電弧爐諧波檢測儀的設計研究

2 硬件電路設計
整個檢測儀表的硬件電路包括信號采集處理環(huán)節(jié)、單片機數(shù)據(jù)處理以及顯示和通信等3部分組成，如圖1所示。

2．1 信號采集處理環(huán)節(jié)
信號采集處理環(huán)節(jié)包括電流信號的采集、放大和濾波3個部分，如圖2所示，其所要完成的目標是把被測電流信號變換為滿足單片機電路要求的電壓信號。

其中，電流采集部分使用HCT210A電流互感器，將被測電壓信號轉(zhuǎn)換為對應的電壓信號。放大電路先對該信號進行分壓，然后將3路信號通過由LM324芯片所組成的放大電路，此時的電壓信號中高頻分量容易超過A／D轉(zhuǎn)換芯片的工作頻率，造成頻譜混疊和高頻干擾，因此在此時必須加上一個濾波環(huán)節(jié)以消除高頻影響。為了可以方便地改變截至頻率，在該環(huán)節(jié)中選用開關(guān)電容濾波器MAX293來設計濾波電路，如圖3所示。

2．2 單片機數(shù)據(jù)處理
單片機數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的硬件部分包括A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理兩個部分。對于這里所使用的MSP43014X系列的單片機，雖然其內(nèi)部集成了12位A／D轉(zhuǎn)換器，但是由于需要多個通道同時轉(zhuǎn)換三相電壓、電流信號，因此要另外選取單獨的A／D轉(zhuǎn)換芯片，在這里選擇MAXl25芯片，該芯片是一個具有2×4通道同時采樣、14位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在A／D轉(zhuǎn)換過程中，首先采集A相電壓、電流，B相電壓、電流這4路信號；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機讀取4路采樣值然后再選擇C相電壓、電流進行采樣。其核心部分單片機采用德州儀器公司(TI)的MSP430系列超低功耗微控制器。該芯片具有1個16位CPU、16位的寄存器以及常數(shù)發(fā)生器，能夠最大限度地提高代碼效率。為了使整個檢測裝置能夠快速實時達到檢測性能，單片機外接2塊通過譯碼器擴展的64 KB的數(shù)據(jù)存儲器和1塊32 KB的EPROM片外程序存儲器。為了使該檢測儀能夠同時檢測三相電路的諧波信號，在硬件部分A／D轉(zhuǎn)換部分要設置1個三選一的開關(guān)，利用軟件系統(tǒng)控制每次采集并轉(zhuǎn)換的某一相位。外設與顯示設備的設計這里不再詳述。

3 系統(tǒng)軟件總體介紹
軟件設計主要采用C語言編程。在程序編程中，由于MSP430無法直接進行復數(shù)運算，必須把復數(shù)分解成實部與虛部的和，然后分別進行計算，因此需要先將正弦表在程序中計算形成，以便程序在采樣之后讀取進行運算。另外在程序運行后，需通過外設輸入相應諧波次數(shù)。系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)流程圖如圖4所示。

4 結(jié) 語
這里所提出的諧波檢測系統(tǒng)，利用MSP430系列單片機組成的相關(guān)采集與運算電路。對電弧爐負載的電網(wǎng)電流諧波進行實時的檢測并顯示，有助于對電弧爐系統(tǒng)進行分析與控制和開展電力系統(tǒng)諧波抑制的研究。相比于DsP芯片，MsP430系列單片機更具有低功耗，低成本等優(yōu)點，適用于便攜設備的設計。