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

2、壓同步信號(hào)TMS320LF2407A DSP電壓電 流信號(hào)驅(qū)動(dòng) 電路信號(hào)調(diào) 理鍵盤顯示 電路檢測與驅(qū)動(dòng)保護(hù) 電路控制電路電路 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)電壓的同步問題就顯得尤為

3、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=1K ，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 。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。ADMC40

4、1 芯片的脈寬調(diào) 制 PWM 發(fā)生器有專門的 PWMSYNC 引腳，它產(chǎn)生與開關(guān)頻率同步的脈寬調(diào)制 PWM 的同步脈沖信號(hào)。2圖 2-3 中的輸入端信號(hào)取自 a 相的檢測電壓，經(jīng)過過零檢測電路后得到正負(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 Rl。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

5、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)精確的過零點(diǎn)檢測， 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) 3。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。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

6、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 4。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。 其中凡 R341=1 K ，C341=0.luF; 第二部分由電壓比較器 LM3ll 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過零比較，

7、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。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Uo濾波補(bǔ)償電路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，可測量直流、交流和脈動(dòng)電壓或小電流。磁補(bǔ)償式測量，過載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓測量時(shí)，傳感器

8、通過與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻 Ru1 與被測量電路并聯(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 的選擇作一些說明。由于 CHV-50P的輸入額定電流 In1為 10mA，本電路檢測的電壓是 220V的 交流電壓，則Ru1=I n1220V10mA=2.2K (2.1)電阻 Ru1消耗的功率 P1 為錯(cuò)誤！未找到引用源。 P1 UI n1 220 10mA 2.2W(2.2)因此電阻 Ru1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

9、，可 以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器，那么電阻Ru1 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 ADMC40l 的A/D 轉(zhuǎn)換通 道檢測，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)換通道檢測電壓范圍 -2V+2V ，則Ru2=2V50mA=40(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

10、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。1.2.2 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 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

11、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 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 R1。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 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 2.5KHz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

12、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6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，以保證輸出電壓信號(hào)在 03 V ，滿足TMS320F28

13、12的A/D輸入信號(hào)范圍 71.2.4 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。1.2.5 常用交流電壓采樣電路 5相電壓檢測電路如圖 2-13所示

14、，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。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 比較簡單，可以參考上面交流電壓轉(zhuǎn)換電

15、路，這里就不再贅述。DT-50P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10DT-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 2-165所示 。R3R1 R2圖 2-16 濾波補(bǔ)償電路1.3.2 常見交流電流采樣電路 2a.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)采用的互感器為國內(nèi)最新的高精 度電流互感器 (SCT254AZ)

16、。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 R1。11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 所示6 。圖

17、2-19 單極性轉(zhuǎn)換電路121.3.3 常見交流電流采樣電路 3相電流檢測電路如圖 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 。圖 2-20 相電流檢測電路1.3.4 常見交流電流采樣電路 4霍爾電流傳感器以 -100+100 mA 的交流電流作為輸出信號(hào)， TMS320F2812 的A/D

18、 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 AD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 7。圖 2-21 交流電流信號(hào)采樣電路131.3.5 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

19、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器件。圖 2-22 為電流采集電路原理圖。由于 DSP 的 A/D 輸入信號(hào)范圍為 03.3V，而經(jīng)電流互感器測得的電流信 號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)化后變成 -1.5V+l.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

20、如下優(yōu)點(diǎn)： 精度高；線性度好；頻帶寬；抗干擾能力強(qiáng) 10 。14LV100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。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.電壓檢測電路圖 2-24 電壓檢測電路 1 霍爾電壓傳感器及采樣電阻采集的直流電容電壓從 Udc端輸入圖 2-

21、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 :15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罢?采用直流電

22、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。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 3161.4.4 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基本上都是基于磁補(bǔ)償原理進(jìn)行的，又因

23、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4 :1.4.5 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罢卟?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)

24、，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。171.5 常用直流電流采樣電路及其特點(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

25、 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)周期測得一次頻率，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

26、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)。18圖 3-1 D-STA TCOM 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 R1=1000 ，C1=

27、0.1uF,則時(shí)間常數(shù) T=RC=1 錯(cuò)誤！未找到 引用源。 10 4S1 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 交流電壓采樣電路設(shè)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，可測量直流、交流和脈動(dòng)電壓或 小電流。磁補(bǔ)償式測量，過載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓

28、測 量時(shí)，傳感器通過與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻 Ru1 與被測量電路并聯(lián)連接， 輸出 電流正比于原邊電壓。19UaRu1+15VU a(out)COMCHV-50P-15VRu2圖 3-2 電壓轉(zhuǎn)換電路由于 CHV-50P 的輸入額定電流 In1為 10mA，本電路檢測的電壓是 220V 的 交流電壓，則(3.1)(3.2)Ru1= U = 220V =2.2k u1 IN1 10mA電阻 Ru1 消耗的功率 P1，為P1=220V 10 mA=2.2KW因此電阻 Ru1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

29、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 Ru1 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， 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Ru2N25V50mA100(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)選用的電壓傳感器，交流電壓采樣電路如圖 3 所示：20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

30、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=10000 220pF=2.2 10 6S1 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

31、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，通常可以到幾歐姆，甚至更 低。在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)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。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓 跟隨器來從中進(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

32、保證。電壓跟隨器的另外一個(gè)作用就是隔離。212.3 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 的交流電壓信號(hào)， 則：R8=INN3.4)即可確定 R8 的阻值+15VI o2DT-50P-15V 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的電平抬升電路及平均處理使得電壓跟隨器的輸入為 03.3V 單 極性信號(hào)，其中 R13、R