各種電壓電流采樣電路的設(shè)計(jì)

1、常用采樣電路設(shè)計(jì)方案比擬配電網(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局部，即主電路局部、控制 電路 局部、以及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路交流電壓米樣電路即米樣電網(wǎng)三相電壓信號(hào)； 6路交流電流米樣電路分別為電 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)米樣電路即電網(wǎng)電壓同步信號(hào)控

2、制電路廠一 ？一TMS320LF2407ADSP 亍 電壓電 流信號(hào)電路檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)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)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(méi)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(lái)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(wèn)題就顯得尤為重要。12 2同戈RC濾的輸出頻率，即該誤差可忽略不計(jì)。其中R5=

3、1 k，G=15pF ,那么時(shí)間常數(shù): *<l ms，因此符合設(shè)計(jì)要求；第二局部由電壓比擬器從圖2-2所示同步電路由三局部組成，第一局部是由電阻、電容組成的 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)LM311構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比擬；第三局部為上拉箝位電路，之后再經(jīng)過(guò)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。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)生與開(kāi)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-

4、3中的輸入端信號(hào)取自a相的檢測(cè)電壓，經(jīng)過(guò)過(guò)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 Rio和電容C決定。當(dāng)然這里希望脈沖寬度越小越好，否那么將影響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(guò)設(shè)置ADMC401的內(nèi)部存放器PWMSYNCWT存放器與信號(hào)脈沖相匹配20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(guò)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)3。圖2-4即為一種常見(jiàn)的電網(wǎng)

5、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 所示同步電路由三局部組成，第一局部是由電阻、滑線變阻器和電壓比擬器 LM353 組成的緩沖環(huán)節(jié)。第二局部由電壓比擬器 LM353 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn) 過(guò)零比擬。最后一局部為輸入 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所示同步電路由兩局部組成，第一局部是由電阻、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。第二局部由電壓比擬器LM311構(gòu)成，實(shí)現(xiàn) 過(guò)零比擬，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)環(huán)節(jié)來(lái)抑制干擾和

6、信號(hào)的震蕩4。常用電網(wǎng)電壓采樣電路 5圖2-6所示同步電路由三局部組成，第一局部是由電阻、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(lái)。其中凡 R341 = 1 K Q,C341= OUF ；第二 局部由電壓比擬器LM3II構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比擬，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)來(lái)抑 制干擾和信 號(hào)的振蕩01.2常用交流電壓采樣電路及其特點(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如下列圖2-7為電路一相電壓采樣電路：UaCHV-50Pa.電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路濾波補(bǔ)償電路+ 1

7、5VR3圖2-7交流電壓采樣電路圖電壓轉(zhuǎn)換電路通過(guò)霍爾電壓傳感器 CHV-50P實(shí)現(xiàn)。CHV-50P型電壓傳感器 輸一-15VC1 尸 2 丁 + /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，TVS1過(guò)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(guò)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。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(shuō)明。由于CHV-50P的輸入額定電流In1為10mA ,本電路檢測(cè)的電壓是220V的交流Ru1 =220V10mA =22KQ(2.1)電

8、壓，那么 電阻Ru1消耗的功率P1為(2.2)P UI n1 220 10mA 2.2W因此電阻Ru1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 C。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(guò)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 ADMC40I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 ，那么2VRU2=40 Q(2

9、.3)50mA由于電阻RU2消耗功率比擬小，電阻RU2選擇上對(duì)功率沒(méi)有特殊的要求。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(guò)各自的轉(zhuǎn)換電路后必須進(jìn)入 了濾波補(bǔ) 償電路包含兩局部 ：一局部為 RC 濾波，另一局部為相位補(bǔ)償，如圖上 圖中所示5 o 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(jiàn)圖 2-8 所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國(guó)內(nèi)最新的高精 度電壓 互感器(SPT204A)。其中SPT204A實(shí)際上是一款

10、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，線性范圍土 10mA，非線性度0.1%，相移經(jīng) 過(guò)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(guò)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 R1o 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一(2.4)通過(guò) R2 將傳

11、感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)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，其采樣要求輸入信號(hào)為03.3V，故接入其弓腳的信號(hào)電壓也不能超過(guò)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)換電路如下列圖2-10所示。123常用交流電壓采樣電路 3交流電壓變送器以0? 5 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0? 3 V ?因此必須添加適宜的調(diào)理電路以滿足 A/D輸入的要求。交流電壓調(diào)理電路見(jiàn)圖2-11,由圖可知該電路由3局部組成：第1局部為射極 跟 隨器

12、.以提高電路的輸入阻抗：第2局部是電壓偏移電路：第3局部為箝位限幅 電路， 以保證輸出電壓信號(hào)在0? 3 V，滿足TMS320F2812的A/D輸入信號(hào)范圍。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(guò)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)輸出電壓的米樣電路由四局部組成，第一局部是由LF353的運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器，R和Cio9是為了抑制干擾。第二局部為電平抬 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)，第三局部進(jìn)行跟隨，第四 局部為進(jìn)入A/D前的保護(hù)局部

13、，防止信號(hào)異常導(dǎo)致 DSP芯片損壞4：。常用交流電壓采樣電路 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(lái)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03.3 V的單極性電壓信號(hào)接入DSP的A/D通道引腳。圖2-13相電壓米樣電路1.3常用交流電流采樣電路及其特點(diǎn)常見(jiàn)交流電流采樣電路 1a.電流轉(zhuǎn)換電路路,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

