二磁控電抗器課件

第二章

磁閥式電抗器2.1磁控電抗器在國(guó)內(nèi)外研究概況2.2磁控電抗器的工作原理2.4基于ADuC7026和ADSP21992的MCR控制器2.3磁控電抗器的控制策略2.5結(jié)束語(yǔ)2.1磁控電抗器在國(guó)內(nèi)外研究概況2.1.1MCR研究的現(xiàn)實(shí)意義

隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，人們生活水平的普遍提高，超高壓、特高壓電網(wǎng)相繼投入運(yùn)行，對(duì)供電質(zhì)量及可靠性的要求越來(lái)越高。因此產(chǎn)生了一系列的新問(wèn)題：超高壓大電網(wǎng)的形成及負(fù)荷變化加劇，要求大量的無(wú)功功率源以調(diào)整電壓，維持系統(tǒng)無(wú)功潮流平衡，減少損耗，提高供電可靠性。電網(wǎng)中效益和改善供電質(zhì)量十分重要。根據(jù)電力工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展，新型無(wú)功補(bǔ)償裝置的研的無(wú)功平衡對(duì)提高全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)制和應(yīng)用是我國(guó)當(dāng)前電力系統(tǒng)需要著重解決的重大關(guān)鍵技術(shù)課題。

特別是近年來(lái)，鐵路進(jìn)行了大規(guī)模的電氣化建設(shè)。其牽引電網(wǎng)具有的功率因數(shù)低、諧波含量高、負(fù)序電流大等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量污染嚴(yán)重，因此必須采取措施治理。而目前常用的固定容量并聯(lián)電容器組和LC濾波器等無(wú)源設(shè)備,不能根據(jù)負(fù)載情況靈活地調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量,無(wú)法有效解決現(xiàn)代化高速、重載機(jī)車帶來(lái)的問(wèn)題。磁閥式可控電抗器由于其制造工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,容量連續(xù)可調(diào)、適用高電壓，可直接用于直到1150kV的任何電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，對(duì)于提高電網(wǎng)的輸電能力,調(diào)整電網(wǎng)電壓,補(bǔ)償無(wú)功功率,以及限制過(guò)電壓都有非常大的應(yīng)用潛力。因此對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真的研究和設(shè)計(jì)研制總結(jié)具有十分重要的工程實(shí)際意義。特別是在電氣化鐵路無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)中，利用磁閥式可控電抗器建立的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)與現(xiàn)有的常用無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)方案相比，具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)利用磁閥式可控電抗器構(gòu)建的電氣化鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還可對(duì)電氣化鐵道的無(wú)功、諧波及負(fù)序電流進(jìn)行綜合治理，這對(duì)于保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和提高鐵路部門(mén)的經(jīng)濟(jì)效益都具有十分重要的意義。MCR是基于美國(guó)人E.F.W.Alexandra在1916年發(fā)表的在磁通放大器的研究基礎(chǔ)之上發(fā)展的。隨著高磁感應(yīng)強(qiáng)度以及低損耗的晶粒取向鋼片的出現(xiàn)，對(duì)磁通放大器和飽和電抗器的理論及應(yīng)用達(dá)到了一個(gè)新的水平。1955年，通用電氣公司成功制造了世界上第一臺(tái)100Mvar/6.6kV的MCR，但是這臺(tái)MCR的弊端是產(chǎn)生巨大的損耗以及調(diào)節(jié)速度緩慢。1986年，前蘇聯(lián)專家A.M.Bryantsev提出了新型結(jié)構(gòu)MCR，第一次提出了電磁閥的概念?；谶@個(gè)理論，電抗器的性能得到大大的改善，MCR的研究得到了突破。2.1.2MCR研究的現(xiàn)狀和應(yīng)用情況隨后，60Mvar/500kV,25Mvar/110kV，100Mvar/220kV,180Mvar/330kV和180Mvar/500kV的MCR分別在1989，1999，2000，2003和2005年投產(chǎn)并運(yùn)行成功。國(guó)外俄羅斯學(xué)者也在MCR方面進(jìn)行了深入的研究，取得了顯著的進(jìn)展，其可應(yīng)用于直至1150kV的任何電壓等級(jí)。俄羅斯電工研究院及相關(guān)企業(yè)已經(jīng)設(shè)計(jì)制造了50多臺(tái)35～500kV不同類型的MCR。主要業(yè)績(jī)有：赤塔電站(俄羅斯)電壓等級(jí)為220kV、容量為l00MVA的三相MCR于2002年投入運(yùn)行；巴拉諾維奇電站(白俄羅斯)電壓等級(jí)為330kV、容量為180MVA的三相MCR于2003年投入運(yùn)行；西伯利亞(俄羅斯)電壓等級(jí)為500kV、容量為180MVA的三相MCR于MCR2005年投入運(yùn)行。從而MCR在獨(dú)聯(lián)體國(guó)家的電網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用。目前有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置如晶閘管控制電抗器(ThyristorControlledReactors，TCR)不僅價(jià)格昂貴，而且占地面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能推廣。由于TCR可控硅處在設(shè)備的高壓側(cè)，故不能直接用于電壓等級(jí)高的電網(wǎng)，需經(jīng)變壓器降壓使用。而MCR采用自耦勵(lì)磁和極限磁飽和先進(jìn)技術(shù)，較TCR和變壓器型可控電抗器(CRT)具有輸出諧波小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、價(jià)格低廉、占地面積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，是超高壓和特高壓電網(wǎng)理想的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。又由于在特高壓長(zhǎng)距離輸電線路中使用MCR對(duì)于限制過(guò)電壓以及實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率、提高線路的輸電能力、調(diào)整線路電壓、顯著減少線路空載(輕載)損耗，提高電網(wǎng)可靠性和優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行狀況的功能等方面都有非常大的潛力。所以MCR必將在我國(guó)超/特高壓輸電線路中得到廣泛應(yīng)用。目前世界上最主要的MCR制造商有獨(dú)聯(lián)體可控電抗器集團(tuán)(ControllableElectficReactorsConsortiumofRussia&theCommonwealthofIndependentStates(CIS)，CERC)，在美國(guó)建立了網(wǎng)站()進(jìn)行宣傳；俄羅斯表示將會(huì)用MCR全部取代TCR；美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)于2002年9月宣布推廣MCR技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用，并給予經(jīng)費(fèi)資助；印度和巴西等國(guó)也表示出對(duì)MCR的極大關(guān)注。為滿足電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)的要求，相信隨著我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)時(shí)代的到來(lái)，MCR在我國(guó)也將具有廣闊的應(yīng)用前景。2.2磁控電抗器的工作原理2.2.1磁控電抗器的結(jié)構(gòu)

