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1、0常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图 2-1所示。由图2-1 可知 DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。信号调理T M
2、 S 3 2 0L F 2 4 0 7 AD S P键盘显示电路电压电流信号驱动电路保护电路控制电路检测与驱动电路主电路图 2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图1.1 常用电网电压同步采样电路及其特点1.1.1 常用电网电压采样电路 1从 D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而 D-STATCOM工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。1234567
3、8U?LMA09pFC+vXINT-VaKR图 2-2 同步信号产生电路 1从图 2-2 所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的 RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中 R5=1 ， C4=15pF，则时间常数Kl ms，因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311 构成，实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足 TMS320LF2407 的输入信号要求 1。1.1.2 常用电网电压采样电路 2常用电网电压同步信号采样电路 2 如图 2-3 所示。ADMC401
4、芯片的脉宽调制 PWM 发生器有专门的 PWMSYNC 引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM 的同步脉冲信号。 P/QBort图 2-3 同步信号发生电路 22图 2-3 中的输入端信号取自 a 相的检测电压，经过过零检测电路后得到正负两个电平，随后进入光电隔离 TLP521 产生高电平和低电平进入 D 触发器MC14538 的正的触发使能输入引脚 A，当 A 为高电平时，输出引脚 Q 输出一个脉冲，这个脉冲宽度由电阻 Rl。和电容 C 决定。当然这里希望脉冲宽度越小越好，否则将影响 STATCOM 的输出电压与其接入点电压的同步。与此同时，可以通过设置 ADMC401 的内部寄存器 P
5、WMSYNCWT 寄存器与信号脉冲相匹配2。1.1.3 常用电网电压采样电路 3电网电压同步电路可以实现精确的过零点检测，并输出高电平，将输出信号脉冲的上升沿输入捕获单元三即可获得同步信号 3。图2-4即为一种常见的电网电压同步信号产生电路。 T1+.V6P84ULF5-ort图 2-4 同步信号产生电路 3图 2-4 所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、滑线变阻器和电压比较器 LM353 组成的缓冲环节。第二部分由电压比较器 LM353 构成，实现过零比较。最后一部分为输入 DSP 系统箝位保护电路 31.1.4 常用电网电压采样电路 4常用网电压同步信号产生电路 4 如图 2-5
6、所示:31245678LM0.uFCKRPortVDE+图 2-5 同步信号产生电路 4图 2-5 所示同步电路由两部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的 RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除电网的毛刺干扰。滤波电路造成的延时可在程序中补偿。第二部分由电压比较器 LM311 构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡 4。1.1.5 常用电网电压采样电路 5图 2-6 所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的 RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节主要是滤除电网的谐波干扰。滤波电路造成的延时可在程序中补偿起来。其中凡 R
7、341=1 ，C 341=0.luF;第二部分由电压比较器 LM3ll 构成，实现过零比较，同时设计K了一个滞环来抑制干扰和信号的振荡 2。A-INTOU图 2-6 同步信号产生电路 541.2 常用交流电压采样电路及其特点1.2.1 常用交流电压采样电路 1为了实现对 STATCOM 的控制，必须要检测三相瞬时电压 Ua、U b 和 Uc。如下图 2-7 为电路一相电压采样电路:a. 电压转换电路C H V - 5 0 P+ 1 5 V- 1 5 VCCc o mU aR 1T V S 1R 1R 1R 2R 3C 1C 2+-U o电压转换电路 滤波补偿电路图 2-7 交流电压采样电路图电
8、压转换电路通过霍尔电压传感器 CHV-50P 实现。 CHV-50P 型电压传感器输出端与原边电路是电隔离的，可测量直流、交流和脉动电压或小电流。磁补偿式测量，过载能力强，性能稳定可靠，易于安装，用于电压测量时，传感器通过与模块原边电路串联的电阻 Ru1 与被测量电路并联连接，输出电流正比于原边电压。上图电压转换电路为 a 为单相电压转换电路，这里对电阻 Ru1 和电阻 Ru2 的选择作一些说明。由于 CHV-50P 的输入额定电流 In1 为 10mA，本电路检测的电压是 220V 的交流电压，则(2.1)u1nU20V=.KImA电阻 Ru1 消耗的功率 P1 为(2.2)1202.nIW
