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無(wú)鎖相環(huán)電壓全周期過(guò)零檢測(cè)電路原理

作者: 時(shí)間:2007-09-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
為了達(dá)到與電源電壓同步的目的,除了可以使用鎖相同步電路外,還可以實(shí)時(shí)檢測(cè)電源電壓的過(guò)零點(diǎn)和頻率,根據(jù)過(guò)零點(diǎn)和頻率就可以跟蹤輸入的電源電壓的相位,實(shí)現(xiàn)同步輸入。以三相交流低壓電網(wǎng)的A相電壓為例,當(dāng)電源電壓經(jīng)電壓互感器處理后,由負(fù)到正經(jīng)過(guò)的正過(guò)零點(diǎn)(或由正到負(fù)經(jīng)過(guò)的負(fù)過(guò)零點(diǎn))時(shí),向CPU傳送電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的信號(hào),即分別為電壓正半周期和負(fù)半周期產(chǎn)生的2個(gè)正方波以及正過(guò)零點(diǎn)與負(fù)過(guò)零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的2個(gè)正脈沖指令信號(hào),提供給CPU計(jì)算,以達(dá)到跟蹤電網(wǎng)電壓頻率的同步目的。對(duì)于靜止型無(wú)功器,就可以發(fā)出同步指令,達(dá)到電網(wǎng)無(wú)功、電網(wǎng)電流的目的。

交流電壓全周期過(guò)零檢測(cè)電路框圖如圖1所示。

在檢測(cè)電路中,采用電壓運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)電路,實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓過(guò)零點(diǎn),分別在電壓正、負(fù)半周及正、負(fù)過(guò)零點(diǎn)發(fā)出正方波和正脈沖信號(hào),提供給CPU作為電源電壓同步基準(zhǔn)信號(hào),使系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤電源電壓頻率的變化。

1檢測(cè)主電路設(shè)計(jì)

根據(jù)無(wú)鎖相環(huán)電壓全周期過(guò)零檢測(cè)電路原理,利用Protel 99SE電子電路設(shè)計(jì)[2]軟件,添加系統(tǒng)仿真庫(kù)sim.ddb,調(diào)用仿真庫(kù)中的器件,包括電壓運(yùn)算放大器LM324、電阻、1N4148系列二極管、電容、交直流電源和參考地信號(hào)等元器件,經(jīng)過(guò)電路運(yùn)算放大器、比較器等參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算[3]后,設(shè)計(jì)出交流電壓全周期過(guò)零檢測(cè)電路仿真原理圖,如圖2所示。

其中,Source為模擬交流電源的A相輸入相電壓,幅值設(shè)為3.889 V,頻率為50 Hz,初相角為0。,電源電壓經(jīng)過(guò) RC電路處理后,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)PTA作為模擬電壓互感器處理后的參考交流正弦過(guò)零檢測(cè)電壓(實(shí)際設(shè)計(jì)中電壓互感器變比為80:1)。直流電壓VCC和VEE分別為+15 V和-15 v,作為運(yùn)算放大器LM324.的工作電壓。其余的電阻和電容元件參數(shù)如圖2中所標(biāo)注值。

2仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)用Protel 99SE,在Simulate菜單下的Setup中設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù):

在General選項(xiàng)中,從被選信號(hào)Available Signals中選擇PTA,Pul_P,Pul_N,Squ_P,Squ_N等作為待觀(guān)測(cè)信號(hào)Active Signals,在Sim View Setup中選擇待觀(guān)測(cè)信號(hào)作為要顯示的仿真結(jié)果輸出波形。

在Transient/Fourier選項(xiàng)下,選中暫態(tài)分析Transi-ent Ana設(shè)置仿真起止時(shí)間,分別為0和100 ms,設(shè)置步長(zhǎng)為400μs,仿真結(jié)果顯示5個(gè)周期的波形,每個(gè)周期波形取50點(diǎn)顯示。

系統(tǒng)其他參數(shù)設(shè)置采用默認(rèn)值。運(yùn)行仿真命令RunAnalyses后,仿真結(jié)果如圖3所示。

其中,pul_n和:pul_p分別為參考電壓負(fù)過(guò)零點(diǎn)和正過(guò)零點(diǎn)輸出的正脈沖信號(hào),幅值為4.355 V,Squ_P和Squ_N分別為參考電壓正半周期和負(fù)半周期輸出的正脈沖信號(hào),幅值為3.889 V。

圖4為實(shí)際系統(tǒng)中A相參考電壓過(guò)零檢測(cè)輸出的方波和脈沖波形圖幅值與仿真結(jié)果相同。其中,圖(A)為參考電壓正半周期輸出的正方波的波形,圖(B)為參考電壓負(fù)半周期輸出的正方波的波形,圖(C)為參考電壓正過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)輸出的正脈沖波形,圖(D)為參考電壓負(fù)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)輸出的正脈沖波形。

經(jīng)過(guò)圖3與圖4波形的對(duì)比,可以看出,實(shí)做電路的過(guò)零檢測(cè)效果比較理想。

以上分析、設(shè)計(jì)是以單相電壓電路檢測(cè)為例的,只需要將電路重復(fù)畫(huà)出3組就構(gòu)成了三相交流電源電壓的過(guò)零檢測(cè)電路。

圖5為靜止型無(wú)功補(bǔ)償器采用全周期電壓過(guò)零檢測(cè)電路作為系統(tǒng)電壓同步參考信號(hào)后的系統(tǒng)參考電壓和無(wú)功補(bǔ)償后系統(tǒng)的電流波形。實(shí)驗(yàn)中,裝置所帶模擬負(fù)載為晶閘管整流器,由文獻(xiàn)[1]可以知道系統(tǒng)負(fù)載電流為非線(xiàn)性周期脈動(dòng)的方波,系統(tǒng)電流波形畸變比較嚴(yán)重,而圖5所示的電流補(bǔ)償效果較好,基本為正弦波。

3結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種無(wú)鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的電壓全周期過(guò)零檢測(cè)電路,利用Protel 99SE強(qiáng)大的電路仿真功能,設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)整了電路及參數(shù),通過(guò)實(shí)做電路和仿真結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路的正確性,通過(guò)系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償效果圖,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路的可行性。



關(guān)鍵詞: 補(bǔ)償 諧波 抑制 功率

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