磁閥式可控電抗器根據(jù)電壓等級(jí)和容量大小不同可劃分為高壓小容量，高壓大容量以及超高壓大容量三種基本結(jié)構(gòu)形式。在本文中以10KV的電壓等級(jí)電網(wǎng)為例，電抗器容量比較小，在這種低壓等級(jí)下，采用主線圈與控制線圈合二為一，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和減小損耗。為獲得所需的輸出電流和減小諧波，電抗器鐵芯采用分段布置的小截面段，工作時(shí)，小截面段飽和，大截面始終處于未飽和狀態(tài)，鐵芯結(jié)構(gòu)為圖2.1圖2.1磁控電抗器結(jié)構(gòu)圖2.2.2磁控電抗器的實(shí)現(xiàn)原理圖2.3磁控電抗器原理圖圖2.3(a)為磁控電抗器結(jié)構(gòu)圖，圖2.3(b)為相應(yīng)的原理圖。磁控電抗器的主鐵芯分裂為兩半(即鐵心1和鐵心2)，截面積為Acore，每一半鐵心截面積具有減小的一段，四個(gè)匝數(shù)為N/2的線圈分別為對(duì)稱地繞在兩個(gè)半鐵心柱上(半鐵心柱上的線圈總匝數(shù)為N)，每一半鐵心柱的上下兩繞組各有一抽頭比為a=N2/N的抽頭，它們之間接有晶管T1(T2)，不同鐵心上的上下兩個(gè)繞組交叉連接后，并聯(lián)至電網(wǎng)電源，續(xù)流二極管則橫跨在交叉端點(diǎn)上。在整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，只有小面積段的磁路飽和，其余段均處于未飽和的線性狀態(tài)，通過(guò)改變小截面段磁路的飽和程度來(lái)改變電抗器的容量。由圖2.3(b)的電路圖可知，若晶閘管K1、K2不導(dǎo)通，由繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性可知可控電抗器與空載變壓器相同。當(dāng)電源e處在正半周期時(shí)，晶閘管K1承受正向電壓，K2承受反向電壓。若K1觸發(fā)導(dǎo)通(a、b點(diǎn)電位相等)，電源e經(jīng)變比為d的線圈(N/2)自耦變壓后由匝數(shù)N2的線圈向電路提供直流控制電壓和電流iKˊ、iK〞

