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、以與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路交流電壓采樣電路即采樣電網(wǎng)三相電壓信號(hào)；6路交流電流采樣電路分別為電網(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)采樣電路即電網(wǎng)電壓同步信號(hào)。主電路電路

2、控制電路11Ni電壓電-J1V4|流信號(hào)驅(qū)動(dòng) 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)電壓同步采樣電路與其特點(diǎn)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進(jìn)行控制，因此，逆變器輸出的電壓矢量的幅值與方向的調(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)電壓的同步問題就顯得尤為重要。圖2-2同步信號(hào)產(chǎn)生電路1從圖2-2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

3、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R5=1 K ,C4 = 15pF， 則時(shí)間常數(shù)-:- Yvl 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)過零比較；第三部分為上拉箝位電路， 之后 再經(jīng)過兩個(gè)非門，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，滿足TMS320LF2407的輸入信號(hào)要 求1。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)生器有專門的PWMSYNC引腳，它產(chǎn)生與幵關(guān)頻率同步的脈寬調(diào)制PWM的同步脈沖信號(hào)圖2-3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

4、壓，經(jīng)過過零檢測(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。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步信號(hào)。圖2-4即為一種常見的電網(wǎng)電壓同步信號(hào)產(chǎn)生電路。h圖2-4同步信

5、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)過零比較。最后一部分為輸入DSP系統(tǒng)箝位保護(hù)電路3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)過零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)環(huán)節(jié)來抑制干擾和信號(hào)的震蕩0常用電網(wǎng)電壓采樣電路 5圖2-6所

6、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。其中凡R341 =1 KQ，C34i=0.luF;第二部分由電壓比較器 LM3II構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)來抑制干擾和信號(hào)的振蕩2 0圖2-6同步信號(hào)產(chǎn)生電路51.2常用交流電壓采樣電路與其特點(diǎn) 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:a.電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路濾波補(bǔ)償電路圖2-7交流電壓采樣電路圖電壓轉(zhuǎn)換電路

7、通過霍爾電壓傳感器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)，傳感器通過與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻Rui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 Rui和電阻Ru2的選擇作一些說明。由于CHV-50P的輸入額定電流Ini為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是220V的交流電壓，則Rui=U1 ni220V=2.2K Q10mA(2.1)電阻Rui消耗的功率Pi為p UIni 220 iOmA 2.2W(2.2)因此電

8、阻Rui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 Co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 ADMC401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 , 則(2.3)由于電阻 Ru2 消耗功率比較小， 電阻 Ru2 選擇上對(duì)功率沒有特殊的要 求。b.濾波補(bǔ)償電路由于電壓電流的檢測(cè)

9、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 。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)放大電路見圖 2-8 所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國內(nèi)最新 的高精度電壓互感器 (SPT204A) 。其中 SPT204A 實(shí)際上是一款毫安級(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 ±10mA ，非線性度 &l

10、t;0.1% ，相移經(jīng)過補(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Ri，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Ri。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:(2.4)通過R2將傳感器輸出的電流信號(hào)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

11、.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)換電路常用交流電壓采樣電路 3交流電壓變送器以05V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)理電路見圖2-11 ,由圖可知該電路由3部分組成：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

12、證輸出電壓信號(hào)在03 V，滿足TMS320F2812的A/D輸入信號(hào)范圍"I o圖2-11交流電壓信號(hào)調(diào)理電路常用交流電壓采樣電路4系統(tǒng)電壓經(jīng)過相應(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前的保護(hù)部分，防止信號(hào)異常導(dǎo)致DSP芯片損壞4 o125常用交流電壓采

13、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03.3V的單極性電壓信號(hào)接入DSP的A/D通道引腳8 o-T圖2-13相電壓采樣電路1.3常用交流電流采樣電路與其特點(diǎn) 常見交流電流采樣電路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

