一种静止无功补偿装置的制作方法

本发明涉及一种无功率补偿装置，尤其涉及一种静止无功率补偿装置。
背景技术：
：我国国民经济的迅速发展，电网规模逐渐扩大，工业电弧炉、轧钢机、电力机车等冲击性负荷在工业应用领域中被广泛运用，这些负荷具有功率因数低，无功变化大且急剧的特点，运行时会引起低压配电网电压的急剧波动，从而使电能质量恶化，大量线路损耗随之产生，而且会往系统中注入大量的高次谐波，严重影响系统供电的电能质量，并且会在不同程度影响到用户的正常工作。静止无功补偿器(SVC)是用户电力技术的一种，是20世纪70年代初发展起来的新技术。“静止”是针对旋转的同步调相机而言的，国内多称其为动态无功补偿器，这是针对固定电容组(FixedCapacitor，FC)而言的。SVC是通过控制晶闸管的导通角来快速调节并联电抗器的大小或投切电容器组。SVC最基本的两种类型结构为晶闸管相控电抗器型(ThyristorPhaseControlledReactor，TCR)和晶闸管投切电容器型(ThyristorSwitchedCapacitor，TSC)。TCR和TSC可以组成TCR+TSC，或者与FC组成TCR+FC和TCR+TSC+FC等混合型结构，对于负载补偿绝大多数采用TCR+FC型。静止无功补偿器由于没有旋转部件，维护要求较低，控制响应快速，可以按相控制，损耗小，可靠性高，不影响系统短路容量。但是除晶闸管投切电容器(TSC)外，SVC会产生谐波，当SVC运行在线性可控范围外时，其发出的无功功率随端电压的二次方而变化，造成低电压时无功支撑的大大削弱。静止无功功率补偿器对调节负荷功率因数、稳定和平衡系统电压、消除流向系统的高次谐波电流、平衡三相负荷等有显著的作用。将它装设于高压输电系统中可用于控制长距离输电线路甩负荷、空载效应等英气的动态过电压，改善系统的稳态稳定性，抑制系统的无功功率及电压振荡。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种能降低设备容量，减小功率损耗，稳定电网电压，提高用电质量，通过适当控制还可以平衡三相有功功率和无功功率的静止无功补偿器。本发明是采用以下技术方案实现的，一种静止无功功率装置，基于DSP的控制系统，选用TMS320F2812DSP芯片为核心控制器件，还包括信号采集与调理电路、测频电路、隔离放大电路、通信电路，I/O接口电路、键盘与显示电路，构成了一个基本的静止无功补偿装置的控制系统。控制器上设有捕获单元，接收测频电路。控制器上的ADCIN接口连接信号采集与调理电路。控制器上还设有通用IO端口，和IO接口电路连接，且IO接口电路和键盘与显示电路连接。控制器上的SCI接口与通信电路连接。控制器上的PWM和隔离放大电路连接，且隔离放大电路连接TCR晶闸管阀组。控制器还连接实时时钟。控制器系统主要用于对整个系统进行控制、协调和保护。其中的最重要部分为控制器的硬件结构，控制器硬件主要包括信号采集与调理模块、测频模块、同步信号检测模块、控制执行模块、晶闸管触发模块、电源模块、I/O和SCI端口模块等。硬件是基于DSP系统设计的。控制电路需要采集来自PT、CT的输出量，采集量经过电压、电流互感器变成了弱电信号，再对信号进行调理，输入DSP的ADC接口，由DSP执行算法，延时后将触发脉冲输入至晶闸管触发电路，脉冲经过隔离放大触发晶闸管。本发明提供的基于DSP的控制系统，其构成的SVC可用于调节电压、提高稳态输送容量、提高暂态稳定性、增强电力系统的阻尼、缓解次同步谐振、预防电压不稳定和改善直流输电系统的性能。附图说明图1为本发明的控制系统原理框图。图2为本发明的SVC总系统组成示意图。图3为晶闸管阀组的结构。图4为TMS320F2812。