一種基于MSP430F2002的數字式單相正弦波變頻電源

摘要：本設計實(shí)現了一種基于MSP430F2002的數字式單相正弦波變頻電源，文中對其軟硬件設計、器件參數計算以及設計、測試過(guò)程進(jìn)行了詳細的描述。該變頻電源的供電電源為36V蓄電池，由MSP430F2002完成了SPWM信號產(chǎn)生、電壓幅度和頻率調制的功能，經(jīng)單相逆變電路和LC濾波電路得到電壓幅度在0V到30V、頻率在1Hz到70Hz之間可調、最大負載電流為1A的正弦交流輸出信號，可滿(mǎn)足過(guò)套管電阻率測井儀器的現場(chǎng)需求，測試結果表明使用MSP430F單片機是實(shí)現低功耗、低成本、高可靠性?xún)x器設計的最佳選擇。
關(guān)鍵詞：變頻電源；MSP450F2002；正弦脈寬調制

1 過(guò)套管電阻率測井原理
地層電阻率是評價(jià)儲層含烴量必不可少的要素。地層電阻率主要取決于所含的液體。含導電鹽水的地層電阻率要比充滿(mǎn)烴類(lèi)的低得多，因而電阻率的測量對于定位烴類(lèi)礦層具有不可替代的工程價(jià)值。傳統的電阻率測量是在裸眼井中進(jìn)行，如果油井下過(guò)金屬套管后，由于金屬套管的電阻率與地層電阻率相比是極微小的(地層的電阻率在1Ω?m～1000Ω?m，而金屬套管的電阻率的典型值為2×10-7Ω?m)。因此，傳統的電阻率測井儀器無(wú)法實(shí)現對地層電阻率的測量，有必要發(fā)展過(guò)套管地層電阻率測井儀器。該儀器通過(guò)測量套管上的微小的電壓降，達到測量地層電阻率的目的。過(guò)套管電阻率測井原理就是在套管內通過(guò)測量套管上的電壓降從而達到測量地層電阻率目的。測量原理如圖l所示。如果有電流被注入套管，大部分電流會(huì )沿套管向上或向下流動(dòng)，只有一小部分的電流泄露到周?chē)貙?。如果我們能估計在△z長(cháng)度范圍內泄露電流的大小△I，這樣可以計算出地層的電阻率，公式如下：

為了求出地層電阻率，要求提供一種電壓幅度在0～30V、頻率在l～70Hz之間可調、最大負載電流為1A的單相交流變頻激勵電源。本設計的目的就是利用MSP430F單片機實(shí)現一種便于蓄電池供電、現場(chǎng)攜帶的低功耗、低成本、低畸變、高可靠性的單相交流變頻激勵電源，以滿(mǎn)足現場(chǎng)之急需，對于過(guò)套管電阻率測井方法在現場(chǎng)的推廣應用有著(zhù)重要意義。

2 該設計的原理框圖和性能指標
綜上所述，該設計的原理框圖如圖2所示。

按圖2所示的原理框圖在PSIM仿真環(huán)境下構造的電路圖及其仿真結果如圖3和圖4所示，由仿真結果可見(jiàn)該原理框圖具有可行性，對于設計有指導意義。

本設計的性能指標：
系統輸入：
額定電壓：36VDC(蓄電池)
系統輸出：
(1)輸出電壓：0～30V
(2)輸出電流：IRMS≥1A
(3)輸出頻率：1～70Hz
(4)頻率精確度：士1％
(5)諧波失真度：≤3％
(6)效率：≥85%
工作環(huán)境：溫度0℃～65℃，濕度≤90％(25℃)