低压电器检测用大功率恒流型交流电源系统研究

摘要

在低压电器检测行业中，低压电器型式试验的结论是作为鉴别低压电器产品是否合格的重要依据。目前国内小功率高精度的恒流源产品已趋于成熟，而大功率、大电流的交流恒流源产品相对较少，且考虑到大量采购高性能、大功率恒流源时的巨大成本以及低压检测行业相关国标不断更新导致恒流源需要进行软硬件更新和后期维护的不便，因此自主研发低噪声、模块化、高精度、智能化的大功率交流恒流源系统也是大势所趋。
　　本文根据低压电器检测部分型式试验时的相关技术指标要求，在现有大功率交流恒流源的研究基础上，设计完成了一套基于LPC1768微处理器的大功率恒流型型交流电源系统，给出了具体的硬件、软件、控制策略设计方案和系统电性能综合调试结果。主要内容如下：
　　（1）介绍了大功率交流恒流源的基本工作原理和在低压电器检测行业的应用范畴，分析了大功率交流恒流源的总体电路结构，重点阐述了采样 LC滤波的三相不可控整流电路，用来维持直流母线电压的稳定、采用LCL滤波的的单相全桥电路，控制可调输出电流，以及驱动电路、通信电路的设计过程。
　　（2）以大功率交流恒流源的恒流控制过程为研究对象，系统的分析了驱动全桥逆变电路的SPWM波形产生机理和交流电源的输出波形控制策略，设计模糊PID控制器，利用MATLAB和Simulink仿真软件建立系统仿真模型，并与传统PID控制结果进行了比较，来验证控制方案的可行性。
　　（3）针对低压检测用大功率恒流电源的特性，着重设计了 LPC1768主控电路、电源电路、保护电路、采样电路、锁相环电路、通讯与抗干扰电路等。以大功率交流恒流源硬件为基础，完成系统控制软件的设计与编写，包括控制系统主程序、按键与显示子程序、电流信号采样/反馈程序、SPWM波控制子程序、人机界面、显示/控制设计等。
　　（4）通过交流恒流源进行低压电器检测的温升试验、热循环试验来进行系统测试，以不同型号的交流恒流源搭建几种型式试验平台，采用刚性闭口罗氏线圈限流传感器来测量电流值以及外接GEN2i数据采集瞬态记录仪来采集输出信号波形。试验结果表明，本低压电器检测用交流恒流源工作稳定、精度高、能有效实现并联控制，输出参数符合设计要求，进一步验证了设计的合理性和有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 低压电器及检测试验简介

1.2 交流恒流源的研究现状

1.3 研究背景及意义

1.4 本文研究的主要内容

第2章 交流恒流源的总体设计指标和方案

2.1交流恒流源技术要求

2.2 交流恒流源总体方案

2.3 SPWM算法及实现方法

2.4 通讯显示档位控制处理模块

2.5系统抗干扰设计

2.6 本设计与传统恒流源的比较

2.7 本章小结

第3章 交流恒流源系统的控制策略与仿真分析

3.1 模糊PID控制器的研究

3.2 大功率交流恒流源系统设计与仿真

3.3本章小结

第4章 交流恒流源系统的硬件设计与实现

4.1 系统概述

4.2 微处理器

4.3 供电模块设计

4.4 采样电路设计

4.5 锁相环模块电路

4.6 串口通信模块

4.7 IGBT驱动电路

4.8 量程切换电路

4.9 保护电路

4.10 本章小结

第5章 交流恒流源系统的软件设计与实现

5.1 系统软件概述

5.2 软件设计流程

5.3 人机界面设计

5.4 本章小结

第6章 系统测试

6.1 交流恒流源实物展示

6.2 测试使用的仪器

6.3 系统电性能综合测试

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