我国变频电源的发展趋势如何

随着电力事业的不断发展,变压器、发电机、等高压电力设备的应用越来越广泛。此类高压电力设备的安装验收和年度检修中,均需进行交流耐压试验项目,然而对这类电容性试品,采用常规工频耐压试验,所需试验设备和电源|稳压器容量都非常大,在现场进行试验难度也很大。对于同一试品而言,采用变频谐振试验方式,所需的电源容量和设备最小,重量也最轻。谐振试验系统在试品击穿时,谐振条件破坏,试品上电压和电流随之减小,这有助于保护谐振电源和试品的安全。因此变频谐振耐压试验更适合现场应用。

变频电源做为交流谐振耐压试验系统的核心部分,要求调压、调频独立进行,输出电压0～400 V,频率30～300 Hz,且稳定度高,还要求在现场环境下有较强的抗干扰能力。

1.控制系统实现

先进的控制策略、高性能的控制芯片和高速开关器件相结合是变频电源发展的主流趋势。在SP－WM波形生成中,已很少采用模拟方法,原因是该方法电路复杂、器件一致性差、输出波形易受器件老化、外界干扰等因素的影响,因而可靠性差。数字方法在可靠性、灵活性、可控性等方面具有模拟方法无法比拟的优越性,所以本变频电源采用Intel公司16位单片机80C196 MC作为控制核心,组成全数字化控制系统。80C196 MC是专门为电机高速控制所设计的一种真正16位单片机,广泛应用于变频控制中。它有独具特色的波形发生器WFG、A／D转换器、事件处理阵列EPA等,控制系统可大大简化。

在调频调压控制技术发展的早期多采用PAM方式,因此,变频电源逆变器输出的交流电压波形只能是方波,改变方波有效值,只能通过改变方波的幅值,即中间直流电压幅值来完成。随着全控型快速开关器件GTR、IGBT、MOSFET等的出现,才逐渐发展为PWM方式。由于调节PWM波的占空比即可调节电压幅值,所以逆变环节可同时完成调压和调频任务,整流器无需控制,设备结构更简单,控制更方便。输出电压由方波改进为PWM波,降低了输出电压的低次谐波含量。

2.　控制系统软件设计
控制系统软件采用C－196语言编制,软件主要包括：主程序、电压和频率给定程序、波形中断程序、电压闭环控制程序（PI）、数字锁相环程序及外部中断程序等。

变频电源主程序完成系统初始化及参数设定等功能,电压和频率给定程序,捕捉旋转编码器输出的给定脉冲,进行给定计数和方向辨别。波形中断程序为控制系统软件的核心,中断优先级最高,完成正弦数据表查询、波形发生器数据重置、占空比计算等功能。电压闭环子程序进行PI控制算法计算,实时调整SPWM脉冲波的占空比,达到稳定输出电压的目的。数字锁相程序采用捕捉中断,计算电压和电流的相位差,并实时调整输出频率,直到电压和电流同相。外部中断程序响应各保护电路的保护信号,封锁脉冲输出,记忆故障参数。

3.　抗干扰措施
在硬件上采用磁平衡式电压电流互感器进行强弱电隔离,信号传输采用屏蔽电缆,并一点接地。模拟信号在进入微处理器AD前进行多级滤波,最大限度消除虚假信号的侵入。控制板设计中,数字电路和模拟电路分开布置,数字地与模拟地采用一点连接,消除数字电路和模拟电路的相互干扰及地电位的不平衡。控制电源采用开关电源,加装电源滤波器,滤除馈入的共模干扰信号。主控板采用电源监控芯片,监视电源电压,出现电压不稳时将系统复位。
软件上,数字滤波消除脉冲干扰,采用80C196 MC微处理器中看门狗功能,在容易引起系统死循环或软件颠覆的位置加入监视点,出现故障时系统自动复位。对可能引起电源输出超限的位置加入极限判别语句,保证任何情况都不会出现变频电源的不正常输出。

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