大功率試驗變頻電源研究與應用

　　2　控制系統實現

　　先進的控制策略、高性能的控制芯片和高速開關器件相結合是變頻電源發展的主流趨勢。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。數字方法在可靠性、靈活性、可控性等方面具有模擬方法無法比擬的優越性,所以本變頻電源采用Intel公司16位單片機80C196 MC作為控制核心,組成全數字化控制系統。80C196 MC是專門為電機高速控制所設計的一種真正16位單片機,廣泛應用于變頻控制中。它有獨具特色的波形發生器WFG、A／D轉換器、事件處理陣列EPA等,控制系統可大大簡化。

　　4路SPWM脈沖控制信號由三相波形發生器WFG產生,輸出電壓和電流相位脈沖信號輸入2路EPA捕捉口,進行相位差檢測。2個接觸器JC1和JC2由主控板控制,完成啟動和保護功能。6路十位A／D轉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EPA口構成的串行總線。

　　3　控制系統軟件設計

　　控制系統軟件采用C－196語言編制,軟件主要包括：主程序、電壓和頻率給定程序、波形中斷程序、電壓閉環控制程序（PI）、數字鎖相環程序及外部中斷程序等。

　　控制軟件的首要任務是產生SPWM脈沖,為了節省機時,提高運行速度,首先構造正弦波數據表。正弦數據表具有反對稱性,即sinα＝－sin（－α）,因此只要建立0°～180°的正弦數據表即可使用。由0°開始,每隔0．15°安排1項數據,直到179．5°,共計1200項數據,存入EPROM中。軟件運行時,循環查詢正弦表數據,控制波形發生器WFG即可產生所需的SPWM控制脈沖。

　　變頻電源主程序完成系統初始化及參數設定等功能,電壓和頻率給定程序,捕捉旋轉編碼器輸出的給定脈沖,進行給定計數和方向辨別。波形中斷程序為控制系統軟件的核心,中斷優先級最高,完成正弦數據表查詢、波形發生器數據重置、占空比計算等功能。電壓閉環子程序進行PI控制算法計算,實時調整SPWM脈沖波的占空比,達到穩定輸出電壓的目的。數字鎖相程序采用捕捉中斷,計算電壓和電流的相位差,并實時調整輸出頻率,直到電壓和電流同相。外部中斷程序響應各保護電路的保護信號,封鎖脈沖輸出,記憶故障參數。

　　4　抗干擾措施

　　在硬件上采用磁平衡式電壓電流互感器進行強弱電隔離,信號傳輸采用屏蔽電纜,并一點接地。模擬信號在進入微處理器AD前進行多級濾波,最大限度消除虛假信號的侵入。控制板設計中,數字電路和模擬電路分開布置,數字地與模擬地采用一點連接,消除數字電路和模擬電路的相互干擾及地電位的不平衡。控制電源采用開關電源,加裝電源濾波器,濾除饋入的共模干擾信號。主控板采用電源監控芯片,監視電源電壓,出現電壓不穩時將系統復位。

　　軟件上,數字濾波消除脈沖干擾,采用80C196 MC微處理器中看門狗功能,在容易引起系統死循環或軟件顛覆的位置加入監視點,出現故障時系統自動復位。對可能引起電源輸出超限的位置加入極限判別語句,保證任何情況都不會出現變頻電源的不正常輸出。

　　5　結束語

　　根據以上原則研制開發的大容量試驗變頻電源已在現場交流耐壓試驗中成功應用,取得良好效果。該電源體積小、重量輕、輸出功率大,輸出電壓和頻率穩定度高,可方便地組成串聯諧振耐壓試驗系統,對變壓器、發電機、GIS和高壓交聯聚乙烯電纜等容性設備進行交流耐壓試驗,可廣泛應用于電力系統基建和修試單位的設備安裝和檢修試驗等工作中。