電弧爐諧波檢測儀的設計研究

2 硬件電路設計
整個(gè)檢測儀表的硬件電路包括信號采集處理環(huán)節、單片機數據處理以及顯示和通信等3部分組成，如圖1所示。

2．1 信號采集處理環(huán)節
信號采集處理環(huán)節包括電流信號的采集、放大和濾波3個(gè)部分，如圖2所示，其所要完成的目標是把被測電流信號變換為滿(mǎn)足單片機電路要求的電壓信號。

其中，電流采集部分使用HCT210A電流互感器，將被測電壓信號轉換為對應的電壓信號。放大電路先對該信號進(jìn)行分壓，然后將3路信號通過(guò)由LM324芯片所組成的放大電路，此時(shí)的電壓信號中高頻分量容易超過(guò)A／D轉換芯片的工作頻率，造成頻譜混疊和高頻干擾，因此在此時(shí)必須加上一個(gè)濾波環(huán)節以消除高頻影響。為了可以方便地改變截至頻率，在該環(huán)節中選用開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX293來(lái)設計濾波電路，如圖3所示。

2．2 單片機數據處理
單片機數據處理環(huán)節的硬件部分包括A／D轉換和數據處理兩個(gè)部分。對于這里所使用的MSP43014X系列的單片機，雖然其內部集成了12位A／D轉換器，但是由于需要多個(gè)通道同時(shí)轉換三相電壓、電流信號，因此要另外選取單獨的A／D轉換芯片，在這里選擇MAXl25芯片，該芯片是一個(gè)具有2×4通道同時(shí)采樣、14位數據采集系統。在A(yíng)／D轉換過(guò)程中，首先采集A相電壓、電流，B相電壓、電流這4路信號；轉換結束后，單片機讀取4路采樣值然后再選擇C相電壓、電流進(jìn)行采樣。其核心部分單片機采用德州儀器公司(TI)的MSP430系列超低功耗微控制器。該芯片具有1個(gè)16位CPU、16位的寄存器以及常數發(fā)生器，能夠最大限度地提高代碼效率。為了使整個(gè)檢測裝置能夠快速實(shí)時(shí)達到檢測性能，單片機外接2塊通過(guò)譯碼器擴展的64 KB的數據存儲器和1塊32 KB的EPROM片外程序存儲器。為了使該檢測儀能夠同時(shí)檢測三相電路的諧波信號，在硬件部分A／D轉換部分要設置1個(gè)三選一的開(kāi)關(guān)，利用軟件系統控制每次采集并轉換的某一相位。外設與顯示設備的設計這里不再詳述。

3 系統軟件總體介紹
軟件設計主要采用C語(yǔ)言編程。在程序編程中，由于MSP430無(wú)法直接進(jìn)行復數運算，必須把復數分解成實(shí)部與虛部的和，然后分別進(jìn)行計算，因此需要先將正弦表在程序中計算形成，以便程序在采樣之后讀取進(jìn)行運算。另外在程序運行后，需通過(guò)外設輸入相應諧波次數。系統總體軟件結構流程圖如圖4所示。

4 結 語(yǔ)
這里所提出的諧波檢測系統，利用MSP430系列單片機組成的相關(guān)采集與運算電路。對電弧爐負載的電網(wǎng)電流諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測并顯示，有助于對電弧爐系統進(jìn)行分析與控制和開(kāi)展電力系統諧波抑制的研究。相比于DsP芯片，MsP430系列單片機更具有低功耗，低成本等優(yōu)點(diǎn)，適用于便攜設備的設計。