图5采样电路原理图。图6为信号调理电路。图7为光耦型正弦波-方波变换电路。图8为光耦输入输出波形图。图9为同步信号形成电路。图10为触发脉冲形成电路原理框。图11为脉冲展宽电路。图12为脉冲展宽波形图。图13为晶闸管的三输出绕组变压器触发电路。图14为光电光电路原理图。图15为通信电路。图16为液晶显示电路。图17为键盘电路。图18为实时时钟电路。图19为直流稳压电源结构图和稳压过程图。图20为电压源电路。具体实施例FC+TCR型SVC系统主回路图如图1，FC+TCR型SVC供电系统的主电路图中，系统参数：负载(交流电弧炉和钢包炉)母线电压：10kV；PT：电压比10000V/100V；CT：电流比1000A/5A。图中为示意，高压晶闸管阀组中单相只画出了一对反并联晶闸管，FC滤波装置只画出了四条支路。按照功能可将整个FC+TCR型SVC装置分成四个部分，各个部分的结构和功能介绍如下：(1)FC滤波器：由电抗器、电力电容器组成的单个或多个滤波通道，分别用于滤除相应的高次谐波，同时也向系统提供一定容性无功的作用。(2)补偿电抗器：补偿电抗器选用空心干式，上下双线圈，自然冷却方式并且能够耐电流冲击。原理是触发高压晶闸管之后产生电流流过补偿电抗器，产生系统所需要的感性无功，平衡系统无功功率，同时还起到稳定的母线电压和调整功率因数的作用。(3)高压晶闸管阀组：高压晶闸管阀组接受来自数字控制系统的触发信号，通过改变晶闸管触发角的大小，从而使电抗器产生相应的无功补偿电流。(4)数字控制系统：数字控制系统用来实时采集电压信号、电流信号，计算母线上无功功率和要补偿导纳值，控制晶闸管触发延迟角的大小，发出触发脉冲，进而实现改变无功功率的大小的目的。TCR的参数计算SVC的补偿率为C＝100％·Qsvc/ΔQmax(3-1)式中：Qsvc为SVC的动态补偿容量，Mvar，也称SVC的额定容量；ΔQmax为波动性负荷的最大无功功率变动量，Mvar。由于本发明的FC+TCR型SVC装置是为电弧炉设计，电弧炉投入运行时无功变化比较剧烈，再考虑到加装SVC的目的是补偿电弧炉运行时产生的无功功率，可以将SVC的补偿率选为1。为实现SVC的动态补偿容量Qsvc，需增大TCR电抗器的理论额定容量QL。因为有Qsvc＝QL·(2π-2αmin+sin2α)/π(3-2)式中：αmin为高压晶闸管阀组的最小控制角，rad。则电抗器的额定电感为Le=3×Ue2ωQSVC·2π-2αmin+sin2αminπ---(3-3)]]>式中：Ue为电抗器的额定电压；ω为电源角频率。TCR的额定电流为ILe=UeωLe·2π-2αmin+sin2αminπ---(3-4)]]>已知该厂最大无功功率变化量为24Mvar即ΔQmax＝24Mvar。当补偿率C＝100％时，SVC的动态补偿容量QSVC＝C·ΔQmsx＝24Mvar。若TCR的最小控制角为αmin＝105°＝1.832596rad，则电抗器的额定电感由(3-3)可得电抗器的额定电流由(3-4)可得依此选择晶闸管，其通态平均电流为这个结果的1.5—2倍。滤波器的参数计算及设计公用电网谐波的指标高次谐波电流是非线性负荷产生的,在交流电弧中，由于电弧电流失真产生了2、3、4和7次等谐波。按照GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的要求，谐波造成电网电压波形畸变率不应超过表里的极限值，用户注入电网的谐波电流不应超过表里所列的允许值。表1公用电网谐波电压(相电压)极限值表2注入公用电网公共的谐波电流允许值本发明中，母线电压为10kV，已知系统最小短路容量为220MVar，由下式推出实际工况标准的最小短路容量允许谐波电流值，记入表3-3。