隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展途茫，變壓器、發(fā)電機、斷路器客净、GIS、110 k V及220 kV交聯(lián)聚乙烯電纜等高壓電力設備的應用越來越廣泛脏诈。根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB50150－91）和《電力設備預防性試驗規(guī)程》（DL／T096－1996）的要求冀烘，此類高壓電力設備的安裝驗收和年度檢修中，均需進行交流耐壓試驗項目锯政，然而對這類電容性試品纬惶，采用常規(guī)工頻耐壓試驗，所需試驗設備和電源容量都非常大寇羔，在現(xiàn)場進行試驗難度也很大辽剧。對于同一試品而言，采用變頻諧振試驗方式芹蟹，所需的電源容量和設備最小匾蛆，重量也最輕漓客。諧振試驗系統(tǒng)在試品擊穿時，諧振條件破壞切油，試品上電壓和電流隨之減小蝙斜，這有助于保護諧振電源和試品的安全。因此變頻諧振耐壓試驗更適合現(xiàn)場應用澎胡。

1孕荠、變頻試驗電源基本原理

       變頻電源做為交流諧振耐壓試驗系統(tǒng)的核心部分，要求調壓攻谁、調頻獨立進行稚伍，輸出電壓0～400 V，頻率30～300 Hz戚宦，且穩(wěn)定度高个曙，還要求在現(xiàn)場環(huán)境下有較強的抗干擾能力。

       在調頻調壓控制技術發(fā)展的早期多采用PAM方式受楼，因此垦搬，變頻電源逆變器輸出的交流電壓波形只能是方波，改變方波有效值艳汽，只能通過改變方波的幅值猴贰，即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型快速開關器件GTR河狐、IGBT证摩、MOSFET等的出現(xiàn)，才逐漸發(fā)展為PWM方式热跨。由于調節(jié)PWM波的占空比即可調節(jié)電壓幅值氏长，所以逆變環(huán)節(jié)可同時完成調壓和調頻任務，整流器無需控制悍暴，設備結構更簡單壳荣，控制更方便。輸出電壓由方波改進為PWM波汽心，降低了輸出電壓的低次諧波含量吟钻。

       SPWM是以正弦波作為基準波（調制波），用一列等幅的三角波（載波）與基準正弦波相比較產生PWM波的控制方式熏疾。如所示溶豌，當基準正弦波高于三角波時尖初，使相應的開關器件導通；當基準正弦波低于三角波時桶淡，使相應的開關器件截止纯末。由此，逆變器的輸出電壓波形為所示的脈沖列靴寂，其特點是：半個周期中各脈沖等距等幅不等寬磷蜀，總是中間寬，兩邊窄百炬，各脈沖面積與該區(qū)間正弦波下的面積成比例褐隆。這種脈沖波經(jīng)過低通濾波后可得到與調制波同頻率的正弦波，正弦波幅值和頻率由調制波的幅值和頻率決定剖踊。這就是變頻電源調頻調壓的原理庶弃。

       試驗變頻電源的主電路原理如所示。三相交流電壓經(jīng)過三相橋式不控整流電路整流成脈動直流電壓德澈，經(jīng)過中間濾波電容的儲能和濾波成為平滑直流電壓歇攻。逆變環(huán)節(jié)由4塊IGBT構成全橋逆變器，反并聯(lián)二極管完成IGBT關斷時的續(xù)流工作圃验，R掉伏、C缝呕、D構成RCD阻止放電型吸收緩沖回路澳窑。逆變部分采用SPWM控制方式，將直流電壓逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調的SPWM脈沖波诚咪。電感L和電容C3組成低通濾波器LC圾篱，濾出高頻載波成分。為了限制電容器充電電流搭肠，在整流橋的輸出端與儲能電容之間串入一個限流電阻R1玫惧，只在接入電源的最初短時間內將限流電阻R1串入，當電容器兩端電壓升至一定值后眯华，閉合接觸器JC2將電阻R1切除庞蠕。

       低通濾波器LC輸出設計是否合適，直接影響變頻電源輸出電壓波形的失真度拇掺，因此濾波器的設計原則是考慮最高輸出頻率则菌，只要最高輸出頻率下正弦波的失真度得到滿足，則低頻輸出時由于載波比增加赚毫，正弦波失真度可自然滿足踏靴。

       由于電源容量很大，IGBT關斷和開通電流都很大筹柠，主電路引線電感Lp的存在窜无，將在IGBT功率回路中引起浪涌電壓贱甥，其能量與Vpeak／2 Lp I2成比例，較高的浪涌電壓將增加功率器件的開關損耗柄错，并危及器件的安全舷夺。因此在大功率應用時必須采取措施減少主回路的配線電感，并用緩沖吸收電路來降低電壓尖峰值售貌。

2冕房、控制系統(tǒng)實現(xiàn)

