隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展,變壓器、發(fā)電機、等高壓電力設(shè)備的應用越來越廣泛。此類高壓電力設(shè)備的安裝驗收和年度檢修中,均需進行交流耐壓試驗項目,然而對這類電容性試品,采用常規(guī)工頻耐壓試驗,所需試驗設(shè)備和電源|穩(wěn)壓器容量都非常大,在現(xiàn)場進行試驗難度也很大。對于同一試品而言,采用變頻諧振試驗方式,所需的電源容量和設(shè)備最小,重量也最輕。諧振試驗系統(tǒng)在試品擊穿時,諧振條件破壞,試品上電壓和電流隨之減小,這有助于保護諧振電源和試品的安全。因此變頻諧振耐壓試驗更適合現(xiàn)場應用。

變頻電源做為交流諧振耐壓試驗系統(tǒng)的核心部分,要求調(diào)壓、調(diào)頻獨立進行,輸出電壓0～400 V,頻率30～300 Hz,且穩(wěn)定度高,還要求在現(xiàn)場環(huán)境下有較強的抗干擾能力。

1.控制系統(tǒng)實現(xiàn)

先進的控制策略、高性能的控制芯片和高速開關(guān)器件相結(jié)合是變頻電源發(fā)展的主流趨勢。在SP－WM波形生成中,已很少采用模擬方法,原因是該方法電路復雜、器件一致性差、輸出波形易受器件老化、外界干擾等因素的影響,因而可靠性差。數(shù)字方法在可靠性、靈活性、可控性等方面具有模擬方法無法比擬的優(yōu)越性,所以本變頻電源采用Intel公司16位單片機80C196 MC作為控制核心,組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)。80C196 MC是專門為電機高速控制所設(shè)計的一種真正16位單片機,廣泛應用于變頻控制中。它有獨具特色的波形發(fā)生器WFG、A／D轉(zhuǎn)換器、事件處理陣列EPA等,控制系統(tǒng)可大大簡化。

在調(diào)頻調(diào)壓控制技術(shù)發(fā)展的早期多采用PAM方式,因此,變頻電源逆變器輸出的交流電壓波形只能是方波,改變方波有效值,只能通過改變方波的幅值,即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型快速開關(guān)器件GTR、IGBT、MOSFET等的出現(xiàn),才逐漸發(fā)展為PWM方式。由于調(diào)節(jié)PWM波的占空比即可調(diào)節(jié)電壓幅值,所以逆變環(huán)節(jié)可同時完成調(diào)壓和調(diào)頻任務,整流器無需控制,設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單,控制更方便。輸出電壓由方波改進為PWM波,降低了輸出電壓的低次諧波含量。

2.　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)軟件采用C－196語言編制,軟件主要包括：主程序、電壓和頻率給定程序、波形中斷程序、電壓閉環(huán)控制程序（PI）、數(shù)字鎖相環(huán)程序及外部中斷程序等。

變頻電源主程序完成系統(tǒng)初始化及參數(shù)設(shè)定等功能,電壓和頻率給定程序,捕捉旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的給定脈沖,進行給定計數(shù)和方向辨別。波形中斷程序為控制系統(tǒng)軟件的核心,中斷優(yōu)先級最高,完成正弦數(shù)據(jù)表查詢、波形發(fā)生器數(shù)據(jù)重置、占空比計算等功能。電壓閉環(huán)子程序進行PI控制算法計算,實時調(diào)整SPWM脈沖波的占空比,達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。數(shù)字鎖相程序采用捕捉中斷,計算電壓和電流的相位差,并實時調(diào)整輸出頻率,直到電壓和電流同相。外部中斷程序響應各保護電路的保護信號,封鎖脈沖輸出,記憶故障參數(shù)。

3.　抗干擾措施
在硬件上采用磁平衡式電壓電流互感器進行強弱電隔離,信號傳輸采用屏蔽電纜,并一點接地。模擬信號在進入微處理器AD前進行多級濾波,最大限度消除虛假信號的侵入�？刂瓢逶O(shè)計中,數(shù)字電路和模擬電路分開布置,數(shù)字地與模擬地采用一點連接,消除數(shù)字電路和模擬電路的相互干擾及地電位的不平衡。控制電源采用開關(guān)電源,加裝電源濾波器,濾除饋入的共模干擾信號。主控板采用電源監(jiān)控芯片,監(jiān)視電源電壓,出現(xiàn)電壓不穩(wěn)時將系統(tǒng)復位。
軟件上,數(shù)字濾波消除脈沖干擾,采用80C196 MC微處理器中看門狗功能,在容易引起系統(tǒng)死循環(huán)或軟件顛覆的位置加入監(jiān)視點,出現(xiàn)故障時系統(tǒng)自動復位。對可能引起電源輸出超限的位置加入極限判別語句,保證任何情況都不會出現(xiàn)變頻電源的不正常輸出。