In=Sn1Sn2·Inp---(3-5)]]>式中：Sn1为公共接点的最小短路容量Sn2为基准短路容量Inp为谐波电流允许值表3最小短路容量下注入公共连接点的谐波电流允许值滤波器的确定(1)计算FC的基波无功容量根据实际的情况，SVC一般需要具有0～100％的容性调节范围，则固定滤波器组的基波无功容量由下式可得：QFC1＝QSVC[1-(2π-2αmax+sin2αmax)/π](3-6)式中：αmax为高压晶闸管阀组的最大控制角，rad。若最大控制角αmax＝165°＝2.879793rad时，又QSVC＝24Mvar，由上式可得固定滤波器组基波无功容量为：QFC1＝24×[1-[2π-2×2.879793+sin(2×165°)]/π]＝23.82Mvar(2)计算各次谐波支路的谐波电流计算流过各次滤波支路的谐波电流，要实测各次谐波电流含量，参考注入公用电网谐波的标准，还要与用户协商增加滤波器后系统中可以残留的各次谐波电流值。该厂谐波含量主要的谐波为2、3、4、5次谐波含量超标。本文设计安装2、3、4、5次单调谐滤波器，确定安装滤波器后系统中各次的谐波电流残留值分别小于表3-3中的值。各滤波支路的谐波电流值应综合考虑TCR产生的谐波电流，可分别整定为：I2＝10.58A，I3＝20.2A，I4＝21.5A，I5＝37.5A(3)计算各次谐波支路谐波滤波器的基波容量各次滤波支路的基波容量应按照谐波电流分配法计算，该厂所需的SVC补偿容量为24MVar，则各次谐波滤波器的基波容量可按照下式确定。Q1n=In/nΣn=2∞(In/n)·QSVC---(3-7)]]>可得：Q2n＝5.10Mvar，Q3n＝6.49Mvar，Q4n＝5.18Mvar，Q5n＝7.23Mvar(4)计算各次滤波支路谐波滤波器的电容值在工程设计中，单调谐滤波器的电容值Cn可由下式计算求得：Qin=U12·ω·Cn---(3-8)]]>式中：Qin为各次谐波滤波器基波容量(Mvar)U1为基波额定线电压(kV)Cn为各次谐波滤波器电容值(F)将U1＝10kV带入，可得：C2＝162.34μF，C3＝206.58μF，C4＝164.88μF，C5＝230.14μF(5)计算各次滤波支路谐波滤波器额定电压值在各次支路滤波器的设计中，为了保证滤波器能够安全可靠运行，一定要计算好滤波器的额定工作电压。各次滤波支路的谐波电压可以由下式求得，即：Ucn＝Icn/(nω·Cn)(3-9)则各次滤波支路的额定电压为：Uce＝U1+Ucn(3-10)将数据代入，可得：Uce2＝10103.72V，Uce3＝10103.75V，Uce4＝10103.77V，Uce5＝10103.73V(6)计算各次滤波支路谐波滤波器的安装容量根据上面的两个公式，可求得滤波器的额定容量，即安装容量为：Qce=Uce2·ω·Cn---(3-11)]]>代入数据，可得：Qce2＝5.21Mvar，Qce3＝6.63Mvar，Qce4＝5.29Mvar，Qce5＝7.38Mvar(7)计算各次滤波支路串联电感器的电感值根据滤波支路谐振时电容与电感的关系nXL=nωL=1nωC=XCn---(3-12)]]>有Ln=XCnω=1nωCn·1nω=1n2ω2Cn---(3-13)]]>对于2次谐波:2XL＝XC/2,则XL＝XC/4＝0.25XC,各负荷补偿和变电站普遍采用在回路中串联26％的电抗构成2次谐波滤波器，所以，XL＝0.26XC，则L2=0.26ω2C2=16.23mH;]]>同理，对于3次谐波:3XL＝XC/3，则XL＝XC/9＝0.11XC，取0.12倍，则L3=0.12ω2C3=5.89mH;]]>对于4次谐波:4XL＝XC/4，则XL＝XC/16＝0.06XC，取0.08倍，则L4=0.08ω2C4=4.92mH;]]>对于5次谐波:5XL＝XC/5，则XL＝XC/25＝0.04XC，取0.06倍，则L5=0.06ω2C5=2.64mH.]]