【正文】 用，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。 南京信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 18 （ 4）外設(shè)電源開關(guān)狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)從引用 IGBT 模塊內(nèi)部的 NTC 測(cè)溫探頭，直接測(cè)量 IGBT 的結(jié)溫，使保護(hù)更有效。 分壓電阻二次電流采樣電阻二次電壓采樣電阻高壓變壓器電除塵負(fù)高壓端子出口采樣板 圖 37 二次電壓、電流采樣 二次電流采樣電阻要求： ? 采樣范圍：二次電流為頻率為 20kHz、峰值范圍 0~4A、有效值 0~ 的直流脈沖信號(hào)。 下圖就是相電流的波形。電壓等級(jí)分為 4 種：輸入工業(yè)三相交流電電壓 380V、整流橋整流后的直流電壓 580V、逆變電路逆變后的電壓和經(jīng)過(guò)變壓器后的電壓。所以針對(duì)這兩種信號(hào)的不同特點(diǎn)，可以將這兩種信號(hào)隔離集中在兩種模塊：數(shù)字信號(hào)調(diào)理模塊和模擬信號(hào)采集模塊?？刂齐娐分械男盘?hào)種類繁多、復(fù)雜，包括模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、高頻信號(hào)、低頻信號(hào)、采集信號(hào)、通訊信號(hào)等，通過(guò)合理有效的應(yīng)用分配，從而能驅(qū)動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外普遍的靜電除塵器高頻電源有兩種類型，一種為硬開關(guān)型高頻電源，第二種為諧振型高頻電源。在完成各部分的電路設(shè)計(jì) 后 ，最后給出實(shí)際電路的測(cè)試波形，以驗(yàn)證電路的正確性。 FPGA 采集 模 式： FPGA 是門級(jí)可編程器件，其最大的特點(diǎn)是工作模式為并行 模式。 （ 4） 易維護(hù)性。本章就對(duì)應(yīng)用 DA算法在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字濾波功能的技術(shù)做了分析探討，此方式不僅提高處理速度，同時(shí)對(duì) DSP 的效率的提高也有一定的幫助。首先對(duì)高頻電源做了簡(jiǎn)單 的 介紹后，著重對(duì)電除塵器高頻電源的工作原理做了細(xì)致的分析，并確定電除塵器高頻電源采集的數(shù)據(jù)參數(shù)。 與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的采集系統(tǒng)也全部沿襲了國(guó)外的采集技 術(shù)，采用以 DSP 為主導(dǎo)第一章 緒論 3 的采集系統(tǒng)。 從上個(gè)世紀(jì)九十年代開始，隨著國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，電除塵器高頻電源由于所顯現(xiàn)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)和眾多優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到各企業(yè)工廠的青睞。 伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展， FPGA 由于其不可替代的優(yōu)勢(shì)，也越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用到各領(lǐng) 域。 其次，針對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象，給出每一路數(shù)據(jù) 的硬件調(diào)理電路設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析了電路的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)功能，并給出設(shè)計(jì)之初的仿真波形和最后的硬件實(shí)物的實(shí)驗(yàn)波形。工頻電除塵器電源是線性電源，線性電源的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，可靠性高，輸出電壓精度高，輸出紋波電壓小。其中國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院（南京國(guó)電環(huán)?？萍加邢薰荆?、福建龍凈環(huán)保公司是電除塵器高頻電源的先驅(qū)者。 第二章是對(duì)本文設(shè)計(jì)的總體概述， 根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)要求，給出本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則。 第六章是基于分布式算法的 FIR 濾波器在 FPGA 中的研究和應(yīng)用。電除塵器高頻電源是一個(gè)商品，因此其利潤(rùn)才是最為重要的關(guān)鍵。 FPGA采集 模 式 ： FPGA的數(shù)據(jù)采集是 FPGA搭配一個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)采集，因此整個(gè)數(shù)據(jù)的采集和 A/D 轉(zhuǎn)換都是 由 硬件完成，可以最大限度的提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 采樣和處理能力。因?yàn)閺母蓴_嚴(yán)重或室外環(huán)境下采集的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都不可避免的受到了或多或少的干擾，導(dǎo)致信號(hào)的不準(zhǔn)確，摻雜 其中 的尖峰信號(hào)會(huì)對(duì)后級(jí)元器件造成損壞，從而造成設(shè)備的故障，且維護(hù)困難。其中負(fù)極，又稱為電暈極或放電極，是一個(gè) 曲率 半徑很大的線狀電極；正極，又稱為集塵極，是一塊板狀電極。 主電路即屬于強(qiáng)電的電力轉(zhuǎn)換部分，由 EMI 濾波器、三相整流橋、輸入濾波、全橋逆變和高頻整流等模塊組成；本電源設(shè)備輸入為三相 380V/50Hz 交流電源，經(jīng)第三章 電除塵器高頻電源介紹 11 三相整流器和濾波后得到約 530V 左右的直流電壓，再經(jīng) IGBT 模塊高頻逆變，變壓整流后為電除塵器提供上限為 72kV 電壓的直流電源。 高壓采樣電路 在所有的數(shù)據(jù)采集電路中， 高電 壓、大電流永遠(yuǎn)是危險(xiǎn)的存在，不僅 因?yàn)槠涓邏骸⒋箅娏鞯男再|(zhì)容易造成器件損壞，更因?yàn)樵诟邏?、大電流中總是容易存在各種干擾信號(hào)，對(duì)其他弱電信號(hào)產(chǎn)生很大的影響。而模擬信號(hào)一直以來(lái)都是科研難題，特別是高壓、高頻等性質(zhì)的模擬信號(hào)，對(duì)其調(diào)理的方式 要求也很嚴(yán)格 。因此本系統(tǒng)采用交流電流互感器。 （ 5）負(fù)載電壓（二次電壓 ） 二次電壓，即電除塵器高頻電源的輸出電壓。變壓器內(nèi)整流橋、鐵芯及線損均為發(fā)熱源。風(fēng)機(jī)是對(duì)變壓器郵箱的散熱通道進(jìn)行吹風(fēng)、散熱的設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)也是 24V 的數(shù)字信號(hào)，因此其狀態(tài)信號(hào)也是 24V 數(shù)字量。 輸 入信 號(hào)穿 心電 容 /抑 制器濾 波電 路放 大電 路隔 離電 路A D 模塊F P G A 圖 41 采樣信號(hào)的調(diào)理流程 一般的 穿 心 電容是一種三端電容， 可以 直接安裝在金屬面板上 ，而此處所用的穿心電容是貼片式的四端電容，其中上下兩端直接接地，信號(hào)從中間穿過(guò)去，有效的抑制了高頻噪聲信號(hào) 。