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数控电源的设计与制作十篇

时间：2023-12-19 17:46:30

数控电源的设计与制作

数控电源的设计与制作篇1

关键词: AT89S52;开关电源;PWM

1系统总体设计方案

由单片机输出经数模转换后得到0～4.095 V的电压控制信号,此电压信号经LM358集成运放放大为0～25V,并输入到LM7805公共端(即把LM7805的2脚接成悬浮)。在LM7805的输出端3脚得到Ui = 5~30 V的电压信号,此电压信号作为开关电源PWM电路的基准信号。改变单片机输出信号,使Ui在5 ~ 30 V之间变化。PWM电路是由TL494组及一些器件组成,它由2脚输入基准信号,其最终电压输出将随基准电压同步变化,从而达到输出电压由单片机控制的目的。此外电路中还用采样电路将输出电压值通过模数转换返回到单片机,电压预设值和实际输出值都会通过液晶12864显示出来,系统框图如图1所示。

2系统各模块电路设计

2.1 开关电源

电路可以直接从电网整流供电,其自身功耗小、体积小、重量轻,适用于大功率且负载固定的场合。开关控制方式采用PWM,基准电压电路输出稳定的电压,取样电压与基准电压之差经放大器放大后,作为电压比较器的阈值电压,三角波发生电路的输出电压与之相比得到控制信号,控制开关管的工作状态。此电路中开关管工作在非线性区,当PWM控制信号为高电平时,开关管饱和导通,续流二极管D因承受反压而截止,整流滤波后的电压直接通过蓄能电感作用在后级电路,此时电感L存储能量,电容C充电。当开关管截止时,蓄能电感放电起续流作用,与此同时C放电,负载电流方向不变。当电压降低到设定值时通过与基准比较后把差值放大与494内部锯齿波比较,当锯齿波幅比差值信号大时开关管开通,如此循环。开关电源通过改变PWM占空比来使输出电压稳定。电路原理图如图2所示。

2.1.1 PWM控制电路

本电路由核心芯片TL494作控制的单端PWM降压型开关稳压电路。TL494 是一种固定频率脉宽调制电路,它包含了开关电源控制所需的全部功能。内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节,其振荡频率如下:

f=■

TL494输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1 和Q2 受控于或非门。当双稳态触发器的时钟信号为低电平时才会被选通,即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大,输出脉冲的宽度将减小。控制信号由集成电路外部输入,一路送至死区时间比较器,一路送往误差放大器的输入端。通过调整死区比较器输入端的电压(0～3.3 V)可改变脉冲的输出占空比。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段:当反馈电压从0.5 V 变化到3.5 V时,输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3 V到(Vcc-2.0)的共模输入范围,这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平,它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算,正是这种电路结构,放大器只需最小的输出即可支配控制回路。将Q1和Q2并联使用,需将输出模式控制脚接地以关闭双稳态触发器,使输出的脉冲频率等于振荡器的频率。

2.1.2 开关电源主电路

如图3所示,U1为LM317三端可调稳压器,它的输出电压为固定值36 V,为芯片TL494提供工作电压,同时也为产生基准信号的运算放大器LM358和LM7805提供工作电压30 V(U4为LM317,其输入电压为U1输出电压36 V)。

(1)整流滤波电路

采用可承受大电流和耐高压冲击的BR104的桥堆进行桥式整流,整流后经电容滤波输出,电容采用63V/10000μF的电解电容器。整流滤波后电压输出为1.2×40 V = 48 V。

(2)调整管的选择及参数计算

如图4所示。这里选用三极管2SC3320和场效应管IRFP9240组成复合管来做为开关管。Io= 3A,则要求Ice > 3 A,设推动管Q1的β=3,则IB=■≈1.0 A,而TL494内部驱动管最大电流为500 mA(并联后),因此考虑用一个大功率高频开关场效应管与其复合。Q2的VGS(th)= -10 V,IDS = -12 A,R4为Q2的偏置电阻,R6为限流电阻。令R6 = 150Ω,则算得R4 = 47Ω。所以,此时对于R4上的功率:

P1=■≈2.8 W

R6上的功率: P2≈■≈10.0 W

最大占空比η为94,所以R4采用p'1>ηP1= 2.5 W,R6采用p'2>ηP2= 9.4 W的电阻。在恒定频率的PWM通断中,控制开关管通断状态的控制信号由TL494的11脚和8脚输出。

(3) 储能电感和回路二极管

储能电感用可承受大电流的铁氧体高频环型电感;回路二极管要用大功率肖特基高频二极管。注意:Q1、Q2开关管和回路二极管都应加装散热片。纹波抑制方面:在稳压电源输出端并上大电容(10000μF),经过实测,在大功率输出时纹波得到了有效的抑制。在续流二极管两端并联一个电容C6和一个电阻R9可抑制电源关断时所产生的尖峰电压。

2.2 同相比例放大及LM7805组成的基准电压信号电路

图5所示LM358为集成运放,由它组成同相比例运算电路,放大关系式如下:

U0=1+■U■

图中R14等于1KΩ,R13为电位器,在这里将其调到5.1 kΩ。由LTC1456数模转换输出电压为0～4.095 V,经同相比例运算电路放大6.1倍。LM358输出信号为0 ~ 25 V,再加上三端稳压器LM7805的5 V电压,使基准信号Ui = 5~30 V可调。把此基准信号Ui接入TL494的2号管脚,实现对UO的控制。

2.3 单片机控制模块

如图6所示,主控制电路采用AT89S52单片机。一方面由键盘输入预设电压值,MCU根据程序设定输出相应的信号经数/模转换后输出一定的电压信号,再经一定的放大处理后控制开关电源PWM电路模块的工作。另一方面根据模/数转换芯片接收到的采样开关电源的电压值,来显示实际输出电压值。此外由一个4*4的键盘作为人机交换通道,它设置了0~9十个数字键,可以直接输入想预设的任意电压值(每次键入三个键值,输入电压值精确到十分位)。

2.3.1 单片机控制数/模和模/数转换电路

(1)LTC1456是低功耗的12位串行口数/模转换芯片,Vcc在4.5 V ~ 5.5 V之间能正常工作。输入的数字量为0x0000到0x0FFF;输出电压为0~ 4.095 V,LSB =4.095 V/4095 =1 mV,MSB = 4095 mV。通过对LTC1456的控制,使模拟量的输出发生变化,经过运算放大器放大后控制最终的电源输出。当片选信号选通时,随着时钟信号的上升沿,数据被按照从高到低的顺序送到LTC1456的Din中进行转换。而通过Dout可以把输入到LTC1456中的数据以此显示出来。

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(2)ADS7816是低功耗的12位串行口模/数转换芯片,在参考电压Vref稳定时,LSB = Vref/4096,MSB = Vref,根据这个关系,可以将输出的电压转换成数据量与控制端进行相比较,从而达到实时监控的目的。转换芯片在前2个时钟周期对反馈信号进行采样,然后随后的12个时钟周期将转换数据依次按照从高到低的顺序从Dout送到单片机对应的端口。

2.3.2 程序流程图及主程序

程序流程图如图7所示。

3系统参数测试

LM358是一个可单/双电源供电的集成运放,在使用时一定要注意集成运放输出饱和电压值约为电源电压的90%左右。在实际制作过程中因为忽略了此问题,造成了一定的错误。因条件有限,本系统中选用LM358制作放大电路,最好是采用电源电压可超过30V的双电源集成运放,这样可以消除偏置电流带来的误差。

电压可调范围5 ~ 30 V,电流可调范围0 ~ 2.5 A。

(1)电压调整率测试:将交流调压变压器输出端接稳压电源输入端,将稳压电源输出电压调至30 V,调节交流调压变压器,使其输出从165 V变化至265 V,用数字万用表测量稳压电源输出端电压(I0 = 2.5A),测得最大电压变化量为0.2 V,计算得电压调整率为0.67%。

(2)负载调整率的测试:空载时将输出电压调至30 V,在负载端接入300Ω/200 W的变阻器,将变阻器从12Ω调至100Ω,用数字万用表监视输出电压的变化,测得最大电压变化量0.4 V,因此负载调整率为1.33%。

(3)纹波电压测试:将电压输出调至30 V,外接12Ω大功率变阻器,将示波器置于AC/0.1 V输入档,测得负载上纹波电压为400 mV。

(4)DC\DC转换效率测试:将电压输出调至30 V,外接12Ω/200 W变阻器,测得DC\DC输入电压为41.1 V,输入电流为2.25 A,输出电压为29.6 V输出电流是2.47 A,所以DC\DC转换效率 =(2.47×29.6)/(2.25×41.1)×100% = 79.06%。

(5)过流保护功能测试(限流):将电压调至30 V,限流电位器旋到最大值(顺时针方向),再将输出端短路,测得电流3.5 A,然后逆时针旋转,电流从最大变到零。说明限流功能正常。

(6)附加说明:本作品最大输出功率75 W。此外如果想扩大输出电流,依照本作品所用的开关管,理论上可达10 A。若反馈电阻还是用0.1Ω(注意电阻的功率也要加大,电阻消耗功率= xR),此时在反馈电阻上的压降为Ui=10×0.1 = 1 V。又Ui=5.0×(R8/(R7+R8)),设定R7=5 kΩ,代入可解得R8 = 1.25 kΩ这样就可以实现电流从0 ~ 10 A可调,若最大值想改成其他值,可按照上面的方法做。但前提是变压器的输入功率要足够大,建议变压器的最大输入功率是DC\DC最大输出功率的1.3倍以上。此电路的最大输出功率是75 W,那么变压器的最大输入功率为75 W×1.3 = 97.5 W。

4结语

由于采用了矩阵键盘,可以直接输入想要预设的电压值,它优于步进输入方式(本程序设计预设电压值精确到十分位)。在续流二极管两端并联一个电容C6和一个电阻R9可抑制电源关断时所产生的尖峰电压,起到保护电路的作用。电路结构简单且所采用电子元件均是常用元件,使电路实现更具有可行性。电压可调范围5 ~ 30 V,最大输出功率75 W。主要适用于对输出电流和输出功率要求大,但对电压调整率和负载调整率不是很高的电子设备。进一步改进还可以提高精度和输出功率,增加电流显示等。

参考文献

[1] 童诗白、华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2001.01

[2] 卢超.负反馈放大电路的仿真分析[J].代电子技术.2005.

