（电力系统及其自动化专业论文）基于发电机仿真器的spwm功率放大及并网研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 发电机仿真器是一种电子装置模型，该仿真器能够模拟发电机及其调速、励磁 调节的主要运行特性，但是发电机仿真器输出的三相正弦电压信号电压较低、驱动 能力较弱，因此有必要研制一种与其相适应的功率放大器。本文通过对各类功率放 大器的特性进行了分析和比较，研制了一种适合发电机仿真器的开关功率放大器( d 类功率放大器) ，并针对发电机仿真器没有转子的特点，对带有功率放大器的发电 机仿真器的并网运行进行了研究。 本文按照功能规划、电路模块设计及仿真、整机原理电路图设计、印制电路 板的设计、样机的制作及调试几个步骤详细阐述了该功率放大器的研制过程。 经过仿真实验和实际装置实验的结果对比，验证了本论文所述方案的正确性和可行 性。 关键词：发电机，仿真，开关功率放大器，s p w m a b s t r a c t g e n e r a l o rs i i 】咖l a t o ri sa ne l e c 们n i cd l i v i c cw h j c hc o u l ds i 妇棚a t et 1 1 em a i no p 豇a t i i l g c ：h a m c t e r i s 垃c so fg 既l 唧t o r t h r e e - p h a s es i n ev o l t a g es i 弘a lo ft h eg e n 盯a t o rs i m u l a t o ri s l o w 锄dt h ed r i v i l l ga b i l i 锣i sw e a ks ow es h o m dd e v e l o pap o w e ra m p l i f i e rw h i c h s h o u l db ea d a p t e d 幻t h eg e n e r a t o rs i m l a t o r i i lt l l i sd i s s e n a t i o n ，a l lk i n d so fp o w e r a m p l i f i e ra r ea 1 1 a l y z e da n dc o m p a r e d ，a n dw ed e v e i o p e das w i t c h i n gp o w e r 锄叩l i f i e r ( k i n do fc 1 嬲sda m p l i f i e r ) w h i c hi ss u i t a b l ef o rt h eg e n e r a t o rs i 皿【u l a t o r t h eg e n e r a t o r s i 皿【u l a t o rd o e sn o th a v et h er o t o r ，a c c o r d i n gt 0t h ec h a u r a c t e r i s t i co ft l l e g e n e r a t o r s i m u l a t o r w em a k es o m er e s e a r c ho n g e i l e r a t o rs i m u l a t o rw i t h ap o w e r 锄p l i f i e r c o n l b i n e di nt h eg r i d 1 1 1t h i sp 印e rw ee x p o u n dt l l ee x p l o r i n gp r o c e s so ft h ep o w e ra m p l i f i 叭c h 觞t h e 如n c t i o np l a l l n i n g ，d 船i 朗a i l ds i i n u l a t i o no fe l e c t r i cc i r c u i tm o d u l e ，d e s i 萨o fp c bb o a r