3.3 LEM传感器外部接口
由于TMS32OF240 DSP芯片内的ADC模块要求输入0~5V的单极信号,须将LEM 电流传感器输出的小电流信号转换为电压信号,再经放大滤波后送入EVM板的ADC,因此设计了图3所示的LEM传感器外部接口电路,实现电流采样与转换。
图3中,R1 为霍耳器件所允许的负载电阻,选160Ω。考虑到LEM霍耳电流传感器输出电流信号较弱,图中运放起放大作用,运算放大器输入阻抗很高,R2 的影响可忽略,取R2 =6.8kΩ。为防止运放的零漂,采用ICL7650斩波自稳零运放。R4 是一个20k的变阻器,主要目的是为了得到一个正向的2.5V的直流偏置电压。C1 为一个积分小电容,选300pF。电阻R3 和R5 的阻值分别选3.3kΩ和6.8kΩ。运放7650后面的两个二极管D1 和D2 可防止模拟输入过大。电容C2 是一个滤波小电容,选0.1μF,其作用是减小干扰,它和电阻R6 构成一个低通滤波器。电阻R6 为限流电阻,选270Ω,它可在过压时起限流作用,防止损坏后面的A/D转换电路。由于图2的输出直接接到EVM板的A/D端,使得该电路将具有正负极性的电流反馈信号转换为单极性信号送入DSP。图中C3 和C4 是7650正常工作时所要求的外围器件,电容值均取0.1μF。
3.4 基于LEM 传感器的APF 过流检测
在APF系统中,LEM传感器也用于逆变电路IPM模块的过流保护电路(如图4)。LEM传感器对IPM输出电流进行检测,一旦出现过流故障,APF过流保护电路将迅速禁止DSP产生PWM信号,同时把故障信号与PWM信号共同经过与非门后送给驱动模块,封锁脉冲输出,关断IPM模块中的IGBT,保护APF系统的安全,只有等到手工复位查清故障后,系统才能重新开始工作。
图4中,被检测电流Is来自IPM输出。电阻R
1 为74Ω。电容C
1 起高频滤波作用,选0.1μF。电路中的电容C
2 为一个积分小电容,取300pF。电阻R
2 、R
4 、R
5 、R
6 均选1kΩ,R
3 、R
7 选0.5kΩ,R
8 、R
13 选6.8kΩ,R
11 、R
12 选1kΩ,R
9 、R
10 选15kΩ的变阻器。当正向出现过流时,图3中二极管D
1 导通,二极管D
2 截止,从而检测得到正向过流信号;当反向出现过流时,二极管D
1 截止,二极管D
2 导通,从而检测得到反向过流信号。通过调节变阻器R
9 和R
10 的阻值,可以确定正向过流和反向过流的具体值。在实际电路中,设计Is过流值为10A,当系统正常工作,即没有过流时,过电流信号为“高电平”。R
11 和R
12 是上拉电阻。过流故障信号与来自DSP芯片所产生的PWM信号一起经过与非门合成后,送给驱动电路,产生保护作用。
4 工程应用结论
在现场两套大功率整流负载都投入运行,且负荷较大的情况下,图5给出了大功率并联混合型APF投入前后母线电流及逆变器输出电流的波形。从图中可以看出,大功率并联混合型APF投入后母线电流波形得到明显改善,电网谐波电流大大降低,同时,由于综合补偿了一定的无功功率,功率因数由投入前的0.46上升为0.94。工程应用结果证明,大功率并联混合型APF具有很好的谐波抑制效果,运行可靠,保障了电网的安全、稳定、经济运行。系统中的LEM电流传感器工作正常、可靠,检测精度高、响应速度快、可靠性好,能够很好的满足工业现场应用的需要,基于LEM传感器的电网谐波电流检测和过流保护为系统的成功应用发挥了重要作用。
参考文献
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[6]AkagiH, KanazawaY, NabaeA. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components[J]. IEEE Trans and Appl, 1984, 20(3): 625-630.
作者简介:
周柯(1979-),男,博士研究生,主要从事电力系统谐波抑制及无功功率补偿等方面的研究,电话:134-0731-0987,邮箱:
zkwolf@163.com ,邮编:410082,通讯地址:湖南长沙湖南大学电气与信息工程学院。
涂春鸣(1976-),男,副教授,主要从事电气工程和控制科学与工程等方面的教学和科研工作。