单相交流程控电源测控系统的研究

【摘要】：近些年来,随着电力电子技术、自动控制技术的迅速发展,变频电源作为电源系统的重要组成部分,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。本文所设计的单相交流程控电源测控系统实际上为一大功率变频电源的测控系统,控制输出幅度、频率可调的正弦功率信号,并对输出的大功率信号进行实时监测。其输出信号波形理想,电压幅度在180V~300V范围内连续可调,误差为0.1%;信号频率在30Hz~1000Hz范围内连续可调,误差为1%;最大输出功率为40KW。以上特性在一定程度上满足了用户的需求,用户在得到轻度谐波污染的电能供应的同时,又可以在步长和范围允许的情况下通过人机界面很方便地改变输出信号的参数,得到需求的信号。 整个设计结合电机控制原理,根据直接数字频率合成法(Direct Digital Frequency Synthesis简称DDFS或DDS)设计产生调制波和载波信号的电路,最终通过绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)驱动生成大功率交流信号。设计中选用性价比较高的复杂可编程逻辑器件EPM570T144I5,在EPM570中实现DDS所需的逻辑单元,将调制波和载波波形数据存储于高速静态随机存取存储器(SRAM)——61LV6416中。然后将存储于SRAM中的波形数据通过数字模拟转换器(DAC)AD5445转化成模拟信号,最后通过低通滤波器滤波,得到平滑的信号。为了对系统中的电压、电流等模拟量进行监测,本设计选用美国模拟器件公司(ADI)的高性能同步采样模拟数字转换器(ADC)AD7656来转换互感器采集的信号。同时对输出信号幅度通过软件实现比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative,简称PID)调节,保证了良好的精度,实现了系统的稳压输出。 本设计以恩智浦(NXP)公司的32位ARM7微控制器LPC2214为控制核心,结合高速复杂可编程逻辑器件EPM570T144I5作为实时逻辑控制单元,达到了较理想的信号采样、分析处理、波形输出及相关控制。为了使LPC2214能更好的实现算法和控制的实时性,又引入了另一个32位ARM7处理器LPC2136专门处理按键和LCD显示。 最后经实际测试证明,该系统具有较好的稳定性,基本满足了设计的要求。