d ， m 枷f a c t u r e 锄dd e b u go f 也em o d e lm a c h i n e b ya n a l y z i n g 也ee x p e r i m e n t ，t h ed e s i g n r e s u l t sg a i n e de m u l a t i o ne x p e r i m e n ta n dt h ea c t u a ld e v i c es c h e m ei sp r o v e nt ob e v a l i da n df e a s i b l e z i mf e n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f t i a nj i 趾s h e k e yw o r d s ：g e n e r a t o r ，s 删呖o t l s w i t c h i n gp o w e ra m p l i f i e r ，s i n ep u l s ew i d t h m o d u l a t e 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于发电机仿真器的s p w m 功率 放大及并网研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电 力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 叁盈 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅： 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：够敏 日期：趔：! ! ：矽 华北电力大学硕士学位论文 1 1 发电机仿真器简介 第一章引言 出于科研和教学工作的需要，我们以前研制了一种全静态的发电机仿真器模 型，它能够模拟发电机及其调速、励磁调节的主要运行特性，是一种新型的适合实 验室实际情况且廉价实用的发电机及其调节系统实验教学设备【l 】，现代科学技术的 发展要求把事物运动按各自系统来研究，但有许多系统由于条件的限制不可能在真 实的系统上进行实验和研究，这样就需要采用仿真的方法，用模型代替真实系统进 行实验和研究l z j 。 发电机仿真器采用物理模拟和数学仿真相结合的方法，整个装置由三相正弦电 压发生器模型、励磁调节器模型和调速系统模型构成。正弦电压发生器通过对阶梯 电压进行滤波形成正弦电压。自动励磁调节器和发电机等效同步电抗采用物理模型 来实现，由硬件电路来完成。励磁系统向发电机提供励磁功率，起着调节电压，保 持发电机端电压或枢纽点电压恒定的作用，并可控制并列运行发电机的无功功率分 配。调速系统一般通过控制汽轮机的汽门开度或水轮机的导水叶开度来实现功率和 频率调节。通过改变调速器的参数及给定值( 一般是给定速度或给定功率) 可以得 到所要求的发电机功率一频率调节特性【3 1 。励磁系统和调速系统根据所建立的数学 模型由电子电路来实现控制过程的仿真。发电机仿真器的功能示意图如图卜1 所示。 张联 耻 手动调压 i 图1 1 发电机仿真器功能示意图 发电机仿真器可以实现以下几个功能： ( 1 ) 模拟实际发电机输出a 、b 、c 三相幅值可调、频率可调、相位差为1 2 0 0 华北电力大学硕士学位论文 并有一定驱动能力的正弦电压。 ( 2 ) 可以实现发电机端电压和频率的手动调节。 ( 3 ) 能够反映出定子电流的无功分量i q 变化对机端电压u g 的影响。 ( 4 ) 能够反映出转子转速变化对u g 的影响。 ( 5 ) 能够反映出有功电流i p 变化对发电机频率的影响。 1 2 研究课题的提出 由于发电机仿真器输出的三相正弦电压信号电压较低、驱动能力弱，因此有必 要研制一种与其相适应的功率放大器，使带有功率放大器的发电机仿真器能够进行 单机带负荷和并网运行实验。