       先進的控制策略、高性能的控制芯片和高速開關器件相結合是變頻電源發(fā)展的主流趨勢趁矾。在SP－WM波形生成中耙册，已很少采用模擬方法，原因是該方法電路復雜毫捣、器件一致性差详拙、輸出波形易受器件老化、外界干擾等因素的影響蔓同，因而可靠性差饶辙。數(shù)字方法在可靠性、靈活性斑粱、可控性等方面具有模擬方法無法比擬的優(yōu)越性弃揽，所以本變頻電源采用Intel公司16位單片機80C196 MC作為控制核心，組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)褂省。80C196 MC是專門為電機高速控制所設計的一種真正16位單片機巷卵，廣泛應用于變頻控制中。它有獨具特色的波形發(fā)生器WFG葵稚、A／D轉換器帘衣、事件處理陣列EPA等，控制系統(tǒng)可大大簡化洁席。 請登陸:輸配電設備網(wǎng) 瀏覽更多信息

       4路SPWM脈沖控制信號由三相波形發(fā)生器WFG產生税则，輸出電壓和電流相位脈沖信號輸入2路EPA捕捉口，進行相位差檢測值唉。2個接觸器JC1和JC2由主控板控制赡喻，完成啟動和保護功能。6路十位A／D轉換器完成輸出電壓電流港赂、直流母線電壓電流和高壓量的采集變換旭手。顯示和故障記憶單元接入由4個EPA口構成的串行總線。

3衰拄、控制系統(tǒng)軟件設計

       控制系統(tǒng)軟件采用C－196語言編制耗跛，軟件主要包括：主程序、電壓和頻率給定程序攒发、波形中斷程序调塌、電壓閉環(huán)控制程序（PI）晋南、數(shù)字鎖相環(huán)程序及外部中斷程序等。

       控制軟件的首要任務是產生SPWM脈沖羔砾，為了節(jié)省機時负间，提高運行速度，首先構造正弦波數(shù)據(jù)表姜凄。正弦數(shù)據(jù)表具有反對稱性政溃，即sinα＝－sin（－α），因此只要建立0°～180°的正弦數(shù)據(jù)表即可使用态秧。由0°開始董虱，每隔0．15°安排1項數(shù)據(jù)，直到179．5°申鱼，共計1200項數(shù)據(jù)愤诱，存入EPROM中。軟件運行時捐友，循環(huán)查詢正弦表數(shù)據(jù)晋粱，控制波形發(fā)生器WFG即可產生所需的SPWM控制脈沖。變頻電源主程序完成系統(tǒng)初始化及參數(shù)設定等功能埋吊，電壓和頻率給定程序馁惨，捕捉旋轉編碼器輸出的給定脈沖，進行給定計數(shù)和方向辨別愈苛。波形中斷程序為控制系統(tǒng)軟件的核心业弊，中斷優(yōu)先級最高，完成正弦數(shù)據(jù)表查詢景顷、波形發(fā)生器數(shù)據(jù)重置誓籽、占空比計算等功能。電壓閉環(huán)子程序進行PI控制算法計算强男，實時調整SPWM脈沖波的占空比，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的撼遵。數(shù)字鎖相程序采用捕捉中斷眨仪，計算電壓和電流的相位差，并實時調整輸出頻率甜杰，直到電壓和電流同相柑爸。外部中斷程序響應各保護電路的保護信號，封鎖脈沖輸出盒音，記憶故障參數(shù)表鳍。

4、抗干擾措施

       在硬件上采用磁平衡式電壓電流互感器進行強弱電隔離祥诽，信號傳輸采用屏蔽電纜譬圣，并一點接地瓮恭。模擬信號在進入微處理器AD前進行多級濾波，最大限度消除虛假信號的侵入厘熟⊥捅模控制板設計中，數(shù)字電路和模擬電路分開布置绳姨，數(shù)字地與模擬地采用一點連接登澜，消除數(shù)字電路和模擬電路的相互干擾及地電位的不平衡∑控制電源采用開關電源脑蠕，加裝電源濾波器，濾除饋入的共模干擾信號措暗。主控板采用電源監(jiān)控芯片旬效，監(jiān)視電源電壓，出現(xiàn)電壓不穩(wěn)時將系統(tǒng)復位踱孕。

       軟件上讯匈，數(shù)字濾波消除脈沖干擾，采用80C196 MC微處理器中看門狗功能将窗，在容易引起系統(tǒng)死循環(huán)或軟件顛覆的位置加入監(jiān)視點策坏，出現(xiàn)故障時系統(tǒng)自動復位。對可能引起電源輸出超限的位置加入極限判別語句泻畏，保證任何情況都不會出現(xiàn)變頻電源的不正常輸出烈肉。

5、結束語

       根據(jù)以上原則研制開發(fā)的大容量試驗變頻電源已在現(xiàn)場交流耐壓試驗中成功應用委丈，取得良好效果甩高。該電源體積小、重量輕什偷、輸出功率大霸督，輸出電壓和頻率穩(wěn)定度高，可方便地組成串聯(lián)諧振耐壓試驗系統(tǒng)衅疙，對變壓器莲趣、發(fā)電機、GIS和高壓交聯(lián)聚乙烯電纜等容性設備進行交流耐壓試驗饱溢，可廣泛應用于電力系統(tǒng)基建和修試單位的設備安裝和檢修試驗等工作中喧伞。

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