>(9)计算串联电抗器的电阻R=XnQ=1QLC---(3-14)]]>式中：Xn为滤波器的特征电抗，Q为滤波电抗器的品质因数。品质因数主要用来考察滤波效果，虽然理论上越大越好，但如果品质因数过大，系统更容易失谐，因此一般在单调谐滤波器中，取30～60。本次设计中滤波电抗器Q为30。则代入数据可得：R2＝0.75Ω，R3＝0.40Ω，R4＝0.41Ω，R5＝0.25Ω根据以上计算得到各滤波器的主要参数计算值如下表：表4单调谐滤波器参数表晶闸管阀组的参数计算与设计晶闸管阀组的基本结构晶闸管阀组是SVC控制系统的被控制对象。晶闸管受电压电流额定值的限制，需要串联或(和)并联使用。由于10kV电压等级的中小用户补偿容量都不太大，加之晶闸管的电流额定值可达上千安培，所以很少使用并联，只考虑串联。晶闸管的特性分散，不能简单串联使用，需采用均压技术加以解决。稳态均压的最常用方法是给每个串联晶闸管并联一只均压电阻，要求均压电阻中的电流大于晶闸管的漏电流。又由于晶闸管存在开通及反向关断恢复时间的差异，在此期间会出现瞬态的电压分配不均，还需采用瞬态均压措施，方法之一是在每只晶闸管的两端并联阻容吸收电路，同时吸收瞬态过电压。在实际的SVC装置中，晶闸管阀组不采用先串联再反并联的方式，而是采用先反并联再串联的方式组成。这样做有两点好处：一是某一个晶闸管损坏后不影响阀组工作；二是正反向晶闸管可以共用一套稳态和瞬态均压电路。晶闸管阀组的结构如图3-4。电阻Rp为稳态均压电阻，Rb、Cb为起瞬态均压作用的阻容吸收回路。晶闸管阀组的参数计算(1)晶闸管阀组器件串联数计算晶闸管阀组器件串联数按下式确定ns＝UAMKcuKbKAu/(URMKu)(3-15)式中：Kcu为过电压冲击系数，取1.3～1.6；UAM为臂的工作峰值电压的正反向大值，V；Kb为电网电压升高系数，一般取1.05～1.1；KAu为电压的设计裕度，一般取1～2，根据器件可靠性而定；Ku为均压系数，取0.8～0.9；URM为晶闸管额定重复峰值电压，V。(2)稳态均压电阻值参数计算稳态均压电阻值参数按下式计算Rp≤(1/Ku-1)URM/IRM(3-16)式中：URM为晶闸管额定重复峰值电压，V；IRM为对应晶闸管额定重复峰值电压URM的重复峰值漏电流；Ku为均压系数，取0.8～0.9。(3)阻容吸收电路的参数计算吸收电容Cb(μF)的值由下式可得：式中：ΔQmax为串联晶闸管之间反向恢复电荷的最大差值，μC；为线电压峰值，V；其余同上。为了较好的抑制晶闸管的关断过电压，电阻Rb的阻值选择应使TCR电抗器的电感L、阻容吸收等效电容C′b＝Cb/ns和吸收等效电阻R′b＝nsRb构成的串联电路处于轻微欠阻尼状态。(4)晶闸管的选型设计根据TCR的补偿容量24Mvar，各相晶闸管阀臂上流过的额定电流为799.84A。所以选择ABB公司的5STP12N8500型号的晶闸管，参数如下表5所示。表5晶闸管参数根据系统电压和所选晶闸管的耐压决定串联的个数，过压系数一般取3～4倍，晶闸管电流的过流系数一般取2～3倍。其中由(3-15)可算出晶闸管阀组器件串联数计算得下表：表6晶闸管阀组器件串联数UAMKCUKbKAUKU晶闸管阀组数14142V1.31.051.10.93由(3-16)和(3-17)可算出R′b＝3×Rb＝1.5Ω，TCR控制系统的硬件设计TCR控制系统概述一个理想的负荷无功补偿装置的三个主要功能是：将功率因数提高到1或接近于1、稳定补偿点的电压在可接受的范围、平衡补偿点的三相电压、电流。