。不難得出K1導(dǎo)通時(shí)的等效電路，如圖2.4(a)所示。同理，若K2在電源的負(fù)半周期導(dǎo)通(c、d電位相同)，則可得出圖2.4(b)所示的等值電路。由圖可見(jiàn)，K1導(dǎo)通所產(chǎn)生的控制電流方向與K2導(dǎo)通時(shí)所產(chǎn)生的一致，也就是說(shuō)在電源的一個(gè)工頻周期內(nèi)，K1、K2的輪流導(dǎo)通起了全波整流的作用，而二極管D的作用是續(xù)流。與一般的可控整流原理一樣，其有利于晶閘管K1、K2的關(guān)斷，提高整流效率。圖2.4晶閘管導(dǎo)通時(shí)可控電抗器等效電路圖改變晶閘管K1、K2的觸發(fā)導(dǎo)通角就可以改變控制電流ikˊ、ik〞的大小，從而改變鐵心的磁飽和度，平滑調(diào)節(jié)可控電抗器容量。由圖2可知，匝數(shù)N1/2的線圈中流過(guò)的電流分為兩部分：直流控制電流ikˊ、ik〞

、工作電流iˊ、i〞(約為i的一半)。直流控制電流ikˊ、ik〞流過(guò)兩個(gè)匝數(shù)為N1/2的線圈(串聯(lián))，所產(chǎn)生的控制磁通在兩個(gè)鐵心內(nèi)自我閉合，工作電流iˊ、i〞流過(guò)上下兩組串聯(lián)的繞組，所產(chǎn)生的交流工作磁通通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)鐵心和另一鐵心閉合，具體電路圖如圖2.5所示。顯然，磁閥式可控電抗器的工作與控制繞組合并為一個(gè)，這有利于減少損耗，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。2.2.3磁控電抗器的工作狀態(tài)

根據(jù)上圖的磁閥式可控電抗器原理，磁閥式可控電抗器的晶閘管K1、晶閘管K2及二極管D的可能導(dǎo)通情況，可以列出一下5種狀態(tài)：(1)K1導(dǎo)通、D截止、K2截止；(2)K1導(dǎo)通、D導(dǎo)通、K2截止；(3)K1截止、D導(dǎo)通、K2截止；(4)K2導(dǎo)通、D截止、K2截止；(5)K1截止、D導(dǎo)通、K2導(dǎo)通；總結(jié)5種狀態(tài)，磁閥式可控電抗器在正弦電壓的作用下，K1

、K2

、D輪流導(dǎo)通的情況如下圖2.6所示：

圖2.6磁閥式可控電抗器的工作狀態(tài)變化圖

下圖為磁閥式可控電抗器等效電路：在電源的正半周期，晶閘管K1觸發(fā)導(dǎo)通的過(guò)程與電源負(fù)半周期時(shí)K2觸發(fā)導(dǎo)通過(guò)程完全相同。在接下來(lái)的周期K1、K2、D輪流導(dǎo)通、截止。因此只需對(duì)電抗器的前三個(gè)工作狀態(tài)進(jìn)行推導(dǎo)即可。電抗器的電流流通圖2.7如所示(a)K1導(dǎo)通、D截止、K2截止圖2.7狀態(tài)拓?fù)鋱D(b)K1截止、D導(dǎo)通、K2截止(c)K1截止、D截止、K2導(dǎo)通2.2.4.1鐵芯的磁特性當(dāng)鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及磁場(chǎng)強(qiáng)度H僅有交流分量時(shí)鐵心的磁回線如圖(2.9)

，繞組感抗是一定的，大小取決于鐵心材料的磁特性參數(shù)（如磁導(dǎo)率m）。要改變鐵芯的磁狀態(tài)，從而改變繞組的感抗值以及激勵(lì)電流的大小，則需要改變鐵芯飽和度，或者改變電源電壓的大小。其中：w=2pf為角頻率，Sc為鐵芯截面積，lc為磁路平均長(zhǎng)度，m為磁導(dǎo)率，N為繞組匝數(shù)2.2.4磁控電抗器的特性分析圖2.9鐵芯的磁特性當(dāng)鐵心同時(shí)受到交流和直流激磁作用時(shí)，鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及磁場(chǎng)強(qiáng)度既有交流分量，又有直流分量，隨著直流激勵(lì)作用的改變，鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及磁場(chǎng)強(qiáng)度大小發(fā)生改變，鐵芯的磁化過(guò)程特性也發(fā)生改變，呈局部回線狀態(tài)，如圖2.10所示。這樣交流大小一定時(shí)，改變直流激勵(lì)的大小，就必然會(huì)改變交流回路參數(shù)（如繞組感抗，電流大小及波形等）圖2.10有直流和交流激勵(lì)時(shí)的磁滯回線（1）僅有交流激勵(lì)（2）有直流和交流激勵(lì)