用于仿真系统的功率放大器往往要驱动感性负载，而 一般的音响类功率放大器不适合驱动感性负载，从国外进口的专用的线性功率放大 器的价格极其昂贵。本课题将采用一种基于电力电子开关器件、工作在开关状态的 开关功率放大器( d 类功率放大器) 来取代混合仿真器中的线性功率放大器，其效 率和非线性失真系数等指标基本满足发电机仿真器的要求，使带有功率放大器的发 电机仿真器可以满足对新开发的调速器和励磁调节器做闭环实验，为其提供初步实 验的环境；也可以在用仿真软件之后，为分析结果提供实验检测工具。 发电机并网运行时，当发电机频率和电网频率不严格相同时，即使在发电机调 速器不动作的情况下，也能通过同步转矩的作用使得发电机的机械转矩和电磁转矩 相等，把发电机的转子自动的拉入同步；而发电机仿真器的并网运行有自己的特点， 当带有功率放大器的发电机仿真器并网运行时，虽然有同步转矩，但是发电机仿真 器没有转子，因此在发电机仿真器的频率和电网频率略有不同时并网，两者之间的 相角差不断地变化，有功功率的交换也在不断地变化，最终使得发电机仿真器失步， 因此我们需要对发电机仿真器的并网运行进行研究。 1 2 国内外研究的现状 功率放大器在输入信号的作用下，安全、高效率且不失真( 或失真在允许范围 内) 地将直流电源的直流功率转换为输出信号功率【4 】【5 1 ，它广泛应用于多种电力设 备、各种信号和波形发生装置、航空电子设备、音频设备等各种需要将信号功率放 大的场合。到目前为止，绝大多数功率放大电路仍主要是基于线性电路拓扑，而绝 大多数线性直流电源却已经被开关电源取代。线性功率放大器具有优异的波形放大 特性，输出波形畸变率很小，但是线性功率放大器有效率低、散热体积大、价格昂 贵的缺点。除此之外，还有一个很重要的因素限制了线性功率放大器在发电机仿真 器等场合的应用，一般的音响类线性功率放大器所接的负载均为纯阻性负载，当线 性功率放大器接入感性负载时，线性功率放大器中晶体管的损耗将会增加，功率放 2 上 华北电力大学硕士学位论文 大器的效率也将下降，并且晶体管的工作条件也将恶化【6 】。 发电机仿真器要求能够真实地再现其输出电压的波形，要求输出的功率要大， 效率要高，非线性失真系数要小。通过对目前存在的各类功率放大器件性能进行比 较，确定并选择开关功率放大器为发电机仿真器进行功率放大。开关功率放大器具 有能承受高电压、大电流、大功率的能力，拥有失真小，容易数字控制、任意波形 发生、效率高、体积小、重量轻等优点，可以满足发电机仿真器的要求。在开关功 率放大器的发展过程中，开关功率放大器主要活跃在数字音频领域中，很少应用在 大功率、高电压场合。 d 类功率放大器的效率在理论上可以到达l o o 【7 1 。但是在实际应用中，在开关 状态发生变化的时候，要经过线性放大区，有一定的开关损耗( 这与开关频率、元件 的开关时间等因素有关) ，通常d 类功率放大器的效率也可以达到9 0 以上。由于d 类功率放大器可以接入阻性、容性和感性负载【8 1 ，所以d 类功率放大器适合应用到 发电机仿真器等场合。 在6 0 年代就有人提出了d 类功率放大器的概念【9 】，7 0 年代开始，采用脉冲宽 度调制技术( p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ) 进行电机调速，能满足电机调速中大功率的要 求，尽管d 类功率放大器具有效率高的优点，但是受当时电力电子器件开关特性的 限制，d 类功率放大器的输出波形畸变严重，因此并未得到很大的发展。自从进入 8 0 年代以来，随着电力电子技术的日新月异，出现了很多新型全控型器件，如i g b t 和m o s f e t 等，电力电子器件的开关频率也大大提高，国内外对开关功率放大器的 研究又投入了极大的热情【1 0 1 【1 1 1 。 在d 类功率放大器的发展过程中，d 类功率放大器最活跃的一个应用领域是数 字音频功放领域【1 2 】f 1 3 】。近年来，随着数字技术的发展，数字技术日益成为音视频产 品技术发展的趋势，d 类功率放大器在数字音响领域有了较大的发展。 d 类功率放大器具有一些普通线性功率放大器无法比拟的优点，如体积小、效 率高等。