壓傳感器采用LEM公司的電壓傳感器LV100。LV100為霍爾效應(yīng)的閉 環(huán)電壓傳感器，所以有非常良好的原副邊隔離作用，可測(cè)的電壓范圍為100V2500V。圖2-23為直流電壓采樣電路圖。電壓傳感器 LV100有如下優(yōu)點(diǎn)： 精度高；線性度好；頻帶寬；抗干

19、擾能力強(qiáng)10 o+LV100圖2-23直流電壓采樣傳感器電壓傳感器LV100的原邊額定有效電流為10mA,在原邊為額定電流時(shí)傳感 器精度最高。采樣電阻R1 =80千歐，按原副邊1:5的變比設(shè)計(jì)，副邊電流為50 mA， 副邊采樣電阻為150歐，原邊電壓為800V時(shí)副邊電壓為7.5V o副邊信號(hào)經(jīng)二階濾波電路以減小干擾，由于采樣直流信號(hào)，濾波器截止頻率可以選取的較低, 實(shí)際設(shè)計(jì)的濾波器截止頻率為2k Hz。b.電壓檢測(cè)電路圖2-24電壓檢測(cè)電路1霍爾電壓傳感器及采樣電阻采集的直流電容電壓從Ude端輸入圖2-24的模擬電路,經(jīng)電位器調(diào)節(jié)使U16A的3腳變化范圍限制在03.3V,同時(shí)用RC濾波器濾 除

20、輸入信號(hào)的噪聲，03.3V的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器，電壓跟隨器可保證在 進(jìn)行電阻匹配時(shí)防止其輸入輸出電路的電阻干擾。電壓跟隨器輸出接的R64=51歐。電阻是DSP接口的電阻要求，DSP接口端的串聯(lián)二極管是為了確保輸入 DSP的電平限制到03.3V3。1.4.2常用直流電壓采樣電路2直流電壓的采樣電路與交流電壓采樣電路略有不同，如圖2-25所示:圖2-25直流電壓采樣電路 2直流電壓與交流電壓采樣電路不同主要有兩點(diǎn)，其一，因?yàn)閭鞲衅鞑煌?，前?采用直流電壓霍爾，輸出信號(hào)為電流信號(hào)，后者為電壓變送器，輸出信號(hào)為交流信號(hào)，因此直流采樣電路前端需接地電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；其二，前者信號(hào)為直流信

21、號(hào)的，后者為交流信號(hào)的，因此，直流電壓采樣不用電壓偏 移。1.4.3常用直流電壓采樣電路 3直流側(cè)電容電壓的采集是經(jīng)過(guò)兩個(gè)電阻分壓后， 接二個(gè)電壓跟隨器，同樣電 壓跟隨器起防止電壓沖擊的作用。輸出端加入鉗位二極管，把電壓鉗制在 3.3V 以?xún)?nèi)，輸出信號(hào)接入DSP的ADCIN端口，如圖2-26所示9:圖2-26直流電壓采樣電路31.4.4常用直流電壓采樣電路4目前，對(duì)于直流電壓的精確檢測(cè)基本上都是基于磁補(bǔ)償原理進(jìn)行的，又因 為本系統(tǒng)直流側(cè)電壓值較高，而直流電壓傳感器本身電流又很小，故從采用均 壓以后的電容器組上，可以只采一定比例的直流電壓，不會(huì)影響測(cè)量精度，同 時(shí)還保證了器件的安全性。作為磁補(bǔ)償

22、的結(jié)果，傳感器輸出信號(hào)為一精確的電 流信號(hào)，直流電壓采樣電路設(shè)計(jì)如圖 2-27所示：圖2-27系統(tǒng)直流電壓采樣電路41.4.5常用直流電壓采樣電路5因直流電路對(duì)電壓的精度要求低，對(duì)直流電壓的采樣電路直接用 DSP內(nèi)部的A/D，如圖2-28所示：圖2-28系統(tǒng)直流電壓采樣電路5直流電壓與交流電壓采樣電路不同主要有兩點(diǎn)：其一，因?yàn)閭鞲衅鞑煌?，前者?用直流電壓霍爾，輸出信號(hào)為電流信號(hào)，后者為電壓變送器，輸出信號(hào)為交流 信號(hào)，因此直流采樣電路前端需接地電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；其二，前者信號(hào)為直流信號(hào)，后者為交流信號(hào)，因此選用的 A/D精度和類(lèi)型不一樣。1.5常用直流電流采樣電路及其特點(diǎn)直流電流