[3] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社.2005.10

[4] 卢超.分布式矿井温度监测系统的设计[J]. 煤炭科学技术.2007,12

[5] 卢超.单片机同PC机通信的一种新方法[J].矿山机械.2007,04

[6] 王昊、李昕.集成运放应用电路设计360例[M].电子工业出版社.2007.07

[7] 卢超.PVDF型脉搏传感器信号处理电路的设计[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版).2009

[8] 郭天祥.51单片机C语言教程[M]. 电子工业出版社.2009.03

作者简介

鄢峰,陕西理工学院物理系,研究方向:电子信息科学与技术;

张迁,陕西理工学院物理系,研究方向:电子信息科学与技术;

罗国颖,陕西理工学院物理系,研究方向:电子信息科学与技术;

数控电源的设计与制作篇2

关键词：混合动力；开关电源；单端反激

中图分类号：TP211+.4 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）03-0030-04

Design of Power Supply for an Automotive IGBT Drive

YANG Xian-guo， ZHANG Hong-xia， PENG Jin-cheng， ZHAO Wei

（ Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan430058， China ）

Abstract： This paper introduce a single-end flyback converter with multiplexed output for IGBT drive. The design process and the specific of the circuit are introduce. The test indicates that this power has outstanding reliability， stability and lower ripple. This power fully comply with the requirements of the automotive IGBT driver.

Key Words： hybrid power； switching power supply； single-end flyback converter

引言

IGBT是目前混合恿ζ车高压混合动力系统中必须采用功率开关器件。IGBT栅极驱动对电压要求极为苛引言刻，而汽车电气环境较为复杂。所以电源需要在宽电压环境中工作，且输入与输出必须隔离开来，必须具有高可靠性和高稳定性。单端反激式开关电源具有体积小、重量轻、效率高、结构简单等优点，非常适合用于设计功率器件的驱动电电源。

开关电源控制电路分为电流控制型和电压控制型。电压控制型控制电路是一个单闭环控制系统，控制过程中电源的电感电流未参与控制，是一个独立变量，开关变换器为有条件稳定二阶系统。电流控制型控制电路是一个电流、电压双闭环控制系统，电感电流不是一个独立的变量，开关变换器为一阶无条件的稳定系统，从而可以得到更大的开环增益和完善的小信号、大信号特征。为此本文选择流控型芯片LM3478设计了一款车载IGBT驱动电源。主要技术参数：输入8-16V直流，输出：4路输出（每路28V/0.16A），工作频率100KHz，输出纹波小于1%。

1 主电设计

1.1 主电路拓扑

主电路拓扑如图1所示。主电路采用单端反激式变换电路，+12V为电池直流经电源预处理后的输出电压，作为开关电源输入电压。开关电源分四路输出提供给IGBT驱动电路。

1.2 电源预处理电路设计

电源预处理电路如图2，是外部电源与内部电路的链接部分，它承担着减轻外部电源干扰和降低内部电源对外的传导干扰。在这一部分电路设计要针对性的考虑到企业标准相关试验要求，并作出详细的计算以满足电路设计要求。以静电保护电容为例，根据企业标准要求本设计所搭载控制器，需要进行最严酷静电试验为，带电25KV[1]。图2中电容C1、C2：470nF（100V）为ESD保护电容，计算如下：

由以上可知电源接入端口BAT+可以耐受25KV静电。

其中C1、C2在电路布局时还应当相对垂直布置，避免由于单方向震动引起电容同时失效而引发控制器着火。

1.3 变压器设计

变压器是开关电源最重要的组成部分，它对电源效率和可靠性，以及输出电源的电气特性都起到至关重要的作用。在设计时需要充分考虑功率容量、工作频率、输入输出电压等级和变化范围，铁芯材料和形状，绕组绕制方式，散热条件，工作环境等综合因素[3]。

根据技术指标要求，电源输出功率Pout为：

原边峰值电流为

式中Vin（min）为电源输入最低电压8V。

Ton取最大值0.5，初级电感量为Lpri：

初级匝数Npri为：

，取6。

AL为磁芯制造厂提供的一个气隙长度参数。这个参数是在磁芯上绕上1000匝的后的电感数据。根据磁芯生产商提供的磁芯和导线参数本设计中AL=10mH/1000，式中Lpri初级电感量单位为mH。

次级匝数Nsec为：

式?max中为最大占空比（反激式开关电源50%），VD 为次级整流二极管导通压降。

2 控制电路

2.1 PWM控制电路

本设计采用TI公司汽车级芯片LM3478作为开关电源控制器。LM3478是一个多用途底边开关电源NMOS控制器，可用于BOOST，flyback，SEPIC 等多种拓扑结构开关电源[4]。

PWM控制电路如图3所示，图中引脚8是电源输入端，芯片为宽电压输入，输入范围是3-40V，本设计中连接到电源预处理的输出端典型值为13.5V。引脚7连接电源频率配置电阻，根据使用手册提供的工作频率与阻值关系，本电源的工作频率为100KHz，R6配置为200KΩ。引脚2为补偿引脚，C6、R7构成补偿回路为控制电路提供补偿。引脚6为输出端，经过一个限流电阻（R4）限流后驱动功率MOSFET（Q2），为保护MOSFET，在引脚6并联一个电阻。

2.2 电压反馈电路设计

为了使多路电源输出一致性更好，和降低负载对反馈电源的影响。本设计采用独立回路进行电压反馈设计，反馈回路变压器绕组匝数Nfb为：

反馈电路通过外部分压连接到LM3478的FB引脚与内部基准电压1.26V进行比较。因为变压器原边与输出回路和反馈回路的绕组匝比固定，所以当输出回路电压升高，反馈回路的电压也会升高。反馈回路分压电阻分压就会高于1.26V，控制器将关断外部NMOS，缩短NMOS导通时间以降低电压。

2.3 电流反馈控制电路设计

LM3478电流控制通过在电流环内串联电阻的方式，将电流信号转换为电压信号，从控制器引脚ISEN引入控制器内部，与LM3478电流控制基准电压vsense进行比较，当ISEN脚上电压高于基准电压vsense时控制器将关断开关管，起到限流和过流保护作用。

本设计的最大电流限值为原边最大电流与原边电感最大纹波电流之和。对于本设计原边最大电流为Ipk。根据LM3478使用手册，RSENSE计算如下：

DMAX式中为0.5，vsense、vsL、vsL可从LM3478 使用手册中查询相关数值和公式。

3 测试结果

本设计集成在IGBT驱动电路中，在典型电压值9V、13.5V、18V下分别测试本开关电源的轻载和满载（用大电阻模拟负载）情况下的相关参数。表1和表2为典型测试值示例，测试表明电源输出符合设计要求。

图4为输入13.5V满载时开关MOSFET栅源级波形，图中可以看出满载情况下占空比小于50%，电路工作在完全能量转换状态下，满足设计要求。D5为开关MOSFET漏源电压，从图（a）中可以看出在开关管关闭、次级线圈电流为零时原边的电压在理论上应该降为零，实际上却发生了震荡。原因是当变压器释放完所有能量，电源开关管的漏源级电压会降到输入电压值的电平上。这一转变激发了原边吸收电容与原边电感的谐振回路，从而产生了一个衰减的振荡波形，并持续到开关管下次导通。这一振荡波形会影响电路的EMI特性，需要调整吸收电路电容使振荡波的频率低于电源开关频率，得到如图（b）的波形。

4 结束语

本文设计的反激式开关电源，具有体积小、重量轻、输出电压纹波小、稳定性好等优点，本设计应用在基于英飞凌HP2 IGBT驱动电路中，所搭载控制器通过了DV、PV测试，并成功应用于东风某ISG车型中。在开关电源设计过程中会遇到很多问题，比如变压器啸叫、开关管过热等，这些问题需在测试过程中不断总结和整改，器件参数也需要在测试过程中不断调整，如文中所提到的吸收电路的调整。同时PCB布局对电源的品质和可靠性影响很大，如文中提到的防静电电容布置。所以在原理设计完成后要仔细阅读相关企业标准和芯片PCB Layout指导手册，以降低不恰当的布板对电源造成不利影响。

参考文献：

[1]EQC-1204-2007 电气和电子装置环境的基本技术规范电气特性， 2007.

[2]王志强.开关电源设计第二版[M].北京：电子工业出版社， 2005.

[3]徐德鸿.开关电源设计指南[M].北京：机械工业出版社， 2004.