它不仅仅可用于发电机仿真器中，还可用于电力系统的许多领域，如在继 电保护测试仪和在电力系统谐波发生仪中的应用。但是，d 类功率放大器也有其自 身的缺点，其最大的缺点就是输出波形中含有较大的谐波分量，与线性功率放大器 相比，d 类功率放大器输出波形的谐波畸变率较大。 随着电力电子技术和数字信号处理器的不断发展，更高开关频率和更短死区时 间的开关功率放大器的出现，将解决死区时间对输出电压的影响。软开关技术与死 区补偿措施在开关功率放大器上的应用，使得输出电压的波形更接近理想的输出波 形，提高了转换效率，降低了输出失真。数字信号处理器性能的日益增强，使得控 制电路更加简单、可靠，更高精度的控制算法能够实现，控制方式更加灵活，实现 更加简便。 3 华北电力大学硕士学位论文 目前，国外开关功率放大器的研究已经达到了一个很高的水平。例如美国德州 仪器公司和a p e x 公司相继推出了p w m 型音频功放用集成电路元件。早在2 0 0 0 年左右，日本就已经有人研制成功了1 0 k w ，最高输出频率为l o o k h z 的开关功率放 大器，其整个频宽范围内的t h d 都小于1 0 ，5 k 内的t h d 小于2 嘣1 4 】。目前国 外开关功率放大器的研究方向：一个是结合开关功率放大器与线性功率放大器的研 究【1 5 】【6 1 ，即用开关功率放大器来承受主功率，用线性功率放大器来做补偿，这样， 既提高了功率放大器的整体效率，也利用了线性功率放大器失真小、线性好的优点； 另外，为了提高开关功率放大器的动态性能，将单周控制方案应用到开关功率放大 器中也是其中的一个研究方向1 7 】【1 8 1 。国内对开关功率放大器的研究，近几年也发展 很快。基于半桥、全桥、多电平等电路的开关功率放大器都有被研究【1 9 】【2 0 1 ，另外， 在单周控制方面也有涉及。研究的领域主要包括电动振动试验台、磁轴承【2 、电力 系统混合仿真器等方面。 用于发电机仿真器的开关功率放大器，所放大信号的频带较音频信号窄的多， 而且集中在低频部分，因此用于发电机仿真器的d 类功率放大器可采用普通p w m 控制方式【2 2 1 。p w m 控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变 电路几乎都采用了p w m 技术。 1 3 本文的意义和主要工作 全静态的发电机仿真器能够模拟发电机及其调速、励磁调节的主要运行特性， 但它输出的三相正弦电压信号电压较低、驱动能力较弱，因此研制一种与其相适应 的功率放大器就显得重要了。 本文的主要工作是： 1 ) 针对发电机仿真器的特点，从理论上对开关功率放大器主电路和控制电路方式 进行分析、比较，提出合适的实现方案。 2 ) 完成原理电路的设计并在m u l t i s i m 中进行仿真验证。 3 ) 对发电机仿真器的并网运行进行了研究。 4 ) 完成印制电路板的设计。 5 ) 完成样机的制作和调试。 4 华北电力大学硕士学位论文 2 1 功率放大器 第二章功率放大器的选择 功率放大器是以向负载输出功率为主要目标的放大设备。所谓功率放大，就是 功率放大器在输入信号的作用下，安全、高效率且不失真( 或失真范围在允许范围 内) 地将直流供电电源的直流功率转化为输出信号功率，它广泛应用于多种电力设 备、各种信号和波形发生装置、音频设备等各种需要将信号功率放大的场合，除此 之外，功率放大器在发射系统、伺服电机、声纳探测、电网谐波抑制等很多地方都 得到了应用【2 3 】【驯【2 5 1 。 2 1 1 功率放大器的效率 在输入信号作用下，直流电源提供的直流功率p 中，一部分被转换为输出信号 功率，其余部分将消耗在功率放大器中，形成功率放大器的损耗只。放大器的效 率刁定义为： 7 7 ：墨：土 ( 2 1 ) 。p乞+ 由公式可知，7 越大，表明给定时，所需要的p 就越小，相应的，也就越小。 其中，直流功率p 减小，可以节省能源；功率放大器的损耗e 减小，可选用损耗功 率小的功率管和体积小的散热器。由此可见，在输出功率一定的情况下，提高效率 就意味着电源供给功率和放大器损耗功率降低，这对于降低能源损耗，减小功率放 大器的体积和成本具有非常重要的意义。 