有源電力濾波器中的諧波檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2011-01-14 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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1．2 諧波分析算法
針對(duì)APF的諧波電流檢測(cè)的特點(diǎn)，本課題采用基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq檢測(cè)法。瞬時(shí)無(wú)功功率理論是將三相電流變換到α、β坐標(biāo)，大大地簡(jiǎn)化了負(fù)載有功功率和無(wú)功功率的計(jì)算，在檢測(cè)三相電路諧波及無(wú)功電流中得到了成功的應(yīng)用。經(jīng)坐標(biāo)變換后，電網(wǎng)基波電流的瞬時(shí)
無(wú)功功率和有功功率在α、β坐標(biāo)系中已成為直流成分，因而只要用低通濾波器濾除交流成分，將直流成分逆變換后，就得到電網(wǎng)基波電流。這樣，電網(wǎng)電流減去已檢測(cè)出的基波電流，就得到電網(wǎng)的諧波電流。
基于ip-iq算法的諧波電流檢測(cè)方法原理圖如圖3所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
諧波檢測(cè)電路由DSP外圍電路、模擬信號(hào)調(diào)理電路、A／D采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路及鎖相倍頻電路等5部分組成。
2．1 模擬信號(hào)調(diào)理電路
模擬信號(hào)調(diào)理電路主要是霍爾電流傳感器、可編程有源濾波芯片MAX260組成，其原理框圖如圖4所示。

電網(wǎng)電流在經(jīng)萊姆霍爾電流傳感器按一定比例縮小后，在精密采樣電阻上形成一個(gè)壓降，即將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鲏盒盘?hào)(如圖5所示)，之后電壓信號(hào)進(jìn)入抗混疊濾波器MAX260中，將頻率為O．5倍采樣頻率以上的諧波信號(hào)濾除。

為了避免三相負(fù)載電流檢測(cè)信號(hào)中的高頻分量造成數(shù)字采樣中的混疊現(xiàn)象，影響諧波檢測(cè)的精度，必須設(shè)置抗混疊低通濾波器進(jìn)行濾波；根據(jù)香農(nóng)采樣定理，被采樣信號(hào)中的最高次分量頻率應(yīng)小于或等于采樣頻率的一半。截止頻率設(shè)置較低，能保證濾除效果，但是過(guò)低的截止頻率將使被濾波信號(hào)存在過(guò)大的相位移，給信號(hào)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性帶來(lái)影響。所以，應(yīng)當(dāng)合理選擇抗混疊低通濾波器的截止頻率，使之在保證有效濾除高頻噪聲的前提下，同時(shí)有效保證信號(hào)數(shù)字采樣的精度。
抗混疊濾波器采用Maxim公司生產(chǎn)的可編程通用有源濾波器芯片MAX260。C8051F330與MAX260的電路連接圖如圖6所示。MAX260內(nèi)部有兩個(gè)濾波器A和B，這兩個(gè)濾波器均需要一個(gè)外部時(shí)鐘，在這里濾波器A和B共用一個(gè)外部時(shí)鐘，這個(gè)外部時(shí)鐘是由單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)完成的。在設(shè)置濾波器參數(shù)時(shí)中，A、B兩個(gè)濾波器均被設(shè)置成二階的巴特沃斯低通濾波器，截止頻率為6000 Hz，通帶紋波系數(shù)為0．5dB，阻帶衰減20dB。為了提高濾波效果，將A和B兩個(gè)濾波器級(jí)聯(lián)起來(lái)，即濾波器A的輸出信號(hào)作為濾波器B的輸入信號(hào)，以增強(qiáng)濾波效果。

2．2 AD7656采樣電路
AD7656與DSP7656的接口電路如圖7所示。

AD7656連接外圍電路時(shí)，在DVCC、AVCC、VDRIVE、REFIN／0UT和VSS引腳須加1組去耦電路，該去耦電路是由1個(gè)10 μF和1個(gè)100 nF電容組成。去耦電容要盡量靠近器件，以達(dá)到更好的去耦效果。AD7656其他關(guān)鍵引腳的連接是STBY接VDRIVE，選擇正常模式；RANGE接地表示選擇輸入范圍±10 V；SER／PAR接地。選擇并行接口；W／B接地表示16位并行輸出；WR／REFEN／DIS接VDRIVE表示選擇內(nèi)部參考。
2．3 過(guò)零檢測(cè)電路
過(guò)零檢測(cè)電路電路圖如圖8所示。采用宇波公司的CHV-25P霍爾電壓傳感器，此霍爾電壓傳感器的額定電流為10 mA，原邊與副邊匝數(shù)比為2500：1000．所以在將A相電網(wǎng)電壓接入霍爾電壓傳感器前，需要通過(guò)一個(gè)限流電阻進(jìn)行限流，以免電流過(guò)大將霍爾電壓傳感器燒壞，它
的M端為副邊電流輸出端，需要加一支采樣電阻，將電阻上的壓降引入一個(gè)由運(yùn)算放大器CA3140及4個(gè)電阻組成的滯回比較器，然后在其輸出端通過(guò)一個(gè)由兩個(gè)二極管組成的鉗位電路之后，將高低電平鎖定為5 V和0 V，然后再進(jìn)入一個(gè)與非門(mén)CD4093，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行整形。