数控电源的设计与制作篇3

关键词：排水泵站；自动化控制；系统优化

实现城市排水泵站自动化控制，对提高城市排水与防洪工作效率具有重要意义。虽然现在逐渐有更多新型技术和设备被应用到城市排水泵站建设汇总，但是从整体运行效果来看，管理上还存在较大不足，大部分依然采取人工操作管理方式，或者是利用常规继电器控制，各泵站之间信息交流少，还未形成可靠的自动化控制系统，无法及时应对存在的各类运行问题。为完全满足实际应用需求，必须要在现有基础上来提高泵站自动化控制水平，通过数据共享与科学应用，准确掌握并有效控制泵站运行状态，减少各类故障的发生。

1 城市排水泵站控制系统分析

对城市排水泵站运行进行控制，积极应用自动化技术，建立功能完善的自动化控制系统，可以实现无人值班工作要求，整个管理过程中无需人员进行直接参与控制工作，只需要对泵站各设备进行巡查、维修和调试即可，在提高控制效率的同时，减少工作量，提高工作效率。为实现排水泵站自动化控制，在对其进行研究设计时，需要确保其具有较高抗干扰性，应用屏蔽双绞线与屏蔽层，并对所有设备进行接地处理，保证系统设备运行可靠性。同时还应采用双电源设计方式，在其中一供电源出现运行故障后，可以启动溆玫缭矗确保系统的正常运行，满足城市生产生活需求。并且，基于城市排水泵站建设系统的日益完善，为满足整个系统内所有设备有效管理，需要建立远程控制系统，对控制回路应用两种独立工作模式，可以根据方式选择开关来确定工作方式，在自动控制故障后可以及时转到间手动控制模式，提高控制效率[1]。另外，城市排水泵站体系需要维持长时间运行模式，自动化控制系统的设计，需要实现数据采集，作为实时控制基础，通过科学决策和精确控制，来对整个系统运行进行有效控制，并及时处理存在的故障。

2 城市排水泵站自动化控制系统要求

2.1 抗干扰性

在针对城市排水泵站自动化控制系统进行设计时，应保证其具有较强的抗干扰性，降低外部因素的干扰，提高泵站设备运行可靠性与稳定性。一般可以在电源侧设置稳压器和滤波器，并落实过电压、欠电压与过流保护，同时还可以对计算机采用专用回路设计方法，配置隔离变压器、配电箱、不间断电源等，保证控制系统运行可靠性[2]。另外，还应对机房采取屏蔽措施，模拟信号输出线应用屏蔽双绞线以及屏蔽层接地处理，对于系统内所有设备也均需要对其进行接地处理。

2.2 双电源供电

为避免在泵站运行过程中电源故障，而导致设备无法正常运行，在进行自动化控制系统设计时，应选择应用双电源设计方法，在其中一个电源供电故障后，另一备用电源可以及时启动，维持设备正常运行，满足泵站工作需求，避免对城市生产生活产生影响。

2.3 高效控制

城市排水泵站在运行过程中，很容易受到外部因素干扰，出现各类运行故障，针对此在对其进行运行管理时，就需要加强控制系统监控功能，对设备运行状态进行实时监控。对运行数据进行有效采集、决策、控制，确保整个系统可以按照设定程序稳定运行，且通过监督能够在运行故障报警时，及时向管理人员发送短信警报，及时采取措施进行处理和保护，将故障影响控制到最低[3]。同时，还应具有就地和远程控制功能，两种控制方式相互独立工作，且可以根据实际情况灵活选择控制方式，提高泵站控制效果。

3 城市排水泵站自动化控制系统实现要点

3.1 系统设计要求

对城市排水泵站自动化控制系统进行设计，应选择先进计算机技术，对各项数据资源和软硬件资源进行有效保护，选择逐步过渡到统一、标准运行模式。所选软硬件与操作系统均满足平台运行要求，并总结以往管理经验，提前编制数据资源维护、安全、纠错等处理方案，同时提高系统扩展性，为满足系统发展要求预留接口。

3.2 系统总体框架

（1）硬件系统

通过泵站自动化设计，来对泵站运行过程进行监测，并根据要求对其进行自动控制。内容主要包括现场设备控制器、控制程序设计，来提高系统运行可靠性。硬件系统的设计需要能够对运行数据进行收集，并实现网络与传输设备的组建和维护，降低管理工作量的同时，提高泵站管理效率，满足稳定、可靠管理要求，提高泵站设备运行安全性。

（2）软件系统

对软件系统进行设计，即实现泵站现场与控制中心互通和控制的保障，为实现自动化控制的关键。其主要包括支撑平台、功能模块、标准规范体系以及业务应用系统等。要求软件系统可以对控制终端运行情况、运行数据进行查看，包括流量计、水泵启停、高低压仪表、液位计等参数。同时，还可以对泵站运行进行控制，并根据实际需求相应命令，对下一层工作进行有效指挥。另外，还能够对泵站设备运行状态进行监控，根据视频图像和红外报警信息采取下一步管理措施，提高泵站管理效率。

3.3 系统功能分析

（1）数据采集

自动化控制系统的设计，可以对泵站各类运行数据进行有效采集，包括电力参数、水泵参数、工作环境情况等，在遇到运行事故后，系统能够对故障时刻设备数据进行自动收集，并且还可以根据需求自动接收系统管理级别调度与操作命令，完成下一步管理工作[4]。其中，所采集数据内容主要包括设备实时运行状态与电力参数，设备监控安全以及运行环境等。

（2）数据处理

即对各设备运行数据进行有效处理能力，以及各类数据处理方式，是系统监测、记录以及控制重要依据。主要包括状态数据处理、模拟量数据处理、常规控制计算与数据处理、事件顺序数据处理以及实时数据处理等。基于设备I/O服务，设置I/O控制点，对运行数据进行实时采集，并记录到数据库内进行分析处理，同时还可以对数据进行跟踪记录，通过设备运行趋势进行分析，完成报警判断。

（3）设备控制

通过对设备运行状态的监控，采集各项数据后作为管理依据，实现泵站设备远程控制，及时处理各项问题，提高设备运行可靠性。在分配控制权限时，确定主控中心对部分泵站设备存在直接控制权，除了部分特殊情况，可以由分控中心来对泵站运行进行干预，否则分控中心无法得到相应控制权。

4 结束语

对排水泵站自动化控制系统进行分析，需要确定系统功能特点，基于实际管理需求来做好系统软硬件系统设计，保证各项功能模块的正常运行，对泵站运行进行远程控制与实时监控，提高泵站运行可靠性。

参考文献

[1]王世凯.关于城市排水泵站中应用电气自动化控制的研究[J].科技经济导刊，2016（15）：83.

[2]王燕.天津市排水泵站控制系统的项目管理研究[D].河北工业大学，2015.

数控电源的设计与制作篇4

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关键词：开关多电源；移相式变化器；逆变电路

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.007

*基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（2011K09-16）

引言

传统的线性稳压电源[1-3]具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。

方案设计

本设计基本要求：实时监控电源的输出电压和输出电流。通过 RS485通信接口与上位机监控系统通信，上位机可实时监控电源的工作状态和各种参数。具有输出过压、过流以及过热等多种检测和保护电路，带有告警指示灯可以在线设置和修正电源的参数和运行状态。具有自动均流功能，可以实现系统的任意扩展，满足现场实际需要。指标要求采用大功率电源设计，输出电源0～100伏，输出电流10A采用4组并联，最大输出电流40A各组电流不平衡误差小于5%。

输入回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电，然后通过电容使得脉动直流电变为较平滑的直流电。功率开关桥将滤波得到的直流电变换为高频的方波电压，通过高频变压器传送到输出侧。最后，由输出回路将高频方波电压滤波成为所需要的直流电压或电流，主回路进行正常的功率变换所需的触发脉冲由控制电路提供。

在本系统中采用四路电源并联，由于每个模块的结构相同，故在下面框图中，只画出来了一个模块。其余三个模块跟下图中的模块并联，并同时受监控电路控制。在本设计中，UC3825作为控制电路的核心，产生PWM波以控制主电路的电压输出。UC3907芯片作为均流控制系统的核心，用于保障四个模块的输出电流保持在稳定状态，使系统处于最佳的状态。我们采用STC80S52单片机作为监控电路的核心，单片机的任务是采集每一个模块的输入电压和输出电压、电流，并将其数据通过通信接口电路上传给上位机，相反，上位机同样可以通过此电路设置系统的输出参数。系统一个模块的示意图如图1所示。

均流控制系统设计

大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，并联系统中，每个变换器只处理较小的功率，降低了应力，提高了系统的可靠性。由于大功率负载需求和分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键。用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限（限流）状态。在本设计中，采用基于最大值电流自动均流法的集成芯片UC3907作为均流控制系统的核心。

电路工作过程如下：UC3907的调节放大器将模块自身的电流和均流母线的电流相比较，当模块自身的电流小于均流母线的电流，即它为从模块时，调节器使基准电压升高100mV，使输出电压增大，对应的输出电流增大。当模块自身的电流和均流母线的电流差不别不大时，该模块有可能是主模块。但是下一次，该模块又可能是从模块，如此循环往复。在本设计中输出电流最大值为10A，采用电阻来检测电流。根据芯片资料，UC3907内部电流放大器的输出最高电压可达5V。为此，我取4V。根据测算，此时需要送给UC3907检测的电压为0.2V。UC3907内部的驱动放大器将电压放大器输出电压转换成电流信号送给光耦电路。根据所选择的光耦电路参数，光耦电路原方电流应小于1 mA。根据芯片资料和调试经验，可以得到相关参数。R1=330kΩ，R2=2kΩ，R3=10kΩ，R4=7kΩ，R5=10kΩ，R6=5kΩ，R7=10kΩ，C1=C2=0.22μF。

所以加在输出整流二极管上最高的反压为705.7V。输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流，所以其有效值为11.51A。所以根据以上分析，同时考虑一定的裕量，选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V，额定电流为30A。控制和保护单元电路的设计采用PWM（脉冲宽度调制）作为控制方式。在本系统中我们选用的PWM集成控制器为UC3825。UC3825适用于电压型或电流型开关电源电路，实际开关频率可达到1MHz，输出脉冲的最大传输延迟时间为50ns，具有两路大电流推拉式输出，具有软启动控制功能，并具有良好的保护功能。并采用IR2110作为驱动芯片。过流保护我们采用了三重保护：一是在系统的输入级的三相交流引入处安置熔断保险管，在系统出现短路和其它意外重大故障的时候切断外部电源的输入以保护系统免受损坏；二是在用于控制软启动的触发器后级安置熔断保险管，以防止启动浪涌电流的过大而破坏功率器件；三是系统的最主要的过流保护部分，通过对系统电流的检测来控制PWM信号脉宽从而达到过流保护的目的。在本设计中，监控单元采用STC80S52单片机作为控制核心。系统主监控模块作为一个独立的模块，可以监控整个电源系统各单元的运行状况，具有对系统的运行参数进行采集、显示及设置的功能。监控单元还能不断接受上位机的送来的命令，并根据命令对电源系统进行操作或者将电源系统的运行参数反送给上位机，完成远程控制。