2 1 2 功率放大器的其他主要技术指标 功率放大器的基本要求是安全、高效率且不失真( 或失者在允许范围内) 地输 出所需要的信号功率，除效率外，其它的主要技术指标有： ( 1 ) 频率响应 频率响应也称为频率失真或频率特性，指放大器对各种频率信号的放大倍数， 其值以分贝表示。 ( 2 ) 非线性失真系数t h d ( t 0 t a lh 锄o m cd i s t o r t i o n ) 指信号通过功率放大器后，新增加的气皆波成分的均方根植与原信号的均方根植 的百分比。它通常由电路或者器件工作时的非线性引起。由于功率放大器输入特性 的非线性，当输入为正弦信号时，输出信号将是非正弦的。通过傅氏级数的展开， 5 华北电力大学硕士学位论文 非正弦的输出信号可分解为直流分量、基波分量和各次谐波分量之和。为了衡量非 线性失真的程度，引入非线性失真系数： 册= 压丽= 士届而 ( 2 2 ) 1 _ iu _ i 式中。、l ：、l ，和、吒：、u ，分别表示输出电流和输出电压的基波 分量和各次谐波分量的振幅。在不同的场合，对非线性失真的要求也不同。例如， 在测量系统和音响设备中，t h d 这个指标很重要；而在以输出功率为主要目标的工 业控制系统中，t h d 就显得不那么重要了【2 6 1 。 ( 3 ) 信号噪声比( s n ) 指信号通过功率放大器后增加的各种噪声与指定信号电平的d b 差值或信号幅度 与噪声幅度之比，其值常用分贝表示。 ( 4 ) 瞬态响应 指功率放大器对猝发信号或脉冲信号的跟随或响应能力。 ( 5 ) 互调失真 指两个不同频率的信号通过功率放大器后互相调制而产生的和频与差频以及各 次谐波组合产生的和频与差频信号，这种新增加的频率成分构成的非线性失真就叫 做互调失真。通常用这些非线性信号的均方根值占原来较高频率信号振幅的百分比 来表示。 频率响应反映了放大器的宽带，t h d 反映了放大器的保真度，它们和效率一起， 是功率放大器的重要指标。 2 2 功率放大器的分类 到目前为止，绝大多数功率放大电路仍然主要是基于线性电路拓扑，而绝大多 数线性直流电源却已经被开关电源取代。线性放大器具有优异的波形放大特性，输 出波形畸变率很小，但是线性功率放大器有效率低、散热体积大、价格昂贵的缺点。 线性功率放大器按晶体管的工作状态分为甲类( c l a s s a ) 放大器，乙类( c l a s sb ) 放大器，丙类( c i 鹊sc ) 放大器，甲乙类( c l a s sa b ) 放大器，在6 0 年代，为了提 高功率放大器的效率，有人提出了d 类功率放大器( 也称开关功率放大器) 和e 类 放大器的概念【2 7 】【2 引。它们的分类主要是根据输出器件的工作情况来定义，即在一个 完整的信号变化周期内，晶体管的工作时间或偏置电流流入晶体管的时间来进行定 义【2 9 】。 6 华北电力大学硕士学位论文 v c cv c c v c c ( a ) a 类放大器 ( a ) 1 kc l a s s a ( b ) b 类放大器 ( c ) c 类放大器 1 h e c i 勰s b( c ) mc l a s s c 图2 一l 几种传统功率放大电路 2 2 1 甲类( c 1 a s sa ) 放大器 甲类放大器是指在一个完整的信号周期内，功率晶体管一直工作在线性放大状 态，即导通角秒= 1 8 0 0 ( 在信号周期一周内，导通的角度一般定义为导通角) 。甲类 放大器是所有功率放大器中效率最低的，因此，同等功率下甲类放大器体积大，发 热量高，但甲类放大器在所有放大器中线性度最好，失真最小。甲类放大器原理图 如图2 1 ( a ) 所示。 2 2 2 乙类( c l a s sb ) 放大器 乙类放大器是一种互补式的输出结构，两个晶体管不能同时工作，每个器件工 作半个周期，导通角p = 9 0 0 ，乙类放大器的效率高于甲类放大器。乙类放大器原理 图如图2 1 ( b ) 所示。由于一个晶体管截止而另一个晶体管导通时需要过渡时间， 因此乙类放大器因此存在较为严重的交越失真。