23、采樣電路設(shè)計(jì)與直流電壓采樣電路完全一樣，只是前端的采樣器件不同，這些器件對(duì)用戶的接口統(tǒng)一為電流信號(hào)，這里就不再討論。2采樣電路設(shè)計(jì)上一章寫(xiě)到3路交流電壓、6路交流電流、2路直流電壓和2路直流電流、電網(wǎng) 電壓同步信號(hào)的采樣電路的各種常見(jiàn)采樣電路，可以看出采樣電路的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但如何設(shè)計(jì)出自己需要的采樣電路，這將是下面要討論的問(wèn)題。2.1電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路設(shè)計(jì)DSTATCOM的工作與同步信號(hào)有密切的關(guān)系，所有的動(dòng)作都要以同步信號(hào) 作為參考，故硬件上的同步電路是不可或缺的。同步信號(hào)的產(chǎn)生有多種方法。 第一種方法為最簡(jiǎn)單的過(guò)零同步，即對(duì)系統(tǒng)三相電壓進(jìn)行處理后取出一相基波 正序電壓作為同步信

24、號(hào)，把該同步信號(hào)的過(guò)零時(shí)刻作為脈沖發(fā)生器的同步點(diǎn)， 通過(guò)測(cè)量連續(xù)兩個(gè)正向過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間作為周期計(jì)算出同步信號(hào)的頻率，因此只能一個(gè)周期測(cè)得一次頻率，在系統(tǒng)頻率突變時(shí)，容易因無(wú)法跟蹤系統(tǒng)頻率變化而使DSTATCOM過(guò)流。第二種方法為采用鎖相環(huán)技術(shù)，由于在同步信號(hào) 頻率突變時(shí)鎖相環(huán)具有較長(zhǎng)的延時(shí)，因此也容易導(dǎo)致DSTATCOM過(guò)流。第三種方法為采用“虛擬轉(zhuǎn)子”法，對(duì)三相同步電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到脈沖的同 步點(diǎn)和同步信號(hào)的頻率。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)量同步信號(hào)的頻率， 從而使脈沖發(fā)生器在系統(tǒng)同步信號(hào)發(fā)生突變時(shí)能保持與系統(tǒng)同步，保證 DSTATCOM不因同步信號(hào)的突變而過(guò)流。由于設(shè)計(jì)要求不是特

25、別高，本裝置采 用第一種方法得到同步信號(hào)。圖3-1 D-STATCOM系統(tǒng)同步電路如圖3-1可知，同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小DSTATCOM系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該環(huán)節(jié)主要是濾除 去電網(wǎng)的噪聲干擾，該濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的輸出頻率，即該誤 差可忽略不計(jì)。其中Ri=1000 1，Ci=0.1uF則時(shí)間常數(shù)T=RC=1錯(cuò)誤！未找到引用源。10*S1 mS,因此符合設(shè)計(jì)要求，且濾波電路中造成的延時(shí)可在程序 中補(bǔ)償。第二部分由電壓比較器LM311構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè) 滯環(huán)環(huán)節(jié)來(lái)抑制干擾和信號(hào)的震蕩。第三部分為上拉箱位電路，之后再經(jīng)過(guò)兩

26、 個(gè)非門(mén)，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，滿足 TMS320LF2407的輸入信號(hào)要求。2.2交流電壓采樣電路設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路通過(guò)霍爾電壓傳感器 CHV-50P實(shí)現(xiàn)，如圖3-2所示。CHV-50P 型電壓傳感器輸出端與原邊電路是電隔離的，可測(cè)量直流、交流和脈動(dòng)電壓或 小電流。磁補(bǔ)償式測(cè)量，過(guò)載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓測(cè) 量時(shí)，傳感器通過(guò)與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻 Ru1與被測(cè)量電路并聯(lián)連接，輸出電流正比于原邊電壓。+15VUaRuiJCOMtCU a(out)CHV-50P-15VRu2圖3-2電壓轉(zhuǎn)換電路220V 的(3.1)由于CHV-50P的輸入額定電流Ini為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是