系统主控制程序设计

系统主控制程序流程图如图4所示。

系统实际测试

（1）稳压测试

测试条件：Uin=15V，负载由1kΩ减少到2Ω（表1）。

（2）均流测试（表2）。

参考文献：

[1] 康华光. 电子技术基础数字部分[M]北京：高等教育出版社.2006.1

数控电源的设计与制作篇5

【关键词】地铁能源管理，系统设计

中图分类号： N945.23文献标识码： A 文章编号：

一．前言

地铁是高技术、高造价、高运营成本的地下交通。目前在世界范围内，除香港地铁之外，地铁都是一个高亏损、高补贴的行业。以某地铁1号线为例，该地铁线路自投入运行以来，仅电费一项就占运营直接成本的20%。为了降低运营成本，某地铁运营公司从各个方面和环节采取节能措施，但由于没有能耗数据的支撑和全面系统化的能源管理手段，深入节能挖潜工作遇到了瓶颈。为此，建立地铁能源管理系统已经是刻不容缓、势在必行的迫切需要。

二．地铁能源管理系统构成

1.系统总体构成

地铁能源管理系统一般由能源管理中心、远程传输网络、现场子系统组成。

2．现场子系统

地铁车站的现场子系统一般采用Lonworks双绞线传输方式;沿线附属建筑的现场子系统可采用Lonworks双绞线传输与电力线载波传输相结合的方式，现场子网由网络控制器、多功能电力监控终端、三相/单相电能表、采集终端、智能水表、智能气表、可编程智能网关、通用监控终端等组成。

三．系统功能

（一）自动化监控

1.变电所

(1) 0.4 kV进出线监控：通过电力监控终端监控低压总进线、母联及低压出线回路的三相电流、三相电压、功率因数、有功功率、无功功率、频率等参数，监测各开关状态和故障，控制断路器或交流接触器分合闸。

(2)变压器监控：通过变压器温控仪智能接口采集数据，监测变压器的温度和散热风机状态，必要时能对变压器散热风机实施远程遥控，监视变压器高温报警。

(3)电容补偿器监控：通过电容补偿控制器智能接口采集数据，监控电容柜中电容器组的投入、切除。

(4)蓄电池监测：监测蓄电池电压、电流、电池余量等参数，监视蓄电池工作状态和故障报警。

(5)变电所环境监测：通过烟感、温感和红外探测器等对变电所的环境进行监测;通过通用监控终端对变电所内至少一路照明回路实施监控;通过监控终端对变电所内通风风机实施监控;在监控中心通过控制安装在变电所内的摄像机，对变电所内的现场状况、开关位置、面板表读数进行监视。当有异常情况时和相应摄像点联动，进行录像。

2.用电设备

(1)电力参数监测：实时监测设备的电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率、频率等电力参数，发现异常则予以报警，提示管理人员及时处理。

(2)运行状态监测：实时监测设备的工作状态(启动，停机，工频/变频)，便于管理人员了解设备的实时运行状态。

(3)定时控制：根据地铁的运行管理模式，对设备分合闸定时控制，避免在非工作时间设备仍在开启状态，造成能源的浪费。

(4)远程分合闸控制：允许管理人员对设备分合闸远程控制，同时系统自动记录操作人和操作行为。

（二）用能计量

地铁车站涉及的能源种类主要是电能和水能。各个车站变电所低压总进线的电量之和即为车站总用电(扣除变压器损耗);各个变压器的低压出线按照明插座、空调、动力和特殊用电负荷进行分项计量。车站各路进水管之和即为车站的总用水量。

地铁沿线附属建筑涉及的能源种类是电、水、燃气等。通过相应的计量装置实现分类、分项、分户计量。

（三）用能诊断

以实时监测的有功功率、电量、功率因数等数据为依据，进行用能质量诊断，并且有针对性地优化配电系统。此外，在各个用能点和分支管路上安装计量表，并与总用能值比对，建立用能平衡监测系统，从而尽早发现跑、冒、滴、漏等异常状况，还可以了解电能的线损，及时发现偷电行为或漏水、漏油、漏气现象，避免能源的损失和无谓的浪费。

（四）能源质量监测

以电能质量监测为例，通过实时监测每个回路的电压、功率因数、频率、谐波等电力参数，发现能源质量异常，则予以报警，提示管理人员及时处理，从而确保提供给设备高质量的能源，提高设备使用寿命，降低设备成本。

（五）节能控制

1.空调与通风系统

以空调系统的夏季工况为例，由于地铁车站人流量在每天不同时段有很大的变化，所以，空调和通风系统应该跟据实时客流量、车站环境、室内外温度等参数，调节空调系统设备的运行状态(启/停、工频/变频运行)，避免“大流量小温差”或“定流量”的浪费能源现象，而且系统设备不是一直以全功率、满负荷的方式运行，也从一定程度上提高了设备的使用寿命。相应的节能控制环节是:①制冷机节能控制;②冷冻泵/冷却泵节能控制;③冷却塔节能控制;④空调机/新风机节能控制;⑤空调未端节能控制;⑥TVF风机节能控制;⑦根据温度、湿度和CO2检测器提供的参数，自动开启/关闭通风系统，从而在保证地铁站具有较高空气质量的前提下，减少站内冷空气的损失。

2.照明系统

通常，地铁车站的照明是在其运营时间(如6:00一23:00)段内开启的，在高峰段外的期间，可以根据人流量情况，进行分组控制，开启部分灯具。照明灯具的开/关状态及电力参数(电压、电流、有功功率等)也都要实时地传送到监管中心，以便于值班人员对照明系统进行监控。具体节能控制内容有:①照明分组/分区节能控制;②照明定时节能控制;③照明线性调光节能控制;④照明分级调光节能控制。

3.给排水系统

地铁车站给排水系统的主要任务是满足地下铁道消防及生产、生活用水的需求。对于给排水系统，要实时监测水池、水箱的水位和各类水泵的工作状态，通过计算机控制及时地调整系统中水泵的运行台数，以达到供水量和需水量、来水量和排水量之间的平衡，实现泵房的最佳运行状态，实现高效率，低能耗的最优化控制。其节能控制内容有:①水泵节能控制;②水箱节能控制;③水管网节能控制。

4.电梯

地铁车站通常为2层建筑(站厅层、站台层)，有的车站还设有商业层，通常乘客需要乘坐扶梯或升降电梯到达自己的目的层，所以，大量电梯每天都在运营时间内满负荷运行，其节能控制内容如下:①自动测量所载乘客重量;②自动调节电梯的电机出力与所载重量相匹配。

5.供配电系统

(1)电力负荷节能控制：①电力负荷的实时监测、计算、预测、管理;②电力负荷控制。

(2)供电电压的节能控制：确保供电电压在设计定额范围以内。

(3)低压电网功率因数节能控制：①能够实时监测地铁车站配电低压电网功率因数、变压器三相平衡度、补偿电容器投切状态;②功率因数自动补偿、降低线损。

(4)低压电网谐波监测与节能控制：。①谐波源(谐波电流和谐波电压)监测;②谐波抑制、吸收。

6.办公设备

地铁车站工作人员的办公设备节能控制内容包括:①电开水炉节能控制;②复印机节能控制;③桌面办公设备节能控制。

（六）系统软件

1.数据统计和分析：①按照能耗统计报表要求，对采集到的数据进行统计计算;②按照日、月、年和时段计算分类、分项和分户能耗数据以及能耗均值。

2.数据查询和显示：①用棒直图显示按日、月、年和时段的电度、用水量累积值;②用趋势曲线显示电压、电流等模拟量的变化情况;③用饼图显示分类、分项能耗的比例。

3.报表和打印：根据用户管理需求生成各类报表并可自动打印存档。报表种类包括:①分类、分项、分户能耗的日报表、月报表、年报表;②分类、分项、分户能耗的同比和环比报表;③分类、分项、分户能耗的排序报表;④按能耗指标计算的排序报表;⑤报警记录报表;⑥运行事件报表;⑦其他用户自定义报表。

4.报警功能：为了在第一时间发现各类故障并在最短时间内抢修好，本系统将所有故障报警设置为带时标、自动上传、自动存储，为系统操作人员提供可追溯功能，以便于结合存储的历史数据分析报警产生的原因。①故障报警(事件报警):包括设备故障报警(设备异常跳闸、其他故障报警等);设备操作记录(操作人员换班登录、操作记录等)。②超限报警:包括功率超限、电压异常等。

5.网络管理：网络管理功能对所有监测中的仪表进行报警管理，一旦仪表出现异常情况，在网络管理画面都可以立刻显示出，并且可以手动对报警信息进行处理。

四．实施项目

在某地铁1号线采用该系统，对全线16个地铁车站、2个主所、地铁大厦和车辆段的用能分类、分项、分户监测，共配置了1024块多功能电力监控终端、60块智能水表、30台网络控制器和35台智能网关，能源管理中心设置在地铁大厦5楼的OCC内。

目前，地铁能源管理系统已经积累了一些能耗数据，经用能诊断、节能潜力分析等，发现了诸如变压器负荷率低、供电线路功率因数低、管理不到位(部分大功率设备和照明回路在非工作时间未关闭)、空调系统定流量方式运行(冷冻水泵、冷却水泵满负荷运行)等不节能情况。后续，我们将对这些情况加以调研和考证，提出相应的节能改造解决方案，提高能源利用效率，降低运营成本。

五．结束语

地铁能源管理系统的设计对于地铁工程建设具有十分重要的作用，也是地铁工程设计的组成部分，做好能源管理系统的设计，有助于保障地铁的正常运行，实现节能减排、降低运营成本、提高地铁能源自动化管理水平。

