基于实时采样的变频器功率测量电路设计

摘要

在当今工业和自动化控制领域中，变频器及变频技术在交直流调速，矿山，军工等领域有着越来越广泛的应用，并且由于其在节电节能方面的出色表现，因此对其研究的深入程度也日益加深。在变频器的使用过程中，效率是评定变频器工作性能的一个比较重要的指标，但是由于变频器的恶劣工作环境以及变频器自身在工作过程中对外部产生很严重的电磁干扰，因此会对测量仪器工作的稳定性产生严重的影响。同时由于变频器的输入、输出信号的特殊性，在采样中会出现比较大的偏差，因此不能使用普通的功率仪表进行测量，因此，本文从如何对信号进行实时采样出发，对变频器的实时采样理论以及测量系统的硬件电路设计方面进行了研究和设计。
　　为了提高变频器输出端的功率测量精度，本论文提出了采用实时最佳同步采样法来进行信号的实时采样。该采样法的基本原理可以归纳为三点：（1）用前一个信号的测量（或估计值）值实时计算当前的信号采样周期；（2）对每一次需要采样的信号，只采样固定的N个点；（3）每个采样点与预计的同步采样点的误差不大于一个定时器最小的定时单位。在周期可以测量的情况下，对电压电流进行积分运算来实现功率的实时测量。
　　本论文针对变频器输入、输出端电信号的特殊性设计了不同的功率测量电路，并在实时最佳同步采样理论下，设计了针对开关磁阻电机的特殊四相电信号的测量电路。利用CS5460A单相电能/功率计量芯片和philips公司的LPC2131芯片为变频器输入侧设计了功率测量系统；利用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2812和快速采样芯片AD7863为变频器的输出侧设计了功率测量系统。本论文详细介绍了基于这两种方案的功率测量电路的设计方法和主电路结构。

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第一章 绪论

§1-1本文研究背景和意义

§1-2国内外测量仪表的概况、水平和发展趋势

§1-3 采样式功率、电压、电流测量技术的现状

§1-4 本论文主要研究内容、创新点

第二章 实时采样技术的理论与研究

§2-1 引言

§2-2 硬件同步法

§2-3软件同步法

§2-4理想情况下同步采样测量算法的误差估计

第三章 输入侧功率测量硬件电路设计

§3-1 变频器的输入信号的分析

§3-2 变频器输入侧功率测量系统硬件设计方案

§3-3 硬件电路中的抗干扰措施

§3-4输入端功率测量的软件设计

§3-5 变频器输入侧功率测量电路总图

第四章 输出侧功率测量电路设计

§4-1输出侧信号特点的分析

§4-2 硬件电路总体设计

§4-3 DSP的选择及其外围电路

第五章 结论及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所获得的相关科研成果