基于FPGA的高壓交聯(lián)電纜測試電源的研制

由于一開(kāi)始逆變器工作需要驅動(dòng)脈沖，因此必須先給一個(gè)他激頻率信號，經(jīng)過(guò)死區產(chǎn)生環(huán)節和PWM產(chǎn)生環(huán)節產(chǎn)生4路PWM波形來(lái)驅動(dòng)全橋逆變，此時(shí)選擇器的開(kāi)關(guān)信號為0。當逆變電路工作使得負載側電流達到一定的值后，選擇器開(kāi)關(guān)信號變?yōu)?，電路由他激模式轉換為自激模式，取樣負載側電流經(jīng)過(guò)數字鎖相環(huán)后再產(chǎn)生4路PWM波來(lái)驅動(dòng)全橋逆變。
本控制部分的核心是全數字化的鎖相環(huán)，由圖5可知，它由數字鑒相器、數字環(huán)路濾波器和數控振蕩器組成，其中數字環(huán)路濾波器是由K變?？赡嬗嫈灯鳂嫵?，數控振蕩器是由脈沖加減電路和除N計數器構成。K變?？赡嬗嫈灯骱兔}沖加減電路的時(shí)鐘分別設為Mfc和2Nfc，fc為環(huán)路的中心頻率，一般情況下取M和N為2的整數冪。
數字鑒相器是用來(lái)比較逆變負載側反饋信號Fin和除N計數器的輸出信號Fout的相位差，因為該系統采用串聯(lián)諧振型電路，其逆變負載側電流的高次諧波分量小，基波分量最大，因此Fin取自負載側的電流。數字鑒相器的輸出信號uo是Fin和Fout的異或信號，它直接輸入到K變?？赡嬗嫈灯?，作為可逆計數器的方向脈沖。當uo為高電平時(shí)，計數器做減運算，當減至零時(shí)，輸出一個(gè)借位脈沖r2；當uo為低電平時(shí)，計數器做加運算，當加到設置的K值時(shí)，輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖r1。r1和r2信號分別輸入到脈沖加減電路的inc端和dec端，當沒(méi)有進(jìn)位或借位信號時(shí)，電路僅對輸入時(shí)鐘進(jìn)行二分頻；當有進(jìn)位信號時(shí)，就在輸入時(shí)鐘中插入半個(gè)脈沖；當有借位信號時(shí)，就在輸入時(shí)鐘中減去半個(gè)脈沖，再將輸出信號dout進(jìn)行N分頻，以此來(lái)調節Fout的頻率來(lái)跟蹤輸入信號Fin的頻率。瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位的關(guān)系為：ω(t)=dφ(t)／dt。若鎖相環(huán)的Fin與Fout的頻率差為△ω(t)，相位差是△φ(t)，則△ω(t)=d△φ(t)／dt?？梢?jiàn)，若要實(shí)現Fin與Fout的頻率相等，只要兩者的相位差△φ(t)為一個(gè)恒定不變的常數即可。

5 測試結果與分析
試驗中，應使用專(zhuān)業(yè)的接地線(xiàn)將需要接地的各部件連接到地，不要隨便延長(cháng)接地線(xiàn)的長(cháng)度，特別注意的是調頻控制箱和勵磁變壓器的接地端到專(zhuān)用地線(xiàn)組的距離應盡可能短。高壓設備應盡量靠近被試品，并與周?chē)渌矬w保持一定的空間距離。小容量試品試驗時(shí)，應盡可能使高壓引線(xiàn)固定，減小分布電容，有利于試驗電壓的穩定。

測試中，直接用電容代替電力電纜，為保證Q值和頻率范圍，取C=1μF，L=0．7 H，理論計算諧振頻率f=190 Hz。啟動(dòng)自動(dòng)頻率跟蹤控制后，驅動(dòng)脈沖如圖6a所示?？芍?，兩路脈沖有明顯的死區時(shí)間，有效地避免了在逆變電路中，同橋臂的上下兩只開(kāi)關(guān)管同時(shí)導通而出現短路大電流，燒毀開(kāi)關(guān)管的情況發(fā)生。變換器輸出電壓uo波形(探頭衰減10倍)和被試電容兩端的電壓uC波形如圖6所示，頻率在190．3 Hz時(shí)，測試的電容兩端電壓達到12 kV(高壓探棒是1：1 000的比例)，基本達到試驗要求。

6 結論
對于交聯(lián)聚乙烯電纜而言，采用交流耐壓試驗，根據電纜實(shí)際電容的大小，選用變頻串聯(lián)諧振的試驗方法，能很好地模擬電纜的實(shí)際運行情況。當被試電纜擊穿時(shí)，失去諧振條件，高壓電壓和低壓電流自動(dòng)減小，因此不會(huì )擴大被試品的故障點(diǎn)。通過(guò)現場(chǎng)可編程門(mén)陣列實(shí)現自動(dòng)頻率跟蹤的智能化控制更加能夠提高系統的控制精度，整套耐壓測試設備的體積小，重量輕，便于現場(chǎng)試驗。