動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器采用電壓瞬時(shí)值比較增量檢出法檢測(cè)電壓波動(dòng)和諧波分量時(shí),，同步基準(zhǔn)正弦電路是實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)值波形比較的必要條件。實(shí)現(xiàn)比較量和被比較量頻率相同,、相位一致的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓電路對(duì)于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器獲得良好的補(bǔ)償效果具有重要作用,。
1 同步基準(zhǔn)正弦電路原理框圖
同步基準(zhǔn)正弦電源在動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器中的應(yīng)用有如下特點(diǎn)：1)作為基準(zhǔn)正弦電壓信號(hào)使用，所需功率很小,，只有幾瓦,；2)負(fù)載固定，不存在因負(fù)載變化對(duì)基準(zhǔn)正弦電壓產(chǎn)生的影響,。
另外,，由于市電電壓經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償后有較高的穩(wěn)壓精度，50 Hz波形信號(hào)的幅值變化在國(guó)標(biāo)“電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變GB／T 12326-2008”閉的±1％以內(nèi),，不會(huì)對(duì)電源的輸出電壓產(chǎn)生影響,。只要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)交流正弦基準(zhǔn)電源設(shè)計(jì)較強(qiáng)的電壓反饋環(huán)，以對(duì)50 Hz波形信號(hào)的幅值變化具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力,，就可以直接用市電電壓作為50 Hz波形信號(hào),。從而消除了采用壓控振蕩器與市電電壓進(jìn)行同步鎖相而引發(fā)的鎖相過(guò)渡過(guò)程對(duì)瞬時(shí)值波形比較法產(chǎn)生的不穩(wěn)定影響，實(shí)現(xiàn)的原理框圖如圖1所示,。
2 同步基準(zhǔn)正弦電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2．1 模擬,、數(shù)字部分電路設(shè)計(jì)
交流50 Hz波形采用降壓變壓器直接從經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)呢?fù)載電壓上獲取，為避免諧波含量的影響,，采用無(wú)限增益多路反饋電路,，在輸出側(cè)串入低通有源濾波器。
穩(wěn)幅驅(qū)動(dòng)電路由波形反饋環(huán)和電壓反饋環(huán)構(gòu)成,，其中,，波形反饋是為了克服整機(jī)非線性失真，從輸出變壓器二次繞組采用波形反饋,，使總輸出電壓波形的諧波失真較低,。而電壓反饋是基準(zhǔn)電路的輸出信號(hào)經(jīng)移相電路后得到兩路正交的交流電壓，經(jīng)全波精密整流后,，合成為紋波較小的反饋電壓,。當(dāng)給定的基準(zhǔn)電壓與該反饋電壓比較時(shí)，其偏差經(jīng)積分放大電路放大后,，控制可變?cè)鲆娣糯笃鞯碾妷涸鲆?，從而保持輸出電壓穩(wěn)定。
2．1．1 輸入信號(hào)的模擬實(shí)現(xiàn)
輸入變壓器變比取為220：8，同步基準(zhǔn)正弦電路的輸入信號(hào)幅值為11 V,。假設(shè)所含諧波均為三次諧波,，則三次諧波含量為4％時(shí)的最大幅值為440 mV，模擬輸入信號(hào)電路采用加法器實(shí)現(xiàn),，如圖2所示,。
2．1．2 低通濾波器設(shè)計(jì)
二階低通濾波器采用無(wú)限增益多路反饋電路形式的快速設(shè)計(jì)方法，確定電路參數(shù)和形式如圖3所示,。
如圖3所示輸入輸出關(guān)系式為：
代入數(shù)值計(jì)算后得Uo≈0．91∠120°Ui
可見(jiàn),，輸入信號(hào)通過(guò)低通濾波器后有相移，應(yīng)加移相電路進(jìn)行修正,。
2．1．3 移相電路
為了修正低通濾波器的相位偏移,，加入移相電路如圖4所示。
如圖4所示輸入輸出關(guān)系為：
2．1．4 電壓反饋電路
電壓反饋信號(hào)調(diào)理電路由移相電路,，全波精密整流和積分放大電路3部分組成,，如圖5所示。移相電路用以將輸出側(cè)的交流電壓形成兩路正交的交流電壓,，計(jì)算方法同式(1),。全波精密整流設(shè)計(jì)成輸出輸入之間的比例關(guān)系為1。積分放大電路為可變?cè)鲆娣糯笃魈峁┓答佇盘?hào),，對(duì)電路的精度具有重要影響。
功率放大器采用LM380集成功率放大器件,，輸出電壓為2.368V的正弦電壓信號(hào),，經(jīng)過(guò)移相和全波精密整流后作為積分放大器的輸入信號(hào)，其值為2．368|sinωt|和2．368|cosωt|,，合成為uf=2．368(|sinωt|+|cosωt|),，因?yàn)?≤(|sinωt+|cosωt|)≤
，故積分放大電路輸出信號(hào)uf在2．368和3．348之間變化,，取其平均值為2．858 V,。
ADC0831正常工作的輸入電壓應(yīng)在5 V以內(nèi)，因此取uf與基準(zhǔn)電壓源信號(hào)ug=-4 V比較,，偏差為△u=uf+ug=-1．142 V,，該偏差經(jīng)積分放大輸出，大小為Uf=-1．142x(-2．5)=2．855 V,。該信號(hào)作為ADC0831的輸入信號(hào),。