参考文献：

[1]任长春; 黄玉彬; 潘杰; 梅蜀妍能源管理系统在鞍钢鲅鱼圈生产中的应用2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集2011-09-07中国会议

[2]蔡月忠企业能源中心(能源管理系统(EMS))简论江苏省计量测试学术论文集(2011)2011-12-01中国会议

[3]魏海明一钢能源管理系统对节能降耗的贡献推进信息及自动化技术在钢铁工业节能降耗、改善环境、降低成本中的应用论文集2005-06-30中国会议

[4]虞斐; 孔繁虹; 许哲雄智能电网下的新型能源管理系统设计方案华东电力2009-07-24期刊

数控电源的设计与制作篇6

【关键词】高层建筑；排烟阀；联动控制电源；常见问题；处理

1 引言

随着我国经济的飞速发展，高层建筑越来越多。高层建筑消防系统的质量由为重要，因此，消防工程成为建筑安装施工中的一个重要组成部分。在消防施工过程中，由于很多因素的影响，设计图纸中难免会存在一些不足之处，而这些不足之处则要求工程技术人员按照国家有关规范的要求和施工现场的实际情况进行处理，保证后续工作的进行。本文就消防工程施工过程中的一些问题中最常见的排烟阀控制方式和联动电源容量选择等两方面进行探讨，以供相关技术人员参考。

2 排烟阀控制方式的问题与处理

防排烟是高层建筑消防系统中一个重要的组成部分，由于发生火灾时可燃物在燃烧初期产生大量有毒气体，直接危害到生命安全，因此《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-98)第6.3.9条规定：“火灾报警后，消防控制设备对防烟、排烟设施应有下列控制、显示功能：启动有关部位的防烟和排烟风机、排烟阀等，并接收其反馈信号”。对于排烟阀的电气控制方式，消防规范中没有具体的规定，通常情况下设计图纸采用“一对一”的方式进行控制。在某些情况下，如受报警主机回路模块数量限制或建设单位从节省投资的角度考虑，要求施工单位进行图纸优化设计时，排烟阀就可以采用“一对多”的方式进行控制。

2.1 排烟阀动作电流值

市场上大多数型号的排烟阀，一般标明其动作额定电压为24VDC，额定电流为0.7A(极少数产品为0.5A)。设计人员如按照额定电流为0.7A进行设计，利用火灾报警主机本身提供的电流去控制排烟阀动作，往往出现不能开启情况，究其原因是因为电流强度不够。产生这种现象是由于排烟阀阀体动作机构本身的原因，如阀杆转动不灵活，阀杆生锈，接触不良等等，实际动作电流往往高于额定值，经测定大多数排烟阀的动作电流大约为1A。这种情况对电气设计和安装人员提出了新的要求，应该根据实际电流大小选择控制排烟阀动作的电源容量。

2.2 排烟阀电气控制方式

按照消防规范规定，对于排烟阀，既要能开启又要接收反馈信号。在智能火灾报警系统中，设计人员一般采用“一对一”方式进行控制，如图1所示：

即一个控制模块(CM)接收报警主机信号控制排烟阀开启，一个信号模块(SM)接收排烟阀动作信号并返回主机，此方法应用较为普遍。由于火灾报警主机每个回路的容量有限，一般都有要求每回路中模块的数量不能超过回路总容量的一定比例，如碰到控制设备较多的大厦，有可能出现模块数量超过规定，此时要么增加报警回路并增加布线，要么采取其他办法解决，否则整个系统将会不工作。

图1“一对一”排烟阀控制方式

举例来说，某大厦共有防排烟阀430个，需控制模块和信号模块共860个，其它模块235个(含警铃、水流指示器、信号阀、紧急广播、风机、水泵等控制设备)，合计1095个。报警系统模块最大容量为960，与实际相比少135个，按照原设计图纸施工后报警系统将无法正常运行。在工期紧张（进口设备的订货周期要二个月）且建设单位不同意增加投资的情况下，我们根据项目的特点，经过详细的分析，确定每层同一防火分区内的排烟阀采用“一对多”的方式进行控制，如图2所示：

图2“一对多”排烟阀控制方式

即一个控制模块与一个继电器组合去控制几个排烟阀动作（根据现场实际情况确定继电器的触点数量），信号模块仍不变，这样共可节约292个控制模块(其中标准层23×6=138个，裙房12×3=36个，地下室59×2=118个)。该方案既满足了报警系统本身的要求，又符合消防规范的规定，还为建设单位节省了投资。

3 联动控制电源容量选择问题与处理

高层建筑中火灾自动报警系统控制对象较多，火灾时各设备需按照消防规范的规定进行相应的动作，如警铃、广播、排烟阀、送风阀等等。由于控制对象所需电源容量较大，施工过程中，经常会遇到设计图纸中没有联动控制电源或采用报警主机电源作联动控制电源的情况，或设计有联动控制电源但不标明其规格容量的情况，这就需要施工技术人员根据大厦的报警设备控制对象的数量进行计算选用合适容量的电源，并根据控制对象在楼层中的分布情况确定联动控制电源的数量及布置。

3.1 消防联动控制对象的确定

《火灾自动报警系统设计规范》中规定了以下各种设备均需控制，需用直流24V电源的控制设备包括：警铃、消火栓按钮、防排烟阀及相关设备（防火门、防火卷帘、水泵、风机等）的二次回路，其中存在电流消耗的是前三项，后几项主要是通过继电器提供干接点信号进行控制。

3.2 各设备大致电流消耗情况

根据产品规格，各设备大致电流消耗如下：

警铃：一般额定电流为60mA；

消火栓按钮指示灯：灯泡型一般为0.5W/24V=25Ma

发光二极管型一般为15mA

防排烟阀：大多数标称额定电流为0.7A，实际需要1A左右。

其它设备由于数量少和继电器的动作电流较小，可忽略不计。

3.3 电源容量的计算

以市某广场为例说明，该广场为综合楼，地下二层作停车场，地上一～七层为商场，八～二十八层为办公室，二十九层为设备层，其中控制对象如下表所示（图中数量为每层数量）：

按照消防规范的关于火灾时联动控制设备的要求，为确定消防联动控制电源的容量，我们需考虑三种情况：一是二层或二层以上层发生火警时所需电源容量；二是首层发生火警时所需电源容量；三是地下一层发生火警时所需电源容量。电流计算如下：

第一种情况：

I1=8×3×0.06+2×1+3×3×1＋8×*0.025= 12.64A

第二种情况：

I2=(8+8+10+9)×0.06+2×1+3×3×1＋8× *0.025=13.30A

第三种情况：

I3=(8+10+9)×0.06+11×1+3×3×1＋9× *0.025=21.85A

由于存在线路损耗和控制风机、水泵等设备动作的继电器所需的电流，第一、二种情况可选择容量为15A的联动控制电源，第三种情况可选择容量为25A的联动控制电源。考虑到火灾多发的可能性，针对本大厦情况，我们选用了三动控制电源，具体布置为：地下室一台30A，1~15层一台20A，16~29层一台20A。这样做的好处是力求负荷均匀，满足2~3处同时报警时所需电源要求。

4 结束语

在消防工程施工过程中，经常会遇到设计图纸不够完善的现象，这就要求消防工程施工单位的技术人员必须从技术先进、经济合理的角度出发，对存在的问题进行相应的处理，一方面保证工程的顺利进行，另一方面保障竣工后消防系统的正常运行。

数控电源的设计与制作篇7

关键词：塔式太阳能发电；定日镜；遗传算法；控制系统结构；电路设计

中图分类号： TP 27文献标志码： A

文章编号： 1008-8857（2016）03-0125-06

Abstract： With the problems of low tracking accuracy and high construction cost of the heliostat tracker in the solar thermal power tower，the combination of the selection mechanism of genetic algorithm and the feedback mechanism of energy changes in the heat absorption tower was proposed to improve the tracking controller.Optoelectronic sensors were equipped in a few of heliostats.Based on these heliostat control angles，the angles of the other heliostats were adjusted.The communication framework and the circuit of tracking controller were designed using DSP as the control core.Experimental results showed that the proposed solar tracking controller could reduce the number of optoelectronic sensor and the construction cost of solar thermal power plant without reducing the overall control precision of the solar thermal power tower.At the same time，the control system had the ability of automatic adjustment when its tracking control depended on the trajectory of the sun.

Keywords： solar power tower； heliostat； genetic algorithm； structure of control system； circuit design

在光热发电领域中采用太阳能跟踪控制方式是提高定日镜接收率的最有效途径之一[1].目前采用的太阳能跟踪控制有多种控制方式，如气动式、压差式、电控式等[2].在如何提高单个定日镜跟踪精度方面已取得很多成果[3]，但是对于大规模光热电站中数目众多的定日镜的整体控制还没有成熟的方案[4].若仅采用光电检测式跟踪控制，虽然具有较高的精度，但高昂的成本使其离商业化运行还有差距[5]；而属于开环控制的视日轨迹跟踪控制虽然有着很好的跟踪稳定性[6]，但其缺乏自动调整能力[7]，使得其整体跟踪精度不高，导致太阳能的整体利用率较低.

为了不增加定日镜数目并保证光热电站定日镜的整体控制精度，采用遗传算法对太阳能跟踪控制策略进行改进.文献[8-9]基于单片机技术，研究了满足复合控制功能要求的太阳能跟踪控制装置.在此基础上，本文对控制系统的结构进行了优化设计，并完成了高精度控制器的硬件电路设计.在保证光热电站整体发电效率的同时，大大减少了光电检测元件的安装数量，使复合控制与大规模光热电站定日镜跟踪控制能更好地结合.