當(dāng)直流激勵(lì)電流為0時(shí)，交流繞組感抗值最大，繞組內(nèi)電流最小，相當(dāng)于變壓器空載運(yùn)行。在這設(shè)鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度為正弦變化，鐵心在一周內(nèi)磁狀態(tài)工作點(diǎn)的變化如圖2.11(a)所示。當(dāng)直流激勵(lì)電流一定時(shí)，磁狀態(tài)工作點(diǎn)的變化如圖2.11(b)所示：由圖分析，由于交流與直流激勵(lì)的疊加，鐵心工作于磁特性的飽和段，隨著直流激勵(lì)的增大，鐵心飽和，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，改變了鐵心的工作狀態(tài)點(diǎn)，交流繞組的感抗小，交流電流增大，相當(dāng)于“閥門(mén)”打開(kāi)。圖2.11鐵芯的磁狀態(tài)變化圖（a）僅有交流激勵(lì)（b）有直流和交流激勵(lì)圖2.13磁閥式可控電抗器輸出電流波形從圖中分析，改變晶閘管的觸發(fā)角a，則改變的了鐵芯的磁飽和度b，b越大，輸出工作電流越大，電流波形越接近正弦波，產(chǎn)生的諧波越小。2.2.4.3不同飽和度b下等效電抗的變化情況

首先從理論上分析，圖2.14及圖2.15其分別表示在不同直流控制磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)磁導(dǎo)率曲線m=f(B)，及對(duì)應(yīng)的m=f(Hk)。Hk越大，鐵心越飽和，m越小。無(wú)論直流激勵(lì)電流方向如何，這種變化規(guī)律是相同的。圖2.14不同Hk時(shí)m-Bm圖圖2.15m-f(±Hk)圖交流繞組的感抗值跟m有關(guān)，因此感抗值隨直流控制電流Ik有關(guān)，Hk越大，感抗值越小。2.3

MCR控制策略MCR可用調(diào)壓、無(wú)功補(bǔ)償?shù)??；贛CR的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置是以三相電流為判據(jù)，快速地跟蹤現(xiàn)場(chǎng)電流的變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)各相投入的補(bǔ)償電納，調(diào)節(jié)三相不平衡系統(tǒng)的平衡化。這就是說(shuō)，控制裝置應(yīng)能自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)所需要的所有電量，并且能根據(jù)檢測(cè)量自動(dòng)算出MCR的各相電納的大小和相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)延遲角。這樣，MCR就可根據(jù)三相電流的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)投入各相的補(bǔ)償電納。此外，如果希望實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的集中控制，還需要添加切合實(shí)際的通信方案。根據(jù)MCR的工作要求，控制系統(tǒng)主要功能有:1、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)MCR無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜嚯妷?、電流的采?2、實(shí)現(xiàn)三相補(bǔ)償無(wú)功功率、補(bǔ)償電流的計(jì)算，通過(guò)查表或者計(jì)算公式找出晶閘管觸發(fā)控制角a:3、實(shí)現(xiàn)晶閘管的觸發(fā)控制;4、實(shí)現(xiàn)對(duì)MCR的保護(hù)控制，以及系統(tǒng)故障、晶閘管工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)等2.3.1控制方式的選擇

在控制器的控制規(guī)律上可以分為功率因數(shù)控制和無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制。下面介紹分別介紹功率因數(shù)控制和無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制兩種控制方式的特點(diǎn)。2.3.1.1功率因數(shù)控制

功率因數(shù)控制就是以功率因數(shù)滿足要求為控制目標(biāo)。用無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償，使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。參照?qǐng)D，假設(shè)補(bǔ)償前的參數(shù)是有功電流為ip1