2．2 可變?cè)鲆娣糯笃髟O(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的反饋電壓信號(hào)由機(jī)械電位器分壓獲得，不能夠滿足電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和諧波變化的要求,。采用數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值的數(shù)字電位器帶總線接口,，可通過(guò)單片機(jī)或邏輯電路進(jìn)行編程。實(shí)現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”的全新設(shè)計(jì)理念。AD5241是帶有I2C總線接口的256位10 kΩ,，100kΩ,，1MΩ數(shù)字電位器，利用8位串行A／D轉(zhuǎn)換器片ADC0831設(shè)計(jì)單路電壓信號(hào)檢測(cè)電路,，并將電壓檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量,，通過(guò)數(shù)字量控制電阻阻值的變化，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器同步基準(zhǔn)正弦電路中反饋電路的電阻變化實(shí)時(shí)反應(yīng)電壓變化的要求,。實(shí)現(xiàn)電路如圖6所示,。
AD5241采用1O kΩ阻值通道，則由
得 
可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆謮弘娮枞≈禐?0-(10-5．71)=15．71 kΩ,。
3 仿真結(jié)果
Proteus軟件具有模擬電路,、數(shù)字電路和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真功能，是目前能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行較好仿真的軟件,，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的設(shè)計(jì),。本電路采用基于Proteus的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，克服了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中沒(méi)有物理原型就無(wú)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,、沒(méi)有系統(tǒng)硬件就很難對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試的缺點(diǎn),。
根據(jù)國(guó)標(biāo)公用電網(wǎng)諧波，GB／T 14549-1993,，假設(shè)基準(zhǔn)正弦波均方根值為220 V,，頻率50 Hz。符合國(guó)標(biāo)要求的奇次諧波(假設(shè)均為三次諧波)的含量為4％,，依據(jù)式(1),，可得幅值大小為11 V。
該電路的輸入波形,、輸出波形和反饋波形如圖7所示,。由圖中可見(jiàn)，輸入波形諧波含量通過(guò)圖8的傅里葉分析儀可以看出為4％,，經(jīng)過(guò)同步基準(zhǔn)正弦電路的電壓反饋環(huán)和波形反饋環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償后,，輸出波形質(zhì)量得到明顯改善，輸出電壓幅值為2．09 V,，其三次諧波幅值為0．018 8 mV,，含量為O．9％。
積分放大輸出的送往ADC0831的電壓反饋信號(hào),，由圖可見(jiàn)是紋波很小的直流信號(hào),，衰減時(shí)間常數(shù)為：
經(jīng)過(guò)3τ～5τ即0．25 s后應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，理論分析與圖中的穩(wěn)定時(shí)間一致,。
輸入電壓為11 V時(shí),，對(duì)應(yīng)輸出為2 V,，當(dāng)輸入電壓幅值有2％的波動(dòng)時(shí)，輸出電壓為2．03 V,，如圖9所示,，波動(dòng)量由2％減小到了1．5％?？梢?jiàn)該電路可以減小諧波與電壓波動(dòng)的影響,，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。
在使用中需要注意的是,，當(dāng)帶載時(shí),，需要考慮負(fù)載的影響，調(diào)整RV3可調(diào)電位器,，使波形相位保持一致,。
4 結(jié)束語(yǔ)
考慮到采用了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償裝置后的電能質(zhì)量特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了采用電壓瞬時(shí)值比較法時(shí)的同步基準(zhǔn)正弦電路,，該電路采用了較強(qiáng)的電壓反饋環(huán)和波形反饋環(huán),，保證了諧波失真小和輸出電壓穩(wěn)定。尤其在電壓反饋環(huán)節(jié)通過(guò)采用數(shù)字電位器AD5241器件,，滿足了電路中電阻阻值實(shí)時(shí)反應(yīng)電壓變化的要求,，有效保證了控制速度和精度。該電路在高頻交流環(huán)節(jié)AC／AC變換系統(tǒng)和不間斷電源UPS中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,。