基于DSP的静电除尘三相电源调压系统研制

     摘要：研制了一种基于DSPDSP

　　dsp是digital signal processor的简称，即数字信号处理器。它是用来完成实时信号处理的硬件平台，能够接受模拟信号将其转换成二进制的数字信号，并能进行一定形式的编辑，还具有可编程性。由于强大的数据处理能力和快捷的运行速度，dsp在信息科学领域发挥着越来越大的作用。 [全文]

的静电除尘电源电源

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供给器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。[全文]

调压操纵系统。该操纵系统以TMS320F2812为操纵核心，能够自动跟踪电场的变化，有效调节中间环节交流电压。实验结果表明，该操纵系统能够较好地操纵静电除尘电源，大幅度提高除尘效率。

　　0 引 言

　　静电除尘器是利用高压电场将气体中的粉尘粒子分离出来的一种除尘设备，在消除大气中的有害粉尘等方面起着十分重要的作用，是冶金、电力和化工等行业回收有用资源、净化烟气、守护环境的重要设备。为了获得较高的除尘效率，要求静电除尘电源能够根据除尘器工况的变化，自动调节输出电压和电流，使静电除尘器在较高的电压和电流状态下运行。另外，静电除尘器一旦产生故障，需要静电除尘电源能够提供必要的守护，对闪络、过流等信号能快速鉴别和做出反应。实验证实，基于TMS320F2812的静电除尘电源调压操纵系统能很好实现这些功能。

　　1 静电除尘三相电源主电路

　　1.1 电源主电路

　　三相电源主电路如图1所示，三相交流380V 市电经断路器断路器

　　断路器又叫空气开关，是一种很基本的低压电器，断路器具有过载、短路和欠电压守护功能，能守护线路和电源的能力。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行守护，当它们产生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，一获得了广泛的应用。 [全文]

主触点，送到三相晶闸管晶闸管

　　晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极; 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以操纵、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。 [全文]

调压电路，通过操纵晶闸管的导通角调节输出电压后，送至三相高压硅整流变压器变压器

　　变压器（Transformer）是利用互感原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器是变换电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。它由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 [全文]

初级，在整流变压器整流变压器

整流变压器是整流设备的电源变压器。整流设备的特点是原方输入电流，而副方通过整流原件后输出直流。 变流是整流、逆流和变频三种工作方式的总称，整流是其中应用最广泛的一种。作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流设备而得到的。 [全文]

的次级侧经升压、整流后输出直流负高压，经阻尼电阻电阻

　　电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。 [全文]

供给静电除尘反应器。

　　与常规单相静电除尘电源相比，三相电源具有如下特点：

　　(1)电网平衡供电，三相对称，功率因数接近100%；(2)由于采纳三相星形输入接线方式，在同等功率输出条件下，减少了初级电流和缺相损耗；(3)极大地改善了输出电压、电流的线性度，满载输出的纹波系数小于5%，有效地提高了除尘反应器的注入电晕功率。

图1 三相电源主电路原理图

　　1.2 三相交流调压电路原理

　　交流调压电路是指采纳相位操纵方式的交流电力操纵电路。交流调压电路的拓扑结构有很多种，本文采纳的是将两个晶闸管反并联后串接在每相交流电源与负载之间。与相控整流电路一样，通过操纵晶闸管开通时所对应的相位，在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，可以方便地调节输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。

　　2 静电除尘三相电源调压操纵系统

　　2.1 操纵系统的总体结构

　　操纵系统结构框图如图2所示，该操纵系统以TMS320F2812为核心，主要包括电压同步信号检测电路、模拟量采样电路、开关开关

　　开关是最常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通过，反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。 [全文]

量隔离电路、火*检测电路、SCR触发电路、串行通讯电路等。

图2 操纵系统结构框图

　　现场采集到的模拟量(一次电压、一次电流、二次电压、二次电流等)，经模拟信号调理电路，送入DSP的ADC单元，由DSP定时采样并完成A/D转换，DSP将A/D转换后的数据与设定参数进行比较，计算出晶闸管的导通角。DSP在捕捉到相电压的过零信号后，输出双窄脉冲，触发晶闸管，使晶闸管输出移相范围在5～90°可调，完成电源主电路三相交流调压部分的调节，进而实现静电除尘三相电源的电压闭环操纵。

　　2.2 操纵系统硬件电路设计

　　2.2.1 电压同步信号检测电路

　　电压同步信号检测电路，是为了给晶闸管提供触发脉冲的基准，由于三相晶闸管调压电路的自然换相点(即α=0°)是输入相电压的零相位(即ωt=0)，因此按图3(b)方式连接同步变压器，获得对应的同步变压器原副边电压矢量关系如图3(c)所示。由图3(c)可见，三相交流调压电路中T1～T6管的同步信号分别为：Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb、Uab。