为了实现不同的补偿目标，SVC的控制系统也不尽相同，主要有以下四种形式：开环控制、闭环控制、复合控制和计算机控制系统。基于DSP的计算机控制系统控制器系统主要用于对整个系统进行控制、协调和保护。其中的最重要部分—控制器的硬件结构，控制器硬件主要包括信号采集模块、测频模块、同步信号检测模块、控制执行模块、晶闸管触发模块、电源模块、I/O和SCI端口模块等。本系统测量电网三相电压、电流信号，最终目标是要产生TCR晶闸管触发脉冲信号，其主要功能如下：(1)进行三相交流点的测量(包括电压、电流和频率)；(2)根据三相补偿电纳与电流采样值的数学模型，进行晶闸管控制角的运算；(3)晶闸管触发脉冲的输出。控制系统原理框图如图1，硬件是基于DSP系统设计的。控制电路需要采集来自PT、CT的输出量，采集量经过电压、电流互感器变成了弱电信号，再对信号进行调理，输入DSP的ADC接口，由DSP执行算法，延时后将触发脉冲输入至晶闸管触发电路，脉冲经过隔离放大触发晶闸管。控制核心DSP本发明采用美国德州仪器公司(IT)所生产的TMS320F2812数字信号处理器是针对数字控制设计的，整合了DSP及微控制器的最佳特性，主要用在嵌入式控制，如数字电机控制、资料提取及I/O控制等领域。针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期，F28X核心支持全新CCS环境的compiler，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发界面。它有以下主要功能及特点：(1)高性能静态CMOS制成技术①主频高达15OMHz，每个时钟周期为6.67ns；②采用低电压供电，当主频为135MHz时内核电压为1.8V，当主频为150MHz时内核电压为1.9V，I/O引脚电压为3.3V。(2)支持JTAG在线仿真接口(3)32位高性能处理器①支持16b×16b和32b×32b的乘法加法运算；②支持16b×16b双乘法运算；③采用哈佛总线结构模式；④快速的中断响应和中断处理能力；⑤统一的存储设计模式；⑥兼容C/C++语言以及汇编语言。(4)片内存储空间①片内Flash空间大小为128K×16b，分为4个8K×16和6个16K×16存储段；②ROM空间：片内含128K×16b大小的ROM；③OTPROM空间大小：1K×16b；④L0和LI：两块4K×16b单地址寻址随机存储器(SARAM)；⑤H0：一块8K×16bSARAM；⑥M0和M1：两块1K×16bSARAM。(5)BootROM空间空间大小为4K×16b，内含软件启动模式以及标准数学函数库。(6)外部接口①高达IM×16b的总存储空间；②可编程的等待时间；③可编程的读写时序；④三个独立的片选信号。(7)时钟和系统控制①支持动态锁相环倍频；②片内振荡器；③内含看门狗定时模块。(8)三个外部中断(9)外设中断模块(PIE)可以支持45个外设中断(10)3个32位CPU定时器(11)128位安全密钥①可以包含FlashROMOTP以及L0L1SARAM；②防止系统硬件、软件被修改。(12)用于控制电机的外设(13)两路事件管理器(EVA,EVB)(14)串行通信端口①串行外设接口(SPI)；②两路串行通信接口(SCI)，标准UART口；③增强型CAN模块(eCAN)；④多通道缓冲串行接口(MSBSP)。(15)12位ADC转换模块①2×8路输入通道；②两个采样保持模块；③单一或级联转换模式；④最高转换率为80ns/12.5Msps。(16)56个通用GPIO口(17)先进的仿真模式①具有实时分析以及设置断点的功能；②支持硬件仿真。