，無(wú)功電流iq1,總電流i1，功率因數(shù)cosj1<0.9。假定將cosj<0.9定為控制門(mén)限，當(dāng)控制器檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值小于0.9時(shí)，發(fā)出指令，調(diào)節(jié)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償(減小電抗值)。補(bǔ)償后的參數(shù)為有功電流ip2，顯然ip2=ip1，無(wú)功電流iq2，則有iq2=iq1-ic，功率因數(shù)cosj2>0.9。又設(shè)控制門(mén)限iq2>0。當(dāng)控制器檢測(cè)到當(dāng)前的無(wú)功電流小于零時(shí)，即得到超前的功率因數(shù)時(shí)，發(fā)出指令，加大電抗器的電抗值。當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值介于0.9到1之間時(shí)，則保持不變。2.3.1.2無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制針對(duì)功率因數(shù)控制的問(wèn)題，出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無(wú)功功率（無(wú)功電流）為被控制對(duì)象，即無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制方式。

控制器對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流進(jìn)行采樣檢測(cè)，計(jì)算出當(dāng)前的無(wú)功功率（無(wú)功電流）值。根據(jù)無(wú)功功率的值確定電抗器的調(diào)節(jié)方式。本方法補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無(wú)功功率（無(wú)功電流）始終保持在一個(gè)較低的水平上。圖示如下2.3.1.3控制系統(tǒng)的基本組成部分從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，無(wú)論是由磁閥式可控電抗器組成的調(diào)壓或無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其都應(yīng)能檢測(cè)系統(tǒng)的有關(guān)變量，并根據(jù)檢測(cè)量的大小以及給定（參考）輸入量的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)脈沖，以調(diào)節(jié)補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率，因此，其控制系統(tǒng)一般應(yīng)包括以下三部分：（1）檢測(cè)部分：檢測(cè)控制所需的系統(tǒng)變量和補(bǔ)償變量。（2）控制部分：為獲得所需的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性對(duì)檢測(cè)信號(hào)和給定輸入進(jìn)行處理。（3）觸發(fā)部分：根據(jù)控制電路輸出的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)觸發(fā)延遲角的晶閘管觸發(fā)脈沖，并驅(qū)動(dòng)晶閘管的觸發(fā)。(4)保護(hù)部分：根據(jù)檢測(cè)信號(hào)等對(duì)MCR系統(tǒng)故障進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)控制系統(tǒng)框圖首先進(jìn)行復(fù)位、自檢、初始化等工作。然后檢查鍵盤(pán)是否發(fā)出命令，有則運(yùn)行相應(yīng)程序，確定MCR的工作模式。首次運(yùn)行時(shí)，須進(jìn)行自測(cè)，在某一恒定電壓下，收集采樣所得數(shù)據(jù)，測(cè)出(三組)觸發(fā)角a從0o變化到180o時(shí)的無(wú)功容量值(電抗值)的變化，取整平均后保存為列表，供以后運(yùn)行時(shí)使用。正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)采集電壓電流，計(jì)算出功率因數(shù)角、瞬時(shí)有功功率、瞬時(shí)無(wú)功功率等，根據(jù)補(bǔ)償要求（可以是恒壓補(bǔ)償，也可以是恒功率因數(shù)補(bǔ)償），算出補(bǔ)償容量，查表（或者根據(jù)MCR控制特性），找出相應(yīng)的晶閘管控制觸發(fā)角a，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)MCR補(bǔ)償裝置本身的電流采集，一是可以監(jiān)控電抗器的調(diào)節(jié)效果，二是作為本裝置的保護(hù)使用，對(duì)電抗器的保護(hù)還有瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)等。2.4基于ADSP21992和ADmC7026的MCR2.4.1.1ADSP21992基本結(jié)構(gòu)