1 控制系统结构设计

本文采用基于遗传算法改进的复合控制方案[10].光热电站中设置光电基准型和受控型两种类型定日镜.光电基准型定日镜通过光电检测跟踪和视日轨迹跟踪确定定日镜最佳接收角度，受控型定日镜根据光电基准型定日镜的最佳角度形成域值范围，并在此范围内采用遗传算法进行调整.光热电站中光热基准型定日镜数量记为n，受控型定日镜数量记为m.在控制系统的通信框架中，以n台光电基准型定日镜为主站，在分站1、2、3内设置多台PC机从站，光电基准型定日镜与分站通信方式为多主对多从，采用CAN总线的通信模式完成数据交换.分站1、2、3负责将光电基准型定日镜调整的最佳角度实时传递给总站，总站根据光电基准型定日镜最佳角度形成的域值并经遗传算法运算形成随机角度，并将其传递给分站4、5、6、7，分站再将角度分配给每一个受控型定日镜.控制系统的通信框架图如图1所示.

2 光电基准型定日镜控制器电路框架设计

光电基准型定日镜控制系统主要包括5个模块：电源电路、检测电路、主控电路、通信电路、伺服电机及其驱动器.电源电路主要为系统提供稳定的工作电压.检测电路中配备有四象限光电检测装置及信号处理电路，通过四象限光强变化采集太阳方位信息，并将其转化为电信号传递给主控电路.主控电路是整个控制系统的核心模块，负责计算太阳方位、接收采集信息、控制伺服电机运转等重要功能，主要由DSP控制电路、AD采样电路、PWM输出电路、复位电路、JTAG电路、时钟电路、EEPROM构成.通信电路负责PC机与光电检测元件的数据传递，本文采用CAN总线通信电路和RS232串口通信电路.采用直流无刷伺服电机及其配套的直流伺服驱动器.光电基准型定日镜控制系统示意图如图2所示.

3 电源电路设计概要

硬件电路系统均需电源电路.在光电基准型定日镜跟踪控制系统电路中，各模块所需的额定电压不同，对电压稳定性的要求也不同.因此，需要针对特定的模块设计相应的电源电路.

3.1 开关电源选型220 V24 V

系统采用供电电压为24 V的直流电.考虑到各个模块工作时额定功率、电压、电流等的要求，尤其要保证伺服电机能够正常驱动，本文选择型号为YXW24 V10 A240 W的220 V24 V、AC转DC开关电源，其各项参数满足硬件系统的性能要求.

3.2 24 V电源抗干扰电路

为保证硬件系统正常工作，需要电源电压工作稳定，并具有较强的抗干扰能力.因此，需对电源电压进行滤波、稳压处理，据此在抗干扰电路设计中增加防反接二极管、稳压二极管稳定电压，增加双向共模电感，以消除共模电磁干扰，增加电容起到滤波作用.

3.3 24 V10 V DCDC降压电路设计

本文选择以LM5008A型降压开关稳压芯片为核心处理单元来设计24 V10 V DCDC降压开关稳压器.该方案可确保短路控制，同时提供最低的折返，具有热关断、VCC欠压锁定、栅极驱动欠压锁定、最大占空比限制器和预充电开关等功能.

3.4 5 V、3.3 V、1.8 V电压电路设计

根据不同电路对电压的要求，可在获得10 V电压后经芯片进行转换.TLV70450DBV、TLV70436DBV芯片可以将10 V电压转换为5 V和3.3 V电压，而1.8 V电压可由5 V电压通过TI公司的PS767D301芯片进行转换.

4 检测电路设计

检测电路系统共有5个模块：四象限传感器模块、信号放大电路模块、精密有源绝对值电路模块、比较电路模块、有源滤波电路模块.其工作原理为四象限传感器模块将光信号转化为电信号，再通过信号放大模块将电压信号进行差动放大及去干扰，精密有源绝对值电路负责获取电信号的大小，比较电路模块则用来判断电压方向，最后通过有源滤波电路模块传给主控单元.

4.1 四象限传感器模块

光电检测四象限法中采用的核心元件为四象限光电传感器[11]，其原理为利用各象限光照不均产生压差来工作.四象限检测法就是将光电检测区域分为四部分，将四象限传感器安放其中，并根据传感器中的电流大小和方向判断各象限接收到的光照情况，从而做出相应的调整.

当太阳垂直对准定日镜时，太阳入射光斑位于光电检测元件的正中心，这样四个象限内光照一致，不会产生电压差.当太阳入射方向发生偏移时，入射光斑在四个象限中的位置会产生偏移，四象限因光照不均产生电压差形成电流回路，经计算可得出当前定日镜与最佳方位偏离的角度，从而对定日镜的转角位置重新进行调整，使其达到与太阳光照方向垂直的效果.

4.2 信号放大电路设计

四象限光电传感器的电压差是因太阳光在各象限内光强不均产生的，由光强信号改变而引起的电压差不足以为主控芯片提供变化的电压信号，而且微弱的信号易受到外界信号的干扰，需要对其进行放大、抗干扰处理.双端输入、单端输出的差动放大电路具有共模抑制比高、不易受外界信号干扰等优点.信号放大电路的前级采用同向放大电路，通过电路的高阻抗特性放大输入信号的电压差，然后在后级使用差分放大器消除前级同向电路采入信号的共模偏差，增强电路的抗干扰能力.

信号放大电路如图3所示，其中R1=R3，R4=R5，R6=R7；U1为输入电压；U2为输出电压；输入信号的放大倍数Ud可由式（1）得出，即

4.3 精密有源绝对值电路设计

为方便DSP（digital signal processing）的信号处理，在AD采样电路中加入可将负电压转化为正电压，并保持外界电压信号大小的精密有源绝对值电路.其工作原理为：当输入电压U3>0时，运算放大器oc1的输入小于0，运算放大器oc2的输入大于0，二极管D2导通，D1两端施加了方向电压而被强制关断，oc2则为电压跟随器，输出电压U4=U3；当U3

4.4 比较电路设计

精密有源放大电路只能传递信号的大小，需经比较电路判断输入信号的方向.传感器信号经过差动放大电路后从比较电路的3脚输入.若输入信号大于0，则3脚电压低于2脚接地电压0 V，6脚输出高电平3.3 V；若输入信号小于0，3脚电压高于2脚接地电压0 V，6脚输出电压为低电平0 V.通过比较电路可知四象限传感器产生的电流方向，从而得出光信号更强的传感器象限的相关信息，进而推断出太阳方位的变化.比较电路原理图如图5所示.

4.5 有源滤波电路设计

滤波电路的设计就是求解出通带放大系数Aup、截止频率fp和过渡带的斜率.有缘滤波器与无源滤波器相比，无源滤波器是由电阻、电容组成的滤波器，其截止频率受负载的变化而变化，较不稳定.而有源滤波器是在无源滤波器后接电压跟随器，由于电压跟随器的输入电压无穷大，即可以将负载与无源滤波器隔离，使负载对滤波器截止频率无影响.有源滤波器只适用于信号的处理，不适合高电压、大电流负载.而无源滤波器常用于整流后的滤波，高电压、大电流的滤波常采用LC电路.本文中传感器的传递频率为10～15 Hz，属于低频，所以设计为低通滤波器（LPF）.

5 主控电路设计

主控电路以DSP为核心处理芯片，设置相关外设组成核心电路板，主要由DSP控制芯片、AD采样电路、PWM输出电路、复位电路、JTAG程序下载电路、时钟电路、EEPROM电路模块组成.以DSP为控制核心的跟踪系统具有可靠性强、跟踪反应速度快、稳定性好等特点，为装置实时准确地跟踪太阳光提供了平台[12].

5.1 DSP选型

为满足硬件系统对数据快速、高效的处理要求，本文选择TMS320F2812型DSP作为主控电路的核心处理芯片[13].其最高时钟频率达150 MHz，运行速度快，且本身自带SRAM、flash等储存空间，可方便地进行在线仿真.此外，本型号DSP还配备诸多外设，包含3路SCI、1路SPI、2套EV时间处理器、2路8位的ADC、1路eCAN总线通道，功能齐全.

5.2 AD采样电路

TMS320F2812型DSP的A/D端口是GPIO多路复用的形式，共有16路12位的A/D转换器.A/D端口的输入电压控制在0～3.3 V.为保证实际输入电压在输入信号范围内，在A/D采样端口处必须设置保护电路[14].

5.3 PWM输出电路及程序下载接口电路

DSP采用PWM输出波形控制伺服电机的转动方向和速率.TMS320F2812型DSP有12路PWM脉冲输出端口.为保证输出波形的真实性，采用74HC245型锁存器进行PWM输出波形的保持，以防止传递出的PWM波形衰减[15].

DSP进行程序调试时，需经JTAG程序下载接口将仿真器与DSP连接，并将PC机上的程序下载到DSP中才能让DSP运行.

5.4 时钟电路设计及EEPROM电路模块

对定日镜进行时钟控制时，要保证时钟不受系统失效的影响，采取单独时钟芯片构成时钟模块最为安全.本文采用Intersil公司生产的ISL1208型时钟芯片.该时钟芯片具有低功耗、高精度等优点，在系统电源失效时，可以通过后备电源供电，提供可靠的时钟信息.

为防止在主控电路发生故障突然掉电时数据丢失，添加EEPROM电路模块.

6 通信电路

定日镜需要与分站进行通信，以完成数据交换.定日镜与分站进行数据交换时属于多主多从模式.本文用eCAN总线通信模式完成定日镜与分站的数据交换.在硬件电路系统设计中，采用两种通信方式：eCAN总线通信方式和RS232串口通信方式.eCAN总线通信方式主要用于定日镜与分站的数据交换；RS232串口通信方式用于调试时主控模块与PC机的数据交换.

6.1 eCAN总线通信电路

选用SN65HVD232芯片作为eCAN总线通信电路的设计芯片.该芯片的应用扩展性好，功能强大，若要增加节点个数，只需在CAN总线上挂载有CAN模块的控制器即可[16].

6.2 RS232串口通信电路

在进行DSP主控板的通信程序调试时，采用PC机与主控板串口调试方式更为方便.由于DSP采用的是TTL电平，与PC机的电平不一致，所以需要借助Max232完成TTL电平与PC机电平之间的转换.