9、因此电阻 Ru1 选择阻值为 2.2 k ，功率为 5W 的大功率电阻。另外为了抑制共模干扰，在交流输入侧并联了两个电容 C。当然为了更好地消除这些干扰，可5以在电压变换电路之前再加隔离变压器，那么电阻 Ru1 的选择就要对应于经过隔离变压器后电压的改变而改变。由于 CHV-50P 的输入额定电流 In2 为 50mA，为了 ADMC40l 的 A/D 转换通道检测，必须把输出电流转换为电压，所以在电压传感器的输出侧串联了电阻 Ru2。 ADMC401 的 A/D 转换通道检测电压范围 -2V+2V，则(2.3)u2V=405mA由于电阻 Ru2 消耗功率比较小，电阻 Ru2 选择上对功率没有
10、特殊的要求。b.滤波补偿电路由于电压电流的检测点就是 STATCOM 接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。 ，那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:一部分为 RC 滤波，另一部分为相位补偿，如图上图中所示 5。1.2.2 常用交流电压采样电路 2此三相电压采样电路包括信号放大电路，二阶滤波电路，单极性转换电路。a.信号放大电路交流信号放大电路见图 2-8 所示。本设计采用的互感器为国内最新的高精度电压互感器(SPT204A)。其中 SPT204A 实际上是一款毫安级精密电压互感器，输入额定电流为 2mA，额定输出电流为 2mA，线性范围10mA
11、，非线性度0.1%，相移经过补偿后小于 5。SCT254AZ 是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为 5A，额定输出电流为 2.5mA，线性范围 020A，非线性度小于0.1%，相移经过补偿后小于 5。由于该电压传感器采用的为 1:1 电流变电流型，所以要在电压互感器前面加 R1，将电压信号转变为电流信号，而电流互感器就不需要加电阻 R1。这样电压互感器副边输出为电流信号，这与电流互感器副边输出信号相似。交流信号放大电路工作原理可由下式表示:(2.4)通过 R2 将传感器输出的电流信号转变为电压信号62314ATL08C-5VRD+U i U iS P T 2 0 4 AP T II o
12、2I o 1V aR 11 0 0 K12图 2-8 信号放大电路b.二阶滤波电路图 2-9 为二阶滤波电路，截至频率为 2.5KHz。.97f=kHz图 2-9 二阶滤波电路c.单极性转换电路由于设计采用的 DSP 自带的 AD，其采样要求输入信号为 03.3V，故接入其引脚的信号电压也不能超过 3.3V 所以必须对放大电路给出的双极性信号做进一步处理。单极性转换电路如下图 2-10 所示 6。72314ATL08C5KR.96V图 2-10 单极性转换电路1.2.3 常用交流电压采样电路 3交流电压变送器以05 V的交流电压作为输出信号。因 TMS320F2812的A/D输入信号范围为03
13、 V因此必须添加合适的调理电路以满足 A/D输入的要求。交流电压调理电路见图2-11，由图可知该电路由3部分组成：第1部分为射极跟随器以提高电路的输入阻抗：第2部分是电压偏移电路：第3部分为箝位限幅电路，以保证输出电压信号在03 V，满足TMS320F2812的A/D输入信号范围 7。 -+D互图2-11 交流电压信号调理电路81.2.4 常用交流电压采样电路 4系统电压经过相应的传感器后，统一变换为适当幅值的电压信号，经调理电路后，进行A/D转换。图2-12为采样电路原理图。 231ALF560KR.uCVED+图2-12 系统电压的采样电路从图2-12可知，系统输出电压的采样电路由四部分组
14、成，第一部分是由LF353的运放构成的电压跟随器，R 131和C 109是为了抑制干扰。第二部分为电平抬升电路，将围绕零电平波动的信号提升为单极性信号，第三部分进行跟随，第四部分为进入A/D前的保护部分，防止信号异常导致 DSP芯片损坏 4。1.2.5 常用交流电压采样电路 5相电压检测电路如图2-13所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在A/D入口前进行阻抗匹配。在 A/D入口端采用二极管钳位，防止A/D输入电压越界。来自检测通道的电压互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换为03.3V的单极性电压信号接入DSP的A/D
15、通道引脚 8。923184A+V-DCR6Port.5T7图2-13 相电压采样电路1.3 常用交流电流采样电路及其特点1.3.1 常见交流电流采样电路 1a.电流转换电路图 2-14 电流转换电路，其中 CT 为霍尔电流传感器 DT50-P，它的性能也稳定可靠，易于安装。如何选择电阻 R 比较简单，可以参考上面交流电压转换电路，这里就不再赘述。D T - 5 0 P+ 1 5 V- 1 5 VR 1T V S 1R 1R 1R 2R 3C 1C 2+-I o电 流 转换电路 滤波补偿电路图 2-14 交流信号采样电路10D T - 5 0 P+ 1 5 V- 1 5 V图 2-15 电流转换
16、电路b.滤波补偿电路由于电压电流的检测点就是 STATCOM 接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:一部分为 RC 滤波，另一部分为相位补偿，如图 2-16 所示 5。R 1T V S 1R 1R 1R 2R 3C 1C 2+-I o图 2-16 滤波补偿电路1.3.2 常见交流电流采样电路 2a.信号放大电路交流信号放大电路见图 2-17 所示。本设计采用的互感器为国内最新的高精度电流互感器(SCT254AZ)。SCT254AZ 是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为 5A，额定输出电流为 2.5mA，线性范围 020A，非线性度0.1%，相移经过补偿后小于 5。因电流互感器输出的是电流信号，故电流互感器就不需要加电阻 R1。112314ATL08C-5V6RD+I i n I o