14、裝。如何選擇電阻R比擬簡(jiǎn)單，可以參考上面交流電壓轉(zhuǎn)換電DT-50PIo電流轉(zhuǎn)換電路這里就不再贅述。圖2-14交流信號(hào)采樣電路+ 15VDT-50P-15V濾波補(bǔ)償電路圖2-15電流轉(zhuǎn)換電路是比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)，其諧波干擾還較大的濾波補(bǔ)償電路。那么三相電壓電流經(jīng)過(guò)各自的轉(zhuǎn)換電路后必須進(jìn)入了濾波補(bǔ)償電路包含兩局部：一局部為RC濾波，另一局部為相位補(bǔ)償，如圖 2-16所示。R1R2R3C1圖2-16濾波補(bǔ)償電路R1Io常見(jiàn)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(jiàn)圖2-17所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國(guó)內(nèi)最新的高精 度電 流互感器SCT

15、254AZ。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V 0.1%，相移經(jīng)過(guò)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。b.二階濾波電路圖2-18為二階濾波電路，截至頻率為 2.5KHZC.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(guò)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)換電路如下列圖2-19所示。圖2-19單極性轉(zhuǎn)換電路常見(jiàn)交流電流采樣電路 3相電流檢測(cè)電路如圖2-20和所示，

16、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(lái)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。FHH圖 2-20 相電流檢測(cè)電路1.3.4 常見(jiàn)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 輸入信號(hào)范圍為0? 3 V ?因此必須添加適宜的調(diào)理電路以滿足A/ D輸入的要求。交流電流調(diào)理電路見(jiàn)圖 2-21 與交流電壓

17、調(diào)理電路不同的是 ?第 1 局部是 經(jīng)電容 C 4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 局部是由運(yùn)放構(gòu)成的反相器：第 3 局部為箝位限幅電路，以保證輸出電壓信號(hào)在 0? 3 V, 滿足 TMS320F2407 的 A/D 輸入信號(hào)范圍 oH圖 2-21 交流電流信號(hào)采樣電路1.3.5 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5'線性范圍大于10A，非線性度小于0.1%，是比擬理想的交流電流檢測(cè)器件。圖2-22為電流采集電路原理圖 o圖

18、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及其特點(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100V?2500V。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： 0+LV100圖2-23直流電壓采樣傳感器電壓傳感器LV100的原邊額定有效電流為10mA,

19、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 o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霍爾電壓傳感器及米樣電阻米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(guò)電壓跟隨器，電壓跟隨器可保證在 進(jìn)行電阻 匹配時(shí)

20、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。常用直流電壓采樣電路2直流電壓的米樣電路與交流電壓米樣電路略有不同，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?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 0143常用直流電壓采樣電路3直流側(cè)電容

21、電壓的采集是經(jīng)過(guò)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。輸出端參加鉗位二極管，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:-4.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)根本上都是基于磁補(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 了器件的平安性。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：的A/D因直流電路對(duì)

22、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)部如圖逸所眉圖2-28系統(tǒng)直流電壓采樣電路5n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?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)，后者為交流信號(hào)，因此選用的A/D精度和類型不一樣。1.5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

23、 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(jiàn)采樣電路， 可以看出采樣電路的開(kāi)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(wèn)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(guò)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(guò)零時(shí)刻作為脈沖發(fā)生器的同步點(diǎn)， 通過(guò)測(cè)量連續(xù)兩個(gè)正向 過(guò)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(cè)得一

24、次頻率，在系統(tǒng)頻率突變時(shí)，容易因無(wú)法跟蹤系統(tǒng)頻率變化而使DSTATCOM過(guò)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(guò)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12Jr卜號(hào)的突變而過(guò)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)。圖3-1 D-STATCOM 系統(tǒng)同步電路如圖3-1可知，同步電路由三局部組成，第一局部是由電

25、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=0.1uF,那么時(shí)間常數(shù) T=RC=1 10 4S<<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。第二局部由電壓比擬器LM311構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過(guò)零比擬，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)環(huán)節(jié)來(lái)抑制干擾和信號(hào)的震蕩。 第三局部為上拉箱位電路，之后再經(jīng)過(guò)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)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路通過(guò)霍爾電壓傳感器 CH

26、V-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(guò)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(guò)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UaCHV- 50PCOM電流正比于原邊電壓圖3-2電壓轉(zhuǎn)換電路由于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U a(out)Zb空Ini 10mA =2.2kQ(3.1)-15V電壓，那么 電阻Ru1消耗的功率P1,為(3.2)P1=220V X 10 mA=2.2KW因此電阻Ru1選擇阻值為2.2

27、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，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(guò)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。交流電壓米樣電路米樣電壓范圍-5V+5V，那么5V50mA 100(3.3)圖3-3交流電壓米樣電路從圖3-3可以看出系統(tǒng)輸出電壓的米樣電路由四局部組成，第一局部是由TL084的運(yùn)放構(gòu)成的射極跟隨器，其中R3和C4是說(shuō)為了抑制干擾，且時(shí)間常

28、數(shù)T=RC=10000220pF=2.2 10 6S<<1 ms,符合實(shí)際要求；第二局部是由兩個(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(guò)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。第三局部也為射極跟隨器;第四局部為箝位限幅電路，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，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說(shuō)，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

29、點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來(lái)說(shuō)，輸入阻抗要到達(dá)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)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比擬高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比擬小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)木植繐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(lái)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(jiàn)交流電流采樣電路的設(shè)計(jì)，傳

30、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),那么:(3.4)Rb=IuI N即可確定R8的阻值DT-50P1亠"V1 o2-15V rR8圖3-4電流轉(zhuǎn)換電路在圖3-5中，電流實(shí)際值經(jīng)過(guò)霍爾傳感器及采樣電阻后，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(guò)理想運(yùn)算放大器的電壓并聯(lián)負(fù)反響將1。2轉(zhuǎn)換成-3.3V +3.3V的 信號(hào);經(jīng)過(guò)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、R14的阻值只