27、 交流電壓，則Rui = =2.2kQINi I0mAPi=220V X 10 mA=2.2KW電阻Rui消耗的功率Pi,為(3.2)因此電阻Rui選擇阻值為2.2 K，功率為5W的大功率電阻。另外為了抑制共模干擾，在交流輸入側(cè)并聯(lián)了兩個(gè)電容C。當(dāng)然為了更好地消除這些干擾，可以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器，那么電阻Rui的選擇就要對(duì)應(yīng)于經(jīng)過(guò)隔 離變壓器后電壓的改變而改變。由于CHV-50P的輸入額定電流In2為50mA，為了交流電壓采樣電路檢測(cè)，必須把輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，所以在電壓傳感器的輸出側(cè)串聯(lián)了電阻 Ru2。交流電壓采樣電路采樣電壓范圍-5V+5V，則尺21 N25VI00.150m

28、A(3.3)由于電阻Ru2消耗功率比較小，電阻 R.2選擇上對(duì)功率沒(méi)有特殊的要求。根據(jù)選用的電壓傳感器，交流電壓采樣電路如圖3所示：圖3-3交流電壓采樣電路從圖3-3可以看出系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成，第一部分是由 TL084的運(yùn)放構(gòu)成的射極跟隨器，其中R3和C4是說(shuō)為了抑制干擾，且時(shí)間常數(shù)T=RC=1000 220pF=2.2 10S1 ms,符合實(shí)際要求；第二部分是由兩個(gè)電阻 和一個(gè)電壓源組成的電壓偏移電路，因目標(biāo)信號(hào)為交流信號(hào)，而經(jīng)過(guò)霍爾傳感 器采樣得出的信號(hào)也為交流信號(hào) 0士 5V，而系統(tǒng)CPU的A/D輸入電平要求為 03.3V,因此，需要進(jìn)行電壓偏移，該電路原理簡(jiǎn)單，不再贅述

29、。第三部分也 為射極跟隨器;第四部分為箝位限幅電路，保證采樣信號(hào)的幅值在03.3V之間, 滿足TMS320LF2407的輸入信號(hào)要求。采樣電路中，經(jīng)常用到電壓跟隨器，電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電 壓與輸入電壓是相同的，就是說(shuō)，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近1。電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來(lái)說(shuō)，輸入阻 抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更 低。在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。因?yàn)椋妷悍糯笃鞯妮敵?阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那 么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這

30、個(gè)時(shí)候，就需要電壓 跟隨器來(lái)從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個(gè)好 處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高 品質(zhì)的電容提供了前提保證。電壓跟隨器的另外一個(gè)作用就是隔離。2.3交流電流采樣電路設(shè)計(jì)1.電流轉(zhuǎn)換電路參考上面常見(jiàn)交流電流采樣電路的設(shè)計(jì)，傳感器選擇霍爾電流傳感器DT50-P，它的性能也穩(wěn)定可靠，易于安裝。如何選擇電阻 R8的阻值，根據(jù)后面 交流信號(hào)調(diào)理電路的輸入要求而定，調(diào)理電路需輸入-5V+5V的交流電壓信號(hào), 則：(3.4)R8=U1 N即可確定R8的阻值+ 15VI 02DT-50P-15V 口 R8圖3-4電流轉(zhuǎn)換電路在圖3-5中，電流實(shí)際值經(jīng)過(guò)霍爾傳感器及采樣電阻后，轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)(Io2)，此5V信號(hào)是反向的。Io2先進(jìn)行濾波處理，濾除噪聲干擾其中濾波電阻 電容的選擇應(yīng)該滿足時(shí)間常數(shù)小于 1ms的要求，因此可選R9為100千歐，C6 為220pF;再經(jīng)過(guò)理想運(yùn)算放大器的電壓并聯(lián)負(fù)反饋將Io2轉(zhuǎn)換成-3.3V +3.3V的信號(hào);經(jīng)過(guò)3.3V的電平抬升電路及平均處理使得電壓跟隨器的輸入為03.3