(18)开发工具①DSP集成环境(CCS)；②JTAG仿真器。(19)低电模式和电源存储①支持IDLE、STANDBY、HALT模式；②禁止/使能独立外设时钟。通过以上数据可以看出，TMS320F2812具有强大的数学运算能力和控制能力，很容易实现对整个系统进行数据处理和功能控制，其内部结构框图如图4所示。TMS320F2812的工作原理是：其ADC模块采集三相电压、电流，CAP模块接收线电压、频率信号，计算出所需补偿的电纳值，转换为TCR控制角，根据移相原理折算成技术脉冲个数D，储存在递减计数寄存器中。当线电压到达计时零点后，延时启动，之后往各个PWM管脚输出的触发脉冲，如下表7所示。表7PWM各管脚及其功能管脚名称功能PWM1uac正半周脉冲输出PWM2Ubc正半周脉冲输出PWM3Uba正半周脉冲输出PWM4Uac负半周脉冲输出PWM5Ubc负半周脉冲输出PWM6Uba负半周脉冲输出移相触发的原理是把控制触发角α换算成对应的延时tα，再折算成对应的计数脉冲个数D。α换算为tα的公式为tα=α360T---(4-1)]]>式中T是晶闸管交流电源的周期。如事件管理器的计时器的频率为fc，则与tα对应的计数脉冲数为D=tαfc=α360Tfc---(4-2)]]>这就是DSP芯片传输给计时器的初始值，计数清零后，发出触发脉冲。信号采集电路系统电压、电流通过PT和CT转换为100V电压信号和5A电流信号，但100V电压不能直接进入数字控制系统，所以在前端加上二次互感器。用电压互感器将来自PT有效值为0—100V的交流电压信号变成有效值为0—3.53V的交流电压信号，用电流互感器将来自CT有效值为0—5A的交流电流信号变成有效值为0—3.53V的交流电压信号，以适合采样电路需求，并保证信号的真实性。所以这两种互感器要有足够宽的频率响应，保证输入信号的幅值失真小，相位具有线性相位特性，而且要将信号与外部在电气上隔离，提高抗干扰能力，保障人身安全。但DSP模/数转换内核正常的电压输入范围为0～3.3V，否则会对DSP造成损坏。经过两级互感器转换的低电压信号送往调理电路，变为0～3.3V的单极性电压信号后，直接由DSP芯片采样。如图5为采样电路的原理框图。本设计选用天瑞TR1102-1C的电压互感器，天瑞TR0102-2C的电流互感器，主要技术指标如下表所示：表8测量用TR1102-1C电压互感器参数表9测量用TR0102-2C电流互感器参数图6以A相电压为例分析信号采集电路的工作原理。图中，输入电压信号Ua经过电阻R1和R2的分压后连接至第一个放大器A1，A1构成射极跟随器，可以增大输入电阻和负载能力。经过R1和R2的分压作用有：UA=R2R1+R2Ua′---(4-3)]]>A2构成反比例放大器，调节R5可以改变放大倍数，电容C1用来补偿放大器的移相作用。调节R5使反比例放大器的输出UB幅值为-1.5V～+1.5V，UB接至由A3构成的偏置电路。偏置电路的输出为：UC=5R7+R11R8(R6+R7)-R11R9UB---(4-4)]]>调节R7，使UB＝0时，UC＝1.65V，这样当UB为-1.5V～+1.5V时，输出UC为0～3.3V的单极性信号。R12和C3构成无源滤波器，用来滤除高次谐波，减少对采样的干扰。二极管D1和D2构成钳位电路，当UC>3.3V时，D1承受正向电压而导通，将输入电位限制到3.3V。同样，当UC<0V时，D2承受正向电压而导通，从而将输入电压限制到0V以上。测频电路电网的频率是不断波动的，采样周期TS＝1/f，当电网频率变化时，需要调整采样间隔TS，使在每个周期内都能完成N个点的采样。TMS320F2812的捕获单元和定时器配合，可用来记录输入引脚的跳变，保存信号跳变的计数值。