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程控多功能三相功率源的设计

来源:电子设计应用/沈阳电力高等专科学校 吕勇军?? 2006年08月07日 ?? 收藏0

?????? 前言

?????? 程控三相交流功率源的应用十分广泛,它被大量应用于冶金、通信、化工、电力及军工等诸多行业。用于交流调压、调功、调光及电机软启动等工业自动化控制领域,还可以用于计量以及产品的性能试验等方面。用于计量和产品试验等领域的功率源对于其输出波形要求较高,要求功率源输出完整的正弦波信号,对于正弦波的失真度有一定的限制。目前此类交流功率源的实际输出功率都很小,它们一般只强调单项指标,即电流或电压输出。而用于电能表计量时,其功率源输出的不是真实的功率,而是利用产生“虚功率”的方法来实现电能的计量。在某些产品的性能试验或计量过程中需要产生实际的交流功率,且要求其任意相的电流、电压、相位都能够独立调节。目前的交流功率源都无法满足要求,本文介绍的三相功率源就是为解决这个问题而设计的,它能输出低失真度的正弦波信号,最大输出功率200W,能实现任意相电压、电流、相位的独立调整,能够产生既不平衡又不对称的功率信号。

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?? 硬件设计 整机原理

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?????? 为满足程控功率源的功能要求,本设计采用的是多CPU结构,由一个单片机作为控制单元,控制三个相互独立的相信号发生器,产生三个互差120°的正弦电压信号。每一相信号发生器都以一个单片机为核心,产生一个幅值和相位都可以调整的正弦电压信号,该电压信号经功率放大器放大后输出。控制单元负责管理键盘、液晶显示及串口通信,控制相信号发生器按要求产生出三相交流电压信号。控制单元通过I2C串行总线与各相信号发生器连接,并发送各种控制命令与数据。图1为整机原理框图。?????????

整机框图相信号发生器

图1 整机框图相信号发生器 ???

?????? 相信号发生器的原理如图2所示。单片机选用Cygnal公司推出的C8051F016,该单片机是一种更适用于嵌入式系统低端机的、性能优良的系统芯片。该系列单片机采用CIP-51内核,指令系统与MCS-51完全兼容。它采用流水线结构,淡化了机器周期的概念,指令以时钟周期为运行单位,因此大大地提高了指令运行的速度,最大速度可达25MIPS。

相信号发生器

?????? 图2 相信号发生器? ????

?????? C8051F016内集成了高性能的、可变增益的、多通道的10位A/D转换器,这是一个功能强大的ADC子系统,它包括一个9通道的模拟多路开关、一个可编程增益放大器和一个100ksps的12位分辨率的逐次逼近型A/D转换器,内置一个1.2V、15ppm/℃的电压基准。该子系统还集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。

?????? C8051F016还有两个12位的电压输出方式的D/A转换器、电压比较器、多种串行通信接口、温度传感器、看门狗以及利于在系统编程的Flash存储器和JTAG接口及其片内调试电路。?

?????? 正弦信号的产生 ???

?????? 相信号发生器产生正弦信号的基本思想是,利用单片机按照正弦规律输出数字信号,每次输出的数字信号经D/A转换器转换成正比于该数字信号的模拟信号,连续输出后则产生一个模拟正弦波信号。一般情况,D/A转换器输出的模拟量UOUT=KUREF,就是说D/A转换器输出电压的幅值取决于D/A转换器的参考电压UREF。因此,可利用对参考电压的控制来改变信号发生器的输出正弦电压的有效值。

?????? DAC0832是电流输出的8位D/A转换器,用它和两级放大器构成信号发生器的D/A转换电路,输出双极性的正弦波电压信号。利用C8051F016单片机内部的12位DAC输出一个可变的直流控制电压,为DAC0832提供参考电压UREF,单片机根据控制单元发出的输出电压设定值改变此控制

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程控? 多功能? 三相? 功率源?

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