7 伺服电机及其驱动器选择

为满足定日镜调整特性，采用直流无刷伺服电机作为驱动电机，通过模糊PID控制对电机系统进行闭环控制调整，减小其误差，使其能达到定日镜转角精度的要求.主控电路根据所要调整的位置及伺服电机反馈情况向控制器提供相应PWM脉冲来调整定日镜转动.

因为定日镜需要根据太阳方位的变化进行实时调整，所以要求所采用的电机具有频繁启动、快速响应等特性.根据定日镜支架结构、重量、所需驱动转矩等实际情况，选择雷赛公司的DCM 50205型永磁直流无刷电机作为定日镜转动的驱动电机.根据DCM50205型直流电机特性，选择DCS810数字直流电机控制器作为该系统的伺服电机驱动器.

8 结论

本文提出了基于遗传算法改进的复合控制方案，设计了太阳能光热电站控制系统的总体结构，采用以CAN总线协议为基础通讯协议的总站、分站相结合的结构模式.这种模式既减轻了总站控制多台定日镜的负担，又方便每台定日镜各项参数的实时采集和存储.设计完成了光电基准型定日镜跟踪控制装置的硬件电路，包括电源电路、检测电路、主控电路、通信电路和伺服电机及其驱动器模块.本方案在保证光热电站整体控制精度的基础上，减少了光电检测元件的安装数量，降低了电站的构建成本.本研究将促进太阳能光热发电的发展.

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数控电源的设计与制作篇8

关键词： Matlab；逆变源；建模仿真；双环控制

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0164?03

0 引言

随着太阳能、风能等可再生能源的发展，分布式发电以其环境污染少、能源综合利用率高、供电可靠等优点，逐渐成为了各国家竞相研究的热点，在美国、欧洲等技术成熟的国家和地区，以将其广泛应用在微电网中[1?3]。逆变电源作为一种有效的电力供应源，成为了微电网的重要组成部分，并在微电网的研究和实施中得到了广泛的应用。设计的基于PWM的孤立逆变电源，其控制模型采用电压外环和电流内环双环控制策略，电压外环和电流内环均采用PI控制方式。应用Matlab软件建立实验模型进行仿真，通过仿真验证了控制系统设计的合理性，以及双环控制策略的应用效果，分析仿真结果证明了系统设计的合理性和有效性。

1 PWM逆变器的电路结构和工作原理

在交?直?交变频器中，通常要求直流电路采用可控硅整流电路，如图1（a）所示。逆变输出的电压[Uo]的大小可以通过改变[Ud]的大小来控制。通过对逆变器触发电路频率的控制，可以改变输出电压[Uo]的频率。但是，这种变频电路存在有缺陷：如果输出的交流电压为含有较多谐波的矩形波，这无论是对负载或是交流电网都是不利的；如果输出功率用相控方式来调节，就会使输入功率因数降低，同时由于有滤波大电容存在于中间直流环中，使得调节输入功率时惯性较大，系统响应缓慢。

为解决上述缺陷，可以采用如图1（b）所示的变频电路。这种电路通常称为PWM（Pulse Width Modulation）型变频电路，其基本的工作原理是对逆变电路中开关器件的通断进行有规律的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，并用这些脉冲列来替代正弦波。按要求的规则对脉冲列的各脉冲宽度进行调制，既可改变电路输出电压的大小，又可以改变输出电压的频率[4?5]。

2 孤立逆变源双环控制策略

如图2所示，为设计的基于PWM孤立逆变源的电压电流双环控制原理图。控制外环为电压控制环，电压[Vabc]的反馈值由测量模块2测得，并与给定的参考值进行比较，误差信号经过PI控制器调节后作为电流内环基准；控制内环为电流控制环，由测量模块1测得的反馈的电流值[Iabc1]与电流基准进行比较产生的误差信号，经过PWM发生器离散化之后产生PWM控制信号[6]。

PI控制器是具有比例?积分控制规律的控制器，其框图如图3所示，其控制规律是指控制器的输出信号[ut]既反映输入信号[et]，又反映[et]对t的积分，即：

[ut=kPet+kPTI0tetdt]

式中：[kP]为可调比例系数，[TI]为可调积分时间常数。

在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能[7]。PI参数的准确设置，对控制效果至关重要，可调积分时间常数[TI]会影响系统达到稳定的时间和稳定性，可调比例系数[kP]会对系统的响应时间产生影响。在本文设计的孤立逆变源中，利用工程整定的方法，对外环电压反馈值[vabc]进行调节的PI调节器，其参数整定值为：[kP]=0.25，[TI]=300；对内环电流反馈[Iabc1]进行调节的PI调节器，其参数整定值为：[kP]=1.25，[TI]=1。

3 仿真结果

根据控制方案，设计的孤立逆变源的建模仿真使用Matlab?Simulink?SimPowerSystems软件平台来完成。仿真时间设定为0.3 s，仿真数据均采用标幺值，仿真模型如图5所示。设计的电压外环和电流内环的PI控制模型分别如图6、图7所示。

模型仿真的主要参数如表1所示。

3.1 逆变源仿真结果

根据表1的参数设置进行建模仿真，仿真开始后，逆变电源在很短暂的时间就达到了稳态运行，经测量模块2测量输出的电流[Iabc]和电压[Vabc]，测量模块1测量输出的电流[Iabc1]，以及调制系数m的输出波形如图7、图8所示。

表1 仿真模型主要参数

逆变电源运行达到稳态后，由图7输出的电压和电流波形分析可知，逆变电源达到稳后的运行状态非常稳定，达到了预期的效果。由图8可知，调制系数m在经过短暂的震荡之后收敛到0.85～0.9稳定的区间，表明了调制控制的稳定性。

3.2 电压控制PI仿真结果

逆变电源运行达到稳态后，电压外环控制模块的PI调节的输入信号及经过PI调节后的输出信号如图9所示。由图9的输出波形可知，输入到PI的Vd，Vq信号经过短暂的波动收敛到0，并输入到PI调节器中，经PI调节器调节后输出较为稳定的误差信号，作为电流内环控制的基准信号，保证了电流内环控制的稳定性。

调节前的输入波形

3.3 电流控制PI仿真结果

逆变电源运行达到稳态后，电流内环控制模块经过PI调节后的输出Vd，Vq和电压Uabc的波形如图10所示。在电流内环调节中，电流经d?q变换得到信号与经电压外环控制后输入的基准信号作比较，比较结果作为电流控制环的PI调节输入信号，经PI调节后输出稳定的控制信号Vd，Vq，如图10所示，输出信号经过短暂的震荡收敛到了一个稳定的状态，表明了电流内环控制系统稳定性。输出的电压Uabc作为PWM发生器的输入信号，经过PWM发生器离散化之后产生PWM控制信号，形成一个闭环控制系统，保证了整个控制系统的稳定运行。

4 结语

分布式发电作为高效、清洁的发电方式，以其具有投资少、可与环境兼容等优点，在微电网中得到了广泛的应用。逆变电源作为微电网的重要组成部分，其设计运行的稳定性、有效性和可行性，直接会影响到整个微电网供电的电能质量。设计的电压外环和电流内环双环控制的逆变电源，电压外环可以增加系统的稳定性和消除静态误差，电流内环可以提高系统的快速性和动态特性。采用PI控制策略，利用Matlab软件建立了实验仿真平台。仿真结果表明，设计的逆变电源具有很好的稳态性能和动态性能，控制系统设计合理稳定，参数的选择合理有效。

参考文献

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数控电源的设计与制作篇9

关键词：DSP处理器数字控制 PID算法 SPWM波形

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00

Abstract：This paper designs a DSP-based inverter power supply with digital control. DSP Processor is the central control unit of the supply. The inverter full bridge circuit is implemented based on IPM intelligent module. The power supply perform PID algorithm based on DSP. According to the results of the algorithm the DSP control internal ePWM module to generate SPWM waveform by the law of sine wave. After filtering the SPWM waveform is changed to the desired AC output waveform. The hardware circuits diagram， software program design and test result analysis are given in the paper.

Key words： DSP processor； digital control； PID algorithm； SPWM waveform javascript：showjdsw（'jd_t'，'j_'）

逆变电源在工业和国防领域应用广泛，随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，逆变电源的更新发展速度也在加快，其中数字化研究成为当今热点之一。数字化逆变电源难点之一是正弦脉冲宽度调制SPWM波形的数字化实现。文中利用TI公司的DSP处理器 TMS320F28335完成了电源的SPWM波形产生和闭环控制算法计算。完成的样机经过测试达到了设计要求。

1硬件电路设计

逆变电源硬件框图如图1所示，主电路主要包含整流滤波电路、单相全桥电路、输出滤波电路等，控制电路包括DSP控制器、PWM驱动电路、A/D采样电路、接口电路和触摸屏输入显示电路。交流220V/50Hz输入电压首先进入整流桥进行全波整流，开始通过抗浪涌电阻后给电容充电，通过电容的滤波后，产生310V左右的直流电压，提供给后级单相全桥逆变使用。在DSP控制下单相全桥逆变输出正弦脉宽调制SPWM波形，经后级LC滤波后滤除载波频率得到正弦波给给负载。

1.1整流电路

前端整流电路选用桥式整流器，由4个二极管组成，利用二极管的单向导通性对交流电进行整流，经后级滤波电容完成由交流电变为直流电的工作。由于在上电瞬间电容相当于短路，充电电流很大，为防止电流过冲，造成电压瞬间下降幅度太大，电路中设计了缓冲限流电阻。整流电路中的整流桥的选择应考虑最大整流电流和反向击穿电压。