ADSP-2199x系列的DSP的結(jié)構(gòu)包括：ADSP-219x內(nèi)核（3個(gè)計(jì)算單元，2個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器，1個(gè)程序控制順序控制器）1個(gè)A/D、1個(gè)編碼器接口、1個(gè)PWM模塊、1個(gè)CAN模塊、1個(gè)SPORT串行口、1個(gè)SPI同步串行口、1個(gè)DMA控制器、3個(gè)可編程定時(shí)器、通用可編程I/O引腳、17個(gè)中斷（3個(gè)內(nèi)部中斷、2個(gè)外部中斷和12個(gè)用戶自定義中斷）、片內(nèi)48K程序存取器和數(shù)據(jù)存取器。2.4.1ADSP21992信號(hào)采集電路主要實(shí)現(xiàn)三相電壓、三相電流信號(hào)的檢測(cè)、調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換等功能；信號(hào)處理控制部分是整個(gè)控制器的硬件核心。主要完成對(duì)采集信號(hào)的加工處理，最終得出相應(yīng)的觸發(fā)控制角。以及計(jì)算無(wú)功有功功率，電壓電流有效值；顯示模塊，顯示設(shè)定信息；晶閘管觸發(fā)模塊主要完成得到晶閘管所需脈沖信號(hào)。2.4.1.2ADSP21992需完成的工作此外，還應(yīng)具有如下功能:(1)利用捕獲單元實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率;(2)利用DSP內(nèi)部自帶的14位AD轉(zhuǎn)換器(VIN0-VIN7)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;(3)數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理;(4)利用DSP的FIO模塊脈沖電壓器控制MCR的容量；(5)串行通訊與ARM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。2.4.1.3過(guò)零檢測(cè)電路和A/D采集電路A相相電壓經(jīng)過(guò)低通濾波后，通過(guò)一個(gè)過(guò)零比較器，將正弦交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，方波的頻率跟隨電網(wǎng)的頻率，從而達(dá)到與電網(wǎng)同步。DSP的捕獲單元檢測(cè)此方波信號(hào)，計(jì)算出電網(wǎng)的頻率，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)跟蹤電力網(wǎng)的頻率變化、定時(shí)刷新采樣模塊中的采樣間隔值的目的。之所以將正弦交流信號(hào)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)時(shí)便于DSP采樣。

根據(jù)過(guò)零檢測(cè)信號(hào)得到過(guò)零點(diǎn)，可以作為晶閘管觸發(fā)角的基準(zhǔn)值，進(jìn)行調(diào)整晶閘管觸發(fā)角。2.4.1.4過(guò)零檢測(cè)信號(hào)的采集：主電路的電流和電壓通過(guò)電流(第二級(jí)電流互感器變比為5:0.1)和電流互感器PT(變比為220:8)，將電流變換成有效值不超過(guò)100mA的交流信號(hào)，電壓變換成有效值不超過(guò)8V的交流信號(hào)。電壓信號(hào)首先經(jīng)過(guò)RC低通濾波，濾掉高次諧波，然后進(jìn)過(guò)相位補(bǔ)償電路最后送入ADSP的VIN0口，同時(shí)同一線路的電流信號(hào)也經(jīng)過(guò)濾波和相位補(bǔ)償電路送入ADSP的VIN4口，這樣就實(shí)現(xiàn)了同一時(shí)刻采集一條線路上的電流電壓信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2.4.1.5信號(hào)采集2.4.1.6晶閘管導(dǎo)通檢測(cè)電路晶閘管兩極電壓經(jīng)過(guò)電壓互感器PT隔離，經(jīng)橋式整流、濾波輸入到三極管基極，當(dāng)晶閘管不導(dǎo)通時(shí)，基極為高電平，三極管導(dǎo)通，PF0輸出高電平，反之，PF0輸出低電平。2.4.1.7晶閘管驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)PF0為高電平的時(shí)候三極管8550導(dǎo)通，15V穩(wěn)壓源通過(guò)電阻R2給脈沖變壓器的初級(jí)供電，當(dāng)PF0為低電平時(shí)三極管截止，脈沖變壓器初級(jí)電壓為0。通過(guò)控制三極管可以提供脈沖變壓器一個(gè)脈沖電壓。系統(tǒng)電壓、電流信號(hào)的采集可以通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來(lái)作為DSP的外部中斷信號(hào)，在中斷子程序中啟動(dòng)A/D進(jìn)行采樣。系統(tǒng)工作根據(jù)計(jì)算所得的觸發(fā)角，由控制器發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)啟動(dòng)MCR的晶閘管導(dǎo)通角，然后要檢測(cè)其狀態(tài)，判斷其是否符合要求;根據(jù)情況顯示相應(yīng)的信息。2.4.1.8ADSP21992軟件設(shè)計(jì)流程圖2.4.2.1ADmC7026基本結(jié)構(gòu)16通道12位ADC，最高采樣速率為1MSPS。4通道12位DAC；支持外部晶振，41.78MHz的PLL，并支持可編程分頻；62KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，8KB的SRAM存儲(chǔ)器；40個(gè)GPIO；2個(gè)UART接口；4個(gè)定時(shí)器；1個(gè)SPI接口；2個(gè)I2C接口；3相16位PWM發(fā)生器；工作溫度范圍：–40℃至+125℃。2.4.2ADuC70262.4.2.2ADmC7026主要實(shí)現(xiàn)的功能：1利用ADuC7026內(nèi)置12通道ADC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；2