在放大正弦信号时，输出信号的交 越失真情况如图2 2 所示。 j l v o _ 一 v i 图2 2 乙类放大器的交越失真波形 7 华北电力大学硕士学位论文 2 2 3 丙类( c l a s sc ) 放大器 丙类放大器的导通角口 玑时使输出电压虬= ，当q 虬时使输出电压玑= 0 。在q 的负半周u 玑时使输出电压虬= 0 。这样就得 到了s p w m 波形阢。图中表示玑中的基波分量。这种在u 的半个周期内三角 波载波只在一个方向变化，所得到的p w m 波形也只在一个方向变化的控制方式称 为单极性p w m 控制方式。 ( 2 ) 双极性正弦脉宽调制 三角波载波在半个周期内的方向是在正负两个方向变化的，所得到的p w m 波 形也是在两个方向变化的，这时称为双极性p w m 控制方式，如图3 4 所示。 & 1 6 f | | f l f 畜赢：7 人 一 v 蛳v 似加 初 i fi iiii-f l - 纠 日r蜘 正 _ 一 j - 一 i _ ， ： 址时使输出电压眈= ，当q ，则q 1 导通、q 4 截止，“知= 蝴f 2 ；如果“加 ，则q 1 截止q 4 导通，则砧。= 1 2 。同理可以得到b 、c 相输出电压波形。( f ) 、“c o ( f ) 。 。1 “c1 lz b 夼虹吲惭一 f ￥料刨v 鞘捌￥秽幅面 图4 4 三相半桥式s p w m 逆变器原理波形 2 1 o 么o o 2 列 z 华北电力大学硕士学位论文 三相半桥式逆变器的开关管一般可用m o s f e t 或i g b t ，正确选择器件的电压、 电流额定值是保证器件安全可靠工作的先决条件。通常在电路工作中，器件的额定 值与实际值之间应留有一定的裕量，使器件在安全工作范围内，以保证器件长期可 靠的工作。m o s f e t 是一种单极性的电压控制器件，有驱动功率小、工作速度高、 无二次击穿、安全工作区宽等显著优点。目前存在的主要问题即低导通电阻与高耐 压的矛盾正在逐步解决。因此，在中小功率的高性能开关电源、斩波器、逆变器中， m o s f e t 得到越来越广泛的应用。本文中的功率放大器的开关管选用m o s f e t 。 m o s 管的选取如下： m o s f e t 参数的计算： 1 ) 漏源额定电压的确定 对于半桥式变换器，主开关管承受的电压为输入直流电压明，要求管子漏源额定 电压：蠢2 3 2 5 ( 功 ( 4 9 2 ) 漏极额定电流j n 的确定 考虑到交流输入电源的波动以及整流滤波的效果，直流侧电压最小值为： u 血= 丝i 4 一l o ) 当输入电源降至额定电压的8 5 时，直流侧最小电压为： m i n ：丝叫o 8 5 ：丝1 1 0 压o 8 5 ：2 1 8 8 ( 功 ( 4 一1 1 ) 考虑到2 5 倍过载电流的情况下，功率放大器效率为8 5 ，单相输出功率为2 0 0 w 时， 此时直流侧的最大平均电流为： k = 恶意娃删 ( 4 - 1 2 ) 此时，漏极额定电流，n 5 4 彳 以上可以作为选取主开关管的依据之一，在本设计中，功率m o s f e t 开关管选 用了m f 8 4 0 。它的参数如下表所示： t y p e r 琊( 棚l i d i r f 8 4 05 0 0 v 2 3 时，5 5 5 定时器内部三极管导通，电容c l 通过电阻r l 放电，输出方波u 为零；当圪1 o ，电压调节器的输出 。就增大输出电压脉宽增大，从而使 输出电压增大；当吒，大于掰，时，厶玩 0 ，以减小，输出电压脉宽减小。从而使 减小，因此当电源电压或负载变化是引起输出电压的变化，通过电压闭环控制可 使输出电压保持稳定，实现了开关功率放大器的输出自动稳压调节功能。 在无电压反馈和有电压反馈两种情况下，对功率放大器进行仿真，通过仿真得 到的数据如表l 和表2 所示，其中表1 为额定负载下电源电压变化时输出的电压值： 表2 为负载变化时输出的电压值，两者均为有效值。 