移相器简介

两个同频信号，特别是工频信号之间的移相，在电力行业的继电保护领域中是一个模拟、分析事故的重要手段。传统的移相方式都是通过三相供电用特殊变压器抽头，以跨相的方法进行移相，可统称为电工式移相。还有一种方法就是在信号衰减后，经模拟电路或数字电路实现移相，再由功放进行放大输出，一般称为电子式移相。工频信号经倍频电路(一般为3600或36000倍频)产生倍频信号送至微CPU，由其经过D/A转换器进行波形重新合成，同时微CPU改变合成波形的起始点时间，再经功放放大输出实现移相，一般称为程控式移相。

现在常用的数字移相器由以下几个功能模块组成：变频单元（变压变频器），变流单元（升流器），移相单元（数字相位表）,数字电压电流表及辅助电路。

变压变频器简介

输入为市电，整流成直流后经降压斩波后输出，再经过逆变电路变为SPWM波，其基频为变频电源的输出频率。SPWM波经过变压器隔离后，再用LC滤波，即可输出正弦波。这一能量转换过程通常表示为AC-DC-AC。

变频电源主要有以下功能:

　● 变频，能将市电转换为用户所需要的频率，一般为40～1000Hz；

　● 变相，能将三相交流电变为单相交流电，或者把单相交流电变为三相交流电；

　● 变压，能将市电电压转换为可调的电压；

系统方案论证与工作原理

　1 系统设计要求

　本设计要求性能指标为：三相电压输出0～380V；电流输出0～10A；直流输出电压0～50V；频率范围0～100Hz；按键设定，操作简便，液晶显示。

　2 方案分析与整体框图

　根据实际要求，我们考虑可以采用以下方案：

①控制部分——使用DSP TMS320F2812内部外设EVA产生三相电压型逆变桥的SPWM，以控制逆变桥臂的IGBT导通关断；使用DSP内部EVA的定时器2来实现PWM驱动Buck电路；经过内部12位AD采样后反馈到PWM控制输出，以达到稳定直流电压的目的。经测试，直流电压输出比较稳定，负载调整率可以达到规定的要求，由于采用内部外设EVA来控制实现，调节方便，速度快，电压、频率可以达到要求的精度。

②主回路——直流输出采用降压斩波电路，直流转换的效率较高，输出采用二级LC滤波；逆变部分采用三相桥式逆变，选用大功率型IGBT。

③保护部分——采用硬件保护和软件保护的方式。硬件保护由模拟电路来实现；软件保护由软件A/D采样部分实现。

④设定与显示部分——由于DSP资源丰富，采用独立按键控制，LCD12864显示，具有良好的人机界面。

整个数字移相器系统如图1所示。

        
                  图1 系统结构框图

MCU通过总线将控制数据（移相角，输出频率和幅值等）送入DSP，使用线性光耦隔离，在DSP中，使用内部事件管理器EVA/EVB产生12路SPWM触发脉冲，分别控制电压型、电流型逆变桥IGBT的开关状态，DSP内部集成功率模块保护中断机制。

系统主回路的设计

　1 Buck主电路设计

　① 整流部分

整流单元如图2，根据系统要求，交流输入220V，输出最大10A，整流后空载输出为约310V（最大），带负载（约5A）后，直流电压大约下降8～9V。

                 图2 整流滤波电路图

E1为整流后进行滤波，如果电容值过大，寄生电感电阻过大，会造成不必要的能量损耗，而且在上电瞬间，会造成整流桥瞬间冲击电流过大。

本次设计采用为耐压450V的电解电容C=1200μF。整流桥采用KBPC5010型二极管，耐压为1000V，正向平均整流电流IF(AV)=50.0A（t=55℃）,且体积较小、发热低、较实用，所选器件符合本设计的要求。