假设计数器的计数时间间隔为T，两次检测到信号跳变时的计数值分别为N1、N2，那么两个脉冲之间的间隔就是(N1-N2)T。如果能把电网电压的正弦波型变为对应的方波，送入DSP的捕获引脚，按上面的方法就可以得到电网的实际频率。本设计在此处采用图7的电路来实现此功能，图中UA是图6中A点的电压。波形如图8所示。在正弦交流电压信号的正半周，发光二极管导通，光耦输出低电平，在负半周输出高电平。同步信号检测电路晶闸管在正确的时刻触发导通,要有同步信号来保证。本算法中计算所得的晶闸管控制角是以线电压过零且变化率为正的时刻为计数零点，以线电压过零且变化率为负的时刻为180°。由DSP芯片的捕获单元收集同步信号，作为内部计时器开始计时的信号。以uab为例的电路原理见图9。触发电路晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。由于晶闸管是半控器件，导通后触发脉冲失去控制作用，为了减小损耗，多采用单脉冲或脉冲序列。晶闸管触发脉冲和触发电路应满足以下要求：(1)触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通；(2)触发脉冲应有足够的幅度，触发电路所提供的触发电压和触发电流的幅度应大于可靠触发电压和可靠触发电流，从而保证晶闸管可靠触发，但不得超过规定的门极最大允许触发电压和最大允许触发电流，实际触发电流可整定为3-5倍的额定触发电流；(3)所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和额定功率，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内；(4)应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。触发脉冲电路的主要功能是将DSP产生的TCR六相触发脉冲经展宽后送给隔离放大电路触发晶闸管。原理框图如图10所示。触发脉冲展宽电路TMS320F2812芯片的PWM管脚输出的触发脉冲为一窄脉冲，可靠触发晶闸管的宽度是不够的，需要展宽。利用NE555单稳电路将脉冲展宽，但该芯片在低电平时才启动，故在前加三极管非门，电路如图11，电路输入输出波形图如图12。窄脉冲经过555构成的单稳电路展宽，送往隔离放大电路。脉冲宽度tW由下式近似给出。tW＝RT·CT·ln3≈1.1RT·CT(4-5)隔离放大电路晶闸管的触发电路要有足够的绝缘强度，并且触发脉冲应是前沿时刻相同的强触发脉冲。晶闸管的触发电路有电磁触发方式、间接光触发方式和直接光触发方式三种。(1)电磁触发方式也称脉冲变压器触发方式，即脉冲变压器式触发电路将低位触发信号经脉冲变压器隔离后送到晶闸管的门极。脉冲变压器的一次绕组输入脉冲信号，一、二、三次绕组互相隔离。它既传送能量，又传递信号，但只能做到电位隔离。这种方式优点是设计方便、制造简单、成本较低，缺点是当晶闸管出现高反压击穿等故障时，高压信号可反馈回触发电路造成损坏。所以本设计在采用电磁触发方式的前提下，加一光耦合器件，保证隔离效果。高电平经过光耦输出电平为低电平，再经过8050的反相驱动器送至三绕组脉冲变压器直接触发晶闸管。图13为本发明的隔离放大电路。根据推荐，可控硅电流在500A—1000A时，选择KCB674/211B可控硅触发变压器。主要技术指标如表10。表10KCB674/211B的参数表其中，u—变压比；Vp—各绕组之间事假的抗电强度试验电压之有效值，持续时间60s。Fp—测试脉冲频率；V1—输入脉冲幅度(初级脉冲变压器)；tn—在响应的V1和Fp下变压器的额定传输脉宽；V2—输出脉冲幅度(次级脉冲变压器)。