华北电力大学硕士学位论文 表l 工作电源波动时输出电压仿真结果 电源电压，v 1 3 01 2 3 51 3 6 51 1 7 1 4 3 无 有名值，v7 1 8 76 8 3 17 5 4 3 6 4 7 17 8 9 9 反馈 标幺值，p u l0 9 5 01 0 5 0o 9 0 01 0 9 9 有 有名值，v 6 9 1 36 8 7 36 9 6 2 6 8 3 06 9 9 4 反馈 标幺值，p u 1o 9 9 41 0 0 70 9 8 81 0 1 2 表2 负载变化时输出电压仿真结果 ，负载变化1 0 0 负载2 0 负载1 2 0 负载 无 有名值，v 7 1 8 6 67 4 0 0 5 7 1 3 7 1 反馈 标幺值，p u 11 0 2 9 80 9 9 3 1 有有名值，v 6 9 1 2 56 9 3 0 5 6 9 1 0 9 反馈 标幺值，p u 1 1 0 0 2 60 9 9 9 8 由表1 和表2 可以看出，增加了电压反馈后可以保证本功率放大器输出电压具 有良好的稳定性。 4 5 2 取样电压的隔离反馈电路设计 电路隔离的主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制 噪声干扰的效果，在采用了电路隔离的措施以后，绝大多数电路都能够取得良好的 抑制噪声的效果，使功率放大器符合电磁兼容性的要求。 本设计中选用的电压互感器为h o p 系列超小精密互感器，其型号为h p t 2 0 5 a ， 其输入电流为0 2 m a ，输出电流o 2 m a ，隔离耐压2 7 0 0 v a c ，精度0 1 ，线性度0 0 7 ， 角差1 5 。其典型使用电路图如图4 一1 2 所示【4 。 图4 1 2 电压互感器典型工作电路图 2 8 华北电力大学硕士学位论文 图4 一i 2 中，电容c 及电阻r 是用来补偿相移的。通过软件补偿或不需要补偿相 移的场合，电容c 及电阻r 可以不接。图中运算放大器为o p 0 7 系列，运算放大器 的电源电压通常取1 5 v 或1 2 v 。反馈电阻r 和限流电阻彤要求温度系数优于 5 0 p p m ，尺应注意功率选择推荐使用状态是2 m a 2 皿a 。输出电压= 输入v ( r 7 + 内阻) ，l c r ， 另外可调电阻进行微调，以达到输出电压的精度。如果需要补偿角差，则需要确定 补偿电容c l 及电阻r 1 的值。由于电容c 微调时很不方便，所以需要微调电阻r 1 ， c 为( c b b ) 系列电容。 4 6m o s 管的过电流保护 本文设计的驱动电路采用集成电路和分立元件制作，输出的驱动信号本身有一 定的延时，能够防止一相半桥电路中的两个m o s 管直通而烧坏m o s 管。由于流过 m o s 管的电流超过m o s 管的额定允许值时，在很短的时间内就能烧坏m o s 管， 因此我们需要专门设计m o s 管的过流保护电路，使m o s 管过流时，保护快速动作， 封锁m o s 管的驱动信号。 本文设计的m o s 管的过流保护电路如图4 1 3 虚线框内所示，其中图中1 、2 、 3 接口分别与图4 7 中的1 、2 、3 接口对应。v 1 为1 5 v 辅助直流电源，m o s 管过 流保护电路由二极管d 5 、d 6 ，稳压管d 4 三极管q 5 、q 6 、q 7 及周围电阻组成。 m o s 管内部有一个导通电阻r o n ，当m o s 管v t l 开通时，其管压降为： = 厶 ( 4 一1 4 ) 其中i d 广一m o s 管开通时的电流 r o 广m o s 管的导通电阻 工作原理如下：节点4 的电压为= + 6 ( 6 为二极管d 6 的管压降) ， 动作电流的整定值为4 + ( 4 为稳压管d 4 的额定稳压值，为q 5 的基极 与发射极之间的电压) 。正常工作时， 五，则咴， 1 ( 。c ) ，此时最低次谐波的 阻抗很大，因此，滤波器对高频信号有很强的衰减作用。当我们将l c 振荡电路的 振荡频率设计为二时就能有效的滤出高次谐波。 本设计中，厶。= 2 0 抛，基波= 5 0 勉。根据以上条件可以计算得： 工c = 3 1 3 1 0 8 ，因电感值大的电感