图3 三相交流调压电路的同步关系

　　三相交流调压电路的电压同步信号检测电路如图4所示。三相电网电压A、B、C经过3个同步变压器(按Δ/Y接法)隔离、衰减并送比较器，直接比较同相输入端和反相输入端的瞬时电压，当Uab(Ubc、Uca)为正半周期时，比较器输出低电平，经一个施密特反相器进行波形整形后变为高电平，保持与同步电压Uab(Ubc、Uca)同步关系。根据图3所示的矢量关系分析，它为T6(T2、T4)管的同步信号；而上述3个信号再经过一个施密特反相器输出则获得T3(T5、T1)管的同步信号。同步信号经过光耦光耦

　　光耦全称是光耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。 [全文]

隔离后直接输入DSP的捕捉口。本电路的使用非常灵活方便，不用进行相序判别，可以进行T1的同步信号捕捉，可以T1、T3、T5的同步信号捕捉，也可以捕捉六个同步信号。本文采纳的是捕捉六个同步信号，直接用硬件检测，更能反映电网波动的真实情况。

图4 三相交流调压电路的同步信号产生电路

　　2.2.2 SCR触发电路

　　三相交流调压是通过调节反并联二极管二极管

　　二极管又叫半导体二极管、晶体二极管，是最常用的基本电子元件之一。二极管只往一个方向传送电流，由p型半导体和n型半导体形成的p-n结构成，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 [全文]

的导通角来实现的，此晶闸管能否稳定可靠地触发是非常重要的。DSP在捕捉晶闸管的同步信号时，计算触发角后，输出双窄脉冲，经过高频调制后通过脉冲变压器脉冲变压器

脉冲变压器用于各种脉冲电路中，其工作电压、电流等均为非正弦脉冲波。常用的脉冲变压器有电视机的行输出变压器、行推动变压器、开关变压器、电子点火器的脉冲变压器、臭氧产生器的脉冲变压器等。[全文]

隔离放大后，产生晶闸管所需的触发脉冲，如图5所示。

图5 SCR触发电路

　　2.2.3 火花检测电路

　　要提高静电除尘三相电源的除尘效率，每个除尘反应器都要工作在最佳火花率下。可以通过检测火花放电现象来实现火花操纵。当产生火花放电时，二次电流会显着增加，利用这个特点可以直接采纳硬件比较电路的方法。通过LM339N 将二次电流的瞬时值和DSP经过D/A输出设定后的火花放电阈值进行比较，经光耦隔离后，送入DSP，如图6所示。当检测到火花闪络现象时，就执行火花中断子程序，记录当前放电时的运行电压值，并封锁晶闸管触发脉冲，经过延时后重新计算晶闸管的导通角，使得运行电压为上次放电时的运行电压，这样就保证了静电除尘三相电源始终保持在临界放电状态。

图6 火*检测电路

　　2.3 操纵系统的软件设计

　　整个操纵系统软件由主程序和五个中断服务程序构成，其流程图分别如图7和图8所示。主程序主要完成系统初始化和算法计算两部分，而中断服务程序中，EVA捕捉中断对电网频率进行锁相，并计算采样周期；AD计算中断将采样值转化成算法运算所需要的实际值；T1下溢中断实时对采样周期进行调整；火*中断对SCR触发脉冲进行封锁；数据通讯中断主要是接收操纵终端发送的数据和指令，返回操纵终端所需要的各个参数完成操纵终端对电源的实时监控。

图7 主程序流程图

图8 中断服务程序流程图

　　3 实验结果

　　静电除尘三相电源实验装置的基本参数为：三相电网电压380 V/50 Hz输入，晶闸管KP800 A，直流输出电压72 kV，直流输出电流1。2 A。电网电压波形和调压后的电压波形采纳的是500：1的差分探头，如图9所示。

(a) 电压同步信号检测实验波形

(b) 高频调制后的SCR触发脉冲波形

(c) 导通角=90°交流调压后输出电压波形

(d) 导通角=120°交流调压后输出电压波形

　　(e) 导通角=150°交流调压后输出电压波形

　(f) 二次电流取样波形(导通角=150°)

图9 试验波形

　　由波形图可以看出，本操纵系统对相电压过零点的检测非常正确；SCR的触发脉冲也能满足SCR快速、正确触发的要求；交流调压的效果很好，和仿真结果几乎一样；二次电流波形也很稳定。

　　4 结 论

　　本文介绍了基于DSP的静电除尘三相电源调压操纵系统的设计，重点介绍了电压同步信号检测电路、SCR触发电路、火*检测电路。制作出的样机效果也非常好，响应快、精度高、抗干扰能力强、可检测性好，能够自动跟踪电场的变化，有效调节中间环节交流电压，使静电除尘器在较高的电压和电流状态下运行，极大提高了除尘效率，具有广阔的市场应用前景。

  来源:试图

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