(2)直接光触发方式触发信号经电光转换后，直接触发光控晶闸管的光触发门极。与普通的电触发晶闸管相比，直接光触发晶闸管具有直接光触发和内置BOD保护两大优点，使其可靠性大大提高、维护量明显降低。但十分昂贵的价格阻碍了它的推广和应用。(3)间接光触发方式如图14所示，电光电触发电路利用光导纤维传递信号。光导纤维具有很好的绝缘性能，又有较宽的频率响应，可以获得理想的强触发脉冲，因而这种触发电路在高压直流输电、SVC中得到广泛应用。门极控制脉冲先变成光信号，经光纤送至触发板，光电转换变成电信号，经整形放大后控制晶闸管的门极。其电能取自与阻容吸收回路串联的数十至数百微法的电容两端的电压，或由专门的高绝缘变压器的二次绕组提供。但电路复杂。门极触发信号的电光转换电路采用HFBR-1521作为电光转换器件。高电位触发板的光电转换电路，采用HFBR-2521作为光电转换器件。这两个器件一般成对使用。通信接口电路TMS320F2812的串联通信接口(SCI)是一个采用发送、接收双线制的异步串行通信接口，降低了串口通信时CPU的开销。SCI模块支持CPU和其他使用非归零制的外围设备之间的数字通信。PC机机箱后的DB9串行通信口为RS-232电平，DSP为TTL电平，必须进行转换才能通行。本设计，选择MAX323来实现F2812与PC之间的串口通信。具体硬件电路如图15，将DGND、PC-RX、PC-TX与PC相应的串口线连接起来，即可实现串口通信。通用I/O端口电路液晶显示电路本设计采用是含字库的字符型液晶SMG12864ZK。SMG12864ZK为5V供电，而DSP的I/O输出电压为3.3V，所以在输出到液晶之前需要先经过3.3V转5V芯片，采用74LVX3245的可选择方向的电压转换芯片。本设计具体的电路图如图16所示。其中电路A端为DSP的GPIO口，B端为直接的输出I/O口。当DIR(GPIOB13)为1时，此时电平由A端(DSP的GPIO口)变换到B端(输出口)，即DSP直接输出5V电平；当DIR(GPIOB13)为0时，此时电平由B端(输入口)变换到A端(DSP的GPIO口0)，即5V电平直接输入到DSP系统内。表11SMG12864ZK液晶显示模块的接口信号说明键盘电路键盘是用来设定控制参数的基本手段。本设计设计的是7个按键的键盘，由一片74HC165并入串出芯片来驱动实现，按键电路如图16，各个按键功能分配如下表。表12SMG12864ZK液晶显示模块的接口信号说明键盘电路设计如图17所示。实时时钟电路DS1302是DALLAS公司推出的一种时钟芯片，片内包含一个实时时钟/日历和31B的静态RAM。芯片通过一个简单的串行接口与外部微处理器进行通信。实时时钟/日历芯片可以提供秒、分、小时、日、月、年等信息，在月末时，时钟/日历芯片会自动调整为新的日期，即使是闰年或月份少于31天的日期也可以通过软件设置为自动调整。DS1302也可设置12小时制或24小时制，如果设置为12小时制，系统可以通过AM/PM指示具体的时间，从而可以防止时间混乱。具体的接口连接示意如图18所示。电源电路在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源一般由电网供电，再经整流、滤波、稳压三个主要环节，将电网交流电压变换成电子系统需要的稳定的低压直流。小功率稳压电源的组成和稳压过程可由图19表示。电源变压器是将220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。本设计中需要+12V、-12V、+5V、-5V和3.3V的直流电压。电源电路设计如图20所示。当前第1页1 2 3