3.3 LEM傳感器外部接口
由于TMS32OF240 DSP芯片內的ADC模塊要求輸入0~5V的單極信號,須將LEM 電流傳感器輸出的小電流信號轉換為電壓信號,再經放大濾波后送入EVM板的ADC,因此設計了圖3所示的LEM傳感器外部接口電路,實現(xiàn)電流采樣與轉換。
圖3中,R1 為霍耳器件所允許的負載電阻,選160Ω?紤]到LEM霍耳電流傳感器輸出電流信號較弱,圖中運放起放大作用,運算放大器輸入阻抗很高,R2 的影響可忽略,取R2 =6.8kΩ。為防止運放的零漂,采用ICL7650斬波自穩(wěn)零運放。R4 是一個20k的變阻器,主要目的是為了得到一個正向的2.5V的直流偏置電壓。C1 為一個積分小電容,選300pF。電阻R3 和R5 的阻值分別選3.3kΩ和6.8kΩ。運放7650后面的兩個二極管D1 和D2 可防止模擬輸入過大。電容C2 是一個濾波小電容,選0.1μF,其作用是減小干擾,它和電阻R6 構成一個低通濾波器。電阻R6 為限流電阻,選270Ω,它可在過壓時起限流作用,防止損壞后面的A/D轉換電路。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極性的電流反饋信號轉換為單極性信號送入DSP。圖中C3 和C4 是7650正常工作時所要求的外圍器件,電容值均取0.1μF。
3.4 基于LEM 傳感器的APF 過流檢測
在APF系統(tǒng)中,LEM傳感器也用于逆變電路IPM模塊的過流保護電路(如圖4)。LEM傳感器對IPM輸出電流進行檢測,一旦出現(xiàn)過流故障,APF過流保護電路將迅速禁止DSP產生PWM信號,同時把故障信號與PWM信號共同經過與非門后送給驅動模塊,封鎖脈沖輸出,關斷IPM模塊中的IGBT,保護APF系統(tǒng)的安全,只有等到手工復位查清故障后,系統(tǒng)才能重新開始工作。
圖4中,被檢測電流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。當正向出現(xiàn)過流時,圖3中二極管D
1 導通,二極管D
2 截止,從而檢測得到正向過流信號;當反向出現(xiàn)過流時,二極管D
1 截止,二極管D
2 導通,從而檢測得到反向過流信號。通過調節(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。在實際電路中,設計Is過流值為10A,當系統(tǒng)正常工作,即沒有過流時,過電流信號為“高電平”。R
11 和R
12 是上拉電阻。過流故障信號與來自DSP芯片所產生的PWM信號一起經過與非門合成后,送給驅動電路,產生保護作用。
4 工程應用結論
在現(xiàn)場兩套大功率整流負載都投入運行,且負荷較大的情況下,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,電網諧波電流大大降低,同時,由于綜合補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。工程應用結果證明,大功率并聯(lián)混合型APF具有很好的諧波抑制效果,運行可靠,保障了電網的安全、穩(wěn)定、經濟運行。系統(tǒng)中的LEM電流傳感器工作正常、可靠,檢測精度高、響應速度快、可靠性好,能夠很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場應用的需要,基于LEM傳感器的電網諧波電流檢測和過流保護為系統(tǒng)的成功應用發(fā)揮了重要作用。
參考文獻
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作者簡介:
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償?shù)确矫娴难芯,電話?34-0731-0987,郵箱:
zkwolf@163.com ,郵編:410082,通訊地址:湖南長沙湖南大學電氣與信息工程學院。
涂春鳴(1976-),男,副教授,主要從事電氣工程和控制科學與工程等方面的教學和科研工作。