14、路，這里就不再贅述。|+15V11!DT-50P1R11|HI1-15V r:Ao C11 1Ri奄一C2lR1+濾波補(bǔ)償電路Io電流轉(zhuǎn)換電路圖2-14交流信號(hào)采樣電路 +15VDT-50P -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2-16所示5 oR3R1R2圖2-16濾波補(bǔ)償電路132常見交流電流采樣電路 2 a.信號(hào)放大電路交流信號(hào)放大電路見圖2-17所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為

15、國內(nèi)最新 的高精度電流互感器（SCT254AZ） o 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Ri o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2-19所

16、示。圖2-19單極性轉(zhuǎn)換電路常見交流電流采樣電路 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8 o圖2-20相電流檢測(cè)電路134常見交流電流采樣電路 4霍爾電流傳感器以-100+100mA的交流電流作為輸出信號(hào)，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

17、足A/D輸入的要求。交流電流調(diào)理電路見圖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。圖2-21交流電流信號(hào)采樣電路135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

18、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與其特點(diǎn)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；抗干擾能力強(qiáng)10+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

19、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Ri =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。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霍爾電壓傳感器與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濾波器濾除輸入信號(hào)的噪聲，03.3V的電壓信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器，電壓跟隨器可保證在進(jìn)行電阻匹配時(shí)防

20、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03.3V 3 o142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?，前者采用直流電壓霍爾?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 o常用直流電壓采樣電路3直

21、流側(cè)電容電壓的采集是經(jīng)過兩個(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以內(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3144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?yàn)楸鞠到y(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?shù)慕Y(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

22、統(tǒng)直流電壓采樣電路 4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: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罢卟捎弥绷麟妷夯魻枺?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精度和類型不一樣2。1.5常用直流電流采樣電路與其特點(diǎn)直流電流采樣電路設(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

23、章寫到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號(hào)，把該同步信號(hào)的過零時(shí)刻作為脈 沖發(fā)生器的同步點(diǎn)，通過測(cè)量連續(xù)兩個(gè)正向過零點(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

24、測(cè)得一次頻率，在系統(tǒng)頻率突變時(shí)，容易因無法跟蹤系統(tǒng)頻率變化而使 DSTATCOM過流。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)的突變而過流。由于設(shè)計(jì)要求不是特別高， 本裝置采用第一種方法得到 同步信號(hào)。->TnT±Ti-.圖3-1 D-STATCOM 系統(tǒng)同步電路如圖3-1

25、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, Ci=0.1 uF則時(shí)間常數(shù)T=RC=1 104Sv<1 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)過零比 較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)環(huán)節(jié)來抑制干擾和信號(hào)的震蕩。第三部分為上拉箱位電路，之后再經(jīng)過兩個(gè)非門，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，滿足TMS320LF2407 的輸入信號(hào)要求。2.2交流電壓米樣電路設(shè)

26、計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路通過霍爾電壓傳感器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。UaRu1T C+15VU a(out)COMCHV-50P-15V n Ru2圖3-2電壓轉(zhuǎn)換電路由于CHV-50P的輸入額定電流Im為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是220V的交流電壓，則Ru1 =UI N1220V10mA=2.2kQ(3.1)電阻Ru1消耗的功率Pi，為(3.2)

27、Pi=220V X10 mA=2.2KW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 Co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Rj2U1 N25V50mA100(3.3)由于電阻Ru2消耗功率比較小，電阻Ru2選擇上對(duì)功率沒有特殊的要求。根據(jù)選

28、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是說為了抑制干擾，且時(shí)間常數(shù) T=RC=10000220pF=2.2 10 6S<<1 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。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

29、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， 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 般來說， 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?？?以到幾歐姆，甚至更低。在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)與隔離級(jí)。 因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高， 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。 在這個(gè)時(shí)候， 就需要電壓跟隨器來

30、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(3.4)交流電壓信號(hào)，貝y：即可確定R8的阻值DT-50P+ 15VI 02-15V 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)過霍爾傳感器與采樣電阻后，轉(zhuǎn)換成 5V 電壓信號(hào)（1。2），此5V信號(hào)是反向的。1。2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3.3V的電平抬升電路與平均處理 使得電壓跟隨器的輸入為 03.3