基于FPGA的高壓交聯電纜測試電源的研制

由于一開始逆變器工作需要驅動脈沖，因此必須先給一個他激頻率信號，經過死區產生環節和PWM產生環節產生4路PWM波形來驅動全橋逆變，此時選擇器的開關信號為0。當逆變電路工作使得負載側電流達到一定的值后，選擇器開關信號變為1，電路由他激模式轉換為自激模式，取樣負載側電流經過數字鎖相環后再產生4路PWM波來驅動全橋逆變。
本控制部分的核心是全數字化的鎖相環，由圖5可知，它由數字鑒相器、數字環路濾波器和數控振蕩器組成，其中數字環路濾波器是由K變模可逆計數器構成，數控振蕩器是由脈沖加減電路和除N計數器構成。K變?？赡嬗嫈灯骱兔}沖加減電路的時鐘分別設為Mfc和2Nfc，fc為環路的中心頻率，一般情況下取M和N為2的整數冪。
數字鑒相器是用來比較逆變負載側反饋信號Fin和除N計數器的輸出信號Fout的相位差，因為該系統采用串聯諧振型電路，其逆變負載側電流的高次諧波分量小，基波分量最大，因此Fin取自負載側的電流。數字鑒相器的輸出信號uo是Fin和Fout的異或信號，它直接輸入到K變模可逆計數器，作為可逆計數器的方向脈沖。當uo為高電平時，計數器做減運算，當減至零時，輸出一個借位脈沖r2；當uo為低電平時，計數器做加運算，當加到設置的K值時，輸出一個進位脈沖r1。r1和r2信號分別輸入到脈沖加減電路的inc端和dec端，當沒有進位或借位信號時，電路僅對輸入時鐘進行二分頻；當有進位信號時，就在輸入時鐘中插入半個脈沖；當有借位信號時，就在輸入時鐘中減去半個脈沖，再將輸出信號dout進行N分頻，以此來調節Fout的頻率來跟蹤輸入信號Fin的頻率。瞬時頻率與瞬時相位的關系為：ω(t)=dφ(t)／dt。若鎖相環的Fin與Fout的頻率差為△ω(t)，相位差是△φ(t)，則△ω(t)=d△φ(t)／dt?？梢?，若要實現Fin與Fout的頻率相等，只要兩者的相位差△φ(t)為一個恒定不變的常數即可。

5 測試結果與分析
試驗中，應使用專業的接地線將需要接地的各部件連接到地，不要隨便延長接地線的長度，特別注意的是調頻控制箱和勵磁變壓器的接地端到專用地線組的距離應盡可能短。高壓設備應盡量靠近被試品，并與周圍其他物體保持一定的空間距離。小容量試品試驗時，應盡可能使高壓引線固定，減小分布電容，有利于試驗電壓的穩定。

測試中，直接用電容代替電力電纜，為保證Q值和頻率范圍，取C=1μF，L=0．7 H，理論計算諧振頻率f=190 Hz。啟動自動頻率跟蹤控制后，驅動脈沖如圖6a所示。可知，兩路脈沖有明顯的死區時間，有效地避免了在逆變電路中，同橋臂的上下兩只開關管同時導通而出現短路大電流，燒毀開關管的情況發生。變換器輸出電壓uo波形(探頭衰減10倍)和被試電容兩端的電壓uC波形如圖6所示，頻率在190．3 Hz時，測試的電容兩端電壓達到12 kV(高壓探棒是1：1 000的比例)，基本達到試驗要求。

6 結論
對于交聯聚乙烯電纜而言，采用交流耐壓試驗，根據電纜實際電容的大小，選用變頻串聯諧振的試驗方法，能很好地模擬電纜的實際運行情況。當被試電纜擊穿時，失去諧振條件，高壓電壓和低壓電流自動減小，因此不會擴大被試品的故障點。通過現場可編程門陣列實現自動頻率跟蹤的智能化控制更加能夠提高系統的控制精度，整套耐壓測試設備的體積小，重量輕，便于現場試驗。