3.3 LEM傳感器外部接口
由于TMS32OF240 DSP芯片內(nèi)的ADC模塊要求輸入0~5V的單極信號(hào),須將LEM 電流傳感器輸出的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),再經(jīng)放大濾波后送入EVM板的ADC,因此設(shè)計(jì)了圖3所示的LEM傳感器外部接口電路,實(shí)現(xiàn)電流采樣與轉(zhuǎn)換。
圖3中,R1 為霍耳器件所允許的負(fù)載電阻,選160Ω?紤]到LEM霍耳電流傳感器輸出電流信號(hào)較弱,圖中運(yùn)放起放大作用,運(yùn)算放大器輸入阻抗很高,R2 的影響可忽略,取R2 =6.8kΩ。為防止運(yùn)放的零漂,采用ICL7650斬波自穩(wěn)零運(yùn)放。R4 是一個(gè)20k的變阻器,主要目的是為了得到一個(gè)正向的2.5V的直流偏置電壓。C1 為一個(gè)積分小電容,選300pF。電阻R3 和R5 的阻值分別選3.3kΩ和6.8kΩ。運(yùn)放7650后面的兩個(gè)二極管D1 和D2 可防止模擬輸入過大。電容C2 是一個(gè)濾波小電容,選0.1μF,其作用是減小干擾,它和電阻R6 構(gòu)成一個(gè)低通濾波器。電阻R6 為限流電阻,選270Ω,它可在過壓時(shí)起限流作用,防止損壞后面的A/D轉(zhuǎn)換電路。由于圖2的輸出直接接到EVM板的A/D端,使得該電路將具有正負(fù)極性的電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)送入DSP。圖中C3 和C4 是7650正常工作時(shí)所要求的外圍器件,電容值均取0.1μF。
3.4 基于LEM 傳感器的APF 過流檢測(cè)
在APF系統(tǒng)中,LEM傳感器也用于逆變電路IPM模塊的過流保護(hù)電路(如圖4)。LEM傳感器對(duì)IPM輸出電流進(jìn)行檢測(cè),一旦出現(xiàn)過流故障,APF過流保護(hù)電路將迅速禁止DSP產(chǎn)生PWM信號(hào),同時(shí)把故障信號(hào)與PWM信號(hào)共同經(jīng)過與非門后送給驅(qū)動(dòng)模塊,封鎖脈沖輸出,關(guān)斷IPM模塊中的IGBT,保護(hù)APF系統(tǒng)的安全,只有等到手工復(fù)位查清故障后,系統(tǒng)才能重新開始工作。
圖4中,被檢測(cè)電流Is來自IPM輸出。電阻R
1 為74Ω。電容C
1 起高頻濾波作用,選0.1μF。電路中的電容C
2 為一個(gè)積分小電容,取300pF。電阻R
2 、R
4 、R
5 、R
6 均選1kΩ,R
3 、R
7 選0.5kΩ,R
8 、R
13 選6.8kΩ,R
11 、R
12 選1kΩ,R
9 、R
10 選15kΩ的變阻器。當(dāng)正向出現(xiàn)過流時(shí),圖3中二極管D
1 導(dǎo)通,二極管D
2 截止,從而檢測(cè)得到正向過流信號(hào);當(dāng)反向出現(xiàn)過流時(shí),二極管D
1 截止,二極管D
2 導(dǎo)通,從而檢測(cè)得到反向過流信號(hào)。通過調(diào)節(jié)變阻器R
9 和R
10 的阻值,可以確定正向過流和反向過流的具體值。在實(shí)際電路中,設(shè)計(jì)Is過流值為10A,當(dāng)系統(tǒng)正常工作,即沒有過流時(shí),過電流信號(hào)為“高電平”。R
11 和R
12 是上拉電阻。過流故障信號(hào)與來自DSP芯片所產(chǎn)生的PWM信號(hào)一起經(jīng)過與非門合成后,送給驅(qū)動(dòng)電路,產(chǎn)生保護(hù)作用。
4 工程應(yīng)用結(jié)論
在現(xiàn)場(chǎng)兩套大功率整流負(fù)載都投入運(yùn)行,且負(fù)荷較大的情況下,圖5給出了大功率并聯(lián)混合型APF投入前后母線電流及逆變器輸出電流的波形。從圖中可以看出,大功率并聯(lián)混合型APF投入后母線電流波形得到明顯改善,電網(wǎng)諧波電流大大降低,同時(shí),由于綜合補(bǔ)償了一定的無功功率,功率因數(shù)由投入前的0.46上升為0.94。工程應(yīng)用結(jié)果證明,大功率并聯(lián)混合型APF具有很好的諧波抑制效果,運(yùn)行可靠,保障了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。系統(tǒng)中的LEM電流傳感器工作正常、可靠,檢測(cè)精度高、響應(yīng)速度快、可靠性好,能夠很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要,基于LEM傳感器的電網(wǎng)諧波電流檢測(cè)和過流保護(hù)為系統(tǒng)的成功應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。
參考文獻(xiàn)
[1]王兆安, 楊君, 劉進(jìn)軍. 諧波抑制與無功功率補(bǔ)償[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1998.
[2]唐欣, 羅安, 涂春鳴. 新型注入式混合有源濾波器的研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2004, 19(11): 50-55.
[3]涂春鳴, 羅安. 電網(wǎng)諧波分析與濾除系統(tǒng)的研制[J]. 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 32(6): 631-634.
[4]唐欣, 羅安, 涂春鳴. 基于遞推積分PI的混合型有源電力濾波器電流控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(10):38-41.
[5]周衛(wèi)平, 吳正國(guó), 夏立. 基波相位和頻率的高精度檢測(cè)及在有源電力濾波器中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2004, 24(4): 91-96.
[6]AkagiH, KanazawaY, NabaeA. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components[J]. IEEE Trans and Appl, 1984, 20(3): 625-630.
作者簡(jiǎn)介:
周柯(1979-),男,博士研究生,主要從事電力系統(tǒng)諧波抑制及無功功率補(bǔ)償?shù)确矫娴难芯浚娫挘?34-0731-0987,郵箱:
zkwolf@163.com ,郵編:410082,通訊地址:湖南長(zhǎng)沙湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院。
涂春鳴(1976-),男,副教授,主要從事電氣工程和控制科學(xué)與工程等方面的教學(xué)和科研工作。