1.2逆变全桥电路

逆变单相全桥电路输入端为直流电压，通过四个开关管的交替导通完成直流电压到交流电压的转换。开关管为可控型半导体器件，可选择输入阻抗高、速度快、热稳定性好的IGBT模块，由于单相全桥需要四个开关管，考虑到可靠性、接口简单、保护齐全的优点，选择合成多个IGBT开关管的IPM模块进行设计。IPM内部具有完善保护方案，具有很高的可靠性，其内部一般设有6单元IGBT，单相全桥的设计中只需要使用其中4个单元，其它两个单元输入端只要设为高电平保持关闭状态即可。实际与DSP端口连接时需要外加光隔进行与IPM的电气隔离。

1.3滤波电路

单相全桥电路输出的信号为高压SPWM波形，SPWM波形除了基波正弦波频率外，还含有大量的开关频率及其邻近频带的谐波。要得到需要的正弦波需要外加必要的滤波电路。由于电压高、电流大不能使用有缘滤波，一般选用LC滤波。由于开关频率远高于基波频率，LC滤波器的截止频率选择相对容易一些。设计滤波器时要考虑既要滤除这些高次谐波，又要设法减少电感和电容的体积重量。

1.4控制电路

控制电路主要包括DSP处理器、触摸显示屏、驱动电路、接口电路、A/D转换电路等。DSP为控制中枢，控制整个电源系统的运行。触摸显示屏完成参数显示和输入。接口电路一方面是DSP与触摸屏的数据往来通道，另一方面完成对外部电路的控制。A/D转换电路负责把输出的交流高电压变换为0-3V低电压，以满足DSP处理器内部ADC转换器的要求。驱动隔离电路主要是起到IGBT与DSP电气隔离的作用，减少强电对低压控制电路的干扰。DSP选用TI公司的TMS320F28335控制器，具有浮点运算功能，运行速度可达150MHz，具有快速的计算能力，适合复杂的算法计算。内部含有ePWM模块和12位高速ADC模数转换器，不用单独另行设计，可以省去大量电路设计。

2 软件设计

电源的控制软件需要完成电压的设定、输出电压的闭环调节、完成参数的采样、SPWM波的生成等工作，根据任务的要求，整个软件由主程序、SPWM波形产生程序、A/D采样程序、PID控制子程序等组成。

2.1 主程序

主程序框图如图2所示，包括初始化和主循环两部分。初始化主要完成对软件变量和硬件端口及寄存器的初始设置。主循环主要完成参数的设置和显示，同时开放中断，期间响应中断事件，如ADC转换中断和定时器溢出中断等。

2.2 SPWM波形的产生程序

基准正弦信号与三角载波信号进行比较，根据大小关系产生一组方波，三角载波频率一般远高于基准正弦波的频率，产生的这样的脉冲序列去控制单相逆变桥的四个IGBT的导通和关断，这样就形成了正弦脉宽调制波SPWM，基准正弦波的幅值的更改相应的会改变正弦脉冲的宽度，从而改变输出电压的幅值。在TMS320F28335处理器内部ROM中固化有正弦波形数值表，并利用处理器内部的定时器产生三角波，只要换算出一致的时间系数，周期的计算并更新比较寄存器的值，即可生成SPWM波。

2.3 A/D转换程序

TMS320F28335有16通道的模数转换器ADC，精度可达12位，输入电压范围为0-3V，具有转换完成中断。可以连续转换或者单一启动转换，每次转换都会把转换结果写到结果寄存器中。其转换时间可达12.5MSPS，并具有采样保持器。实际使用中，只需要采样电压和电流，所以只需要对两个通道进行初始化。设计中采用单一启动转换模式，利用定时器产生周期性信号，在每个周期内进行对两个通道的启动、读取转换结果。

2.4 PID控制子程序

电源正常工作输出的是稳定的正弦电压，为保证输出电压跟踪设定电压，需要加入适当的控制算法。由于计算周期及DSP运算频率的限制，太过复杂的算法一个周期内无法按时完成，设计中选用了经典的PID控制算法，算法简单，计算时间短，同时对经典PID控制算法进行了必要的优化措施，对积分系数采用变速的方法，同时增加了死区控制，输出增量最大、最小限制。图3中A、B为变速积分系数，e0为死区限幅值。

3 试验结果

电源整机组装完成后，对电源的输出电压进行了测试，使用泰克TDS-1002数字示波器，测量波形如图4所示。电压有效值为115V，频率为400Hz。使用8903B音频分析仪测定输出波形失真度都小于1%。图5所示为电压正弦波的FFT分析，可以测量出其基波分量为400Hz。电源通过加载测试显示，负载特性好，电压输出波动小，响应速度快，指标完全满足实际需要。

4 结语

采用DSP设计的逆变电源，解决了以前以模拟电路设计的逆变电源控制电路复杂，升级困难等突出问题。原来需要单独设计的三角波电路、PWM波电路、死区电路等均在一块DSP内部实现。这种数字化方案提高了电源设计和制造的灵活性，可以通过改进优化控制算法来改善逆变电源的输出波形品质。

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数控电源的设计与制作篇10

电气自动化和智能化的发展出现使得二次设备网路融合技术在变电站建设中得到了广泛应用，大大推进了我国变电站建设技术的前进。文章分析其特点，探讨其设计。

【关键词】110kV变电站电气设计发展

随着电力事业不断的加大投入力度，110kV变电站作为电力系统中的重要组成部分，同时110kV变电站是众多变电站中最为常见的一种，而人们生活水平与质量的提高使其对供电质量也提出了更高的要求。

1 110kV 智能变电站的特点

1.1 通信标准化

IEC61850 标准是一项新的网络通信体系，它对自动化变电站系统的国际通信标准做出了定义，让变电站使用的不同厂商生产的设备之间可以自由的连接，使得设备之间能够实现相互操作以及全站的信息共享等功能。

1.2 状态可视化

变电站智能化的实现，能够实现监测全站设备运行状态的功能，其过程是经过采集设备工作时非电气量参数，利用传感器技术、计算机技术以及网络通信技术等，再使用专家系统分析获取的各项特征参数，以便及时发现设备的运行故障或是预测潜在故障。设备状态监测作为设备状态检修的基础，与原始的设备计划检修模式，状态检修模式减少了很多的不必要检修和停电事故。由此变电站实现了智能化检修维护，在检修设备时更有针对性和合理性，降低了设备检修维护成本。

1.3 功能一体化

（1）系统功能集中化。智能变电站在采集全景数据的基础上，可以实现系统的各项功能，例如防误操作功能、设备状态监测等。由于IEC61850标准的推行，以及自动化装置和保护装置的相互融合，保护系统也逐渐实现了自动化管理。

（2）设备功能集成化。由于数字化测量方式和网络化的控制方式带来的好处，大大简化了间隔层设备的采样模块和I/O接口模块，所以可以对其逻辑计算能力做进一步的强化，使得系统功能更加集成化，例如110kV智能化变电站中使用的保护测控一体化装置。并且系统还能够把电能计量以及故障录波等功能也集成到间隔级中。

（3）电源系统一体化.传统的变电站的电源一直都是采用分散设计模式，把各个电源子系统独立组屏，各项设备的生产和安装由不同厂家来完成，给设备的管理和维护带来了很多不便，而智能化变电站克服了这些弊端。

（4）信息互动化.顺序控制：其主要功能是实现变电站的就地顺序控制以及远程监控，主要包括实现间隔层设备的“运行、检修、备用”状态的转换、双母线倒闸操作、变压器各侧跨电压等级操作、开关柜运行操作等。电压无功自动分析控制：结合应用调度、集控主站系统和变电站自动化系统，把各类节点参数进行处理，整合出VQC和AVC最优方案，最后再把方案反馈下发至变电站自动化系统，以实现无功调节命令。

2 110kV 变电站电气自动化设计

2.1 PLC的设计

由于PLC具有良好的可靠性与稳定性，并且编程简单，因此被广泛地应用于110kV变电站的监控系统，它主要是以指令或梯形图编程的形式应用于监控系统实时控制中。此外，PLC主要是监控110kV变电站的电气一次部分。通常在选择PLC的时候，需要根据具体的控制对象备有20～30%的用量，以保障监控系统实时监控作用的发挥。

2.2 组态软件设计

具体而言，110kV变电站组态软件设计主要指的是：设计监控界面，并且在此基础上配置PLC设备。建立监控数据库，将数据点和PLC的数据联系起来。设计相关设备的操作图形界面与操作按钮。以动画的形式连接上述层次，建立图形与数据的对应关系，当发生异常时能以声光进行报警。设计操作说明书，用以指导执行相关操作设备。

2.3 PLC与组态软件的通信设计

如果没有熟练掌握PLC与组态软件之间的协议，则没有必要在PLC中设置编程和网络，同样可以实现PLC与组态软件的通信。只是，在设计110kV变电站和电气一次部分及监控系统时，要注意在PLC正常工作时，为保障交换数据的实现，务必要将组态软件切换到正确的通信位置上。

2.4 110kV变电站电气自动化的二次设备布置设计

对110kV变电站电气自动化进行设计，不可避免地需要对变电站二次设备进行布置。主要包括以下几个方面的内容：

（1）采用集中布置的方式。

（2）使得变电站二次设备的柜体结构、外形及颜色保持统一。

（3）选择恰当合理的保护装置和监控系统。

（4）控制器室的备用屏位置应该约占总屏位的一成。

2.5 110kV变电站电气自动化的直流系统设计

（1）直流系统采用一体化电源设备，为全站交直流设备提供安全、可靠的工作电源，包括：380V/220V交流电源、DC220V（110V）直流电源、通信电源DC48V、逆变电源等组成。

（2）一体化电源系统主要由ATS双电源转换开关模块及交流配电单元、充电单元、逆变电源、蓄电池组、通信电源及各类监控管理模块组成。逆变电源直接挂于直流母线对重要负荷供电。

（3）一体化电源系统采用分层分布架构，各功能测控模块采用一体化设计、一体化配置，各功能测控模块运行工况和信息数据采用标准规约接入一体化信息平台。实行一体化电源各子单元分散测控和集中管理，实现对一体化电源系统运行状态信息的实时监测。