所以慎重的選擇一款性能高的 ADC 對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至關(guān)重要。 AD7356 具有內(nèi)置的 基準(zhǔn)源，也可使用外部基準(zhǔn)源，本設(shè)計(jì)使用的是 AD7356 內(nèi)部自帶的基準(zhǔn)源。本設(shè)計(jì)中配置 EP1C20F400I7 的 FLASH 芯片 為 EPCS4SI8N。 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電除塵器高頻電源的控制電路部 分是以 DSP 處理器與 FPGA數(shù)據(jù)采集核心板為平臺(tái)。 電除塵器高頻電源的數(shù)字信號(hào)主要是有兩種，一種是各個(gè)開關(guān)器件的狀態(tài)信號(hào)，4 路，其頻率不高，一般最快也是幾秒一次。 ? 采樣范圍：二次電壓的最大輸出為 720xxV，頻率最大為 20KHz。 圖 36 一次電流仿真波形圖 （ 4）高壓變壓器二次電流 二 次電 流是變壓器輸電壓加在負(fù)載上產(chǎn)生的電流 。 圖 34 母線電壓 仿真 波形 采集到的母線電壓信號(hào)輸入到 DSP 芯片中，在 DSP 芯片中，有特殊的控制程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行 “ 識(shí)別 ” ，然后根據(jù)比例進(jìn)行放大后，輸出到 IFIX 上位機(jī)中 監(jiān)控進(jìn)行 ，以下信號(hào)也都相同的識(shí)別過(guò)程。 DSP 板產(chǎn)生 IGBT 的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)入 FPGA 后經(jīng)高速光電隔離后，由驅(qū)動(dòng)芯片提供較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的發(fā)生信號(hào)。所以 控制模塊 中不僅有核心芯片 DSP 和 PWM 信號(hào)發(fā)生的 FPGA 芯片，還包括簡(jiǎn)單的隔離調(diào)理和保護(hù)電路，和與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊傳輸?shù)?RS232 和 RS485 通訊接口。高頻電源控制方式靈活多樣，可根據(jù)電除塵器運(yùn)行工況選擇最合適的電壓波形，減少電除塵能耗，提高除塵效率。而 DSP 對(duì) FPGA 的參數(shù)設(shè)置、控制信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)量很少，通過(guò) SPI 即可實(shí)現(xiàn)。 FPGA 采集模式： FPGA 的 I/O 數(shù)量較多，每一個(gè) I/O 口的功能都大致相同，因此其可移植性更強(qiáng)。當(dāng)電路有少量改動(dòng)時(shí)，更能顯示出 FPGA的優(yōu)勢(shì)，其現(xiàn)場(chǎng)編程能力可以延長(zhǎng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壽命， 而這種能力可以用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)或除錯(cuò)。 （ 2） 可擴(kuò)展性。 因此 ，需對(duì)硬件選型十分慎重。針對(duì)采集信號(hào)的特殊性，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)調(diào)理采集電路，并在最后給出硬件電路設(shè)計(jì)的仿真波形與實(shí)際實(shí)驗(yàn)波形的對(duì)比說(shuō)明，驗(yàn)證硬件電路設(shè)計(jì)的正確性 。 20 世紀(jì) 90 年代末 ， 美國(guó)的 NWL 公司 、 丹麥 SMIDTH 公司和瑞典的 ALSTOM 公司等的高頻開關(guān)電源進(jìn)入市場(chǎng)并應(yīng)用于電力、化工等行業(yè)。而不僅是火電廠，煤炭加工、采礦、電力、冶金、煉油、化工、造紙等工業(yè)都是粉塵污染的排放源。 i 畢業(yè)論文 電除塵器高頻電源采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) Design of High Frequency Power Supply Acquisition System for Electrostatic Precipitator ii 目 錄 摘要 ..................................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................................ II 第一章 緒論 ........................................................................................................ 1 選題背景及研究意義 .................................................................................... 1 相關(guān)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................. 2 本文的研究?jī)?nèi)容 ........................................................................................... 3 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) .......................................................................................... 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 .............................................................................................. 5 系統(tǒng)采集方式的研究 .................................................................................... 5 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) .............................................................................................. 7 本章小結(jié) ..................................................................................................... 8 第三章 電除塵器高頻電源 介紹 ............................................................................ 9 電除塵器高頻電源工作原理 ......................................................................... 9 控制電路功能的分配設(shè)計(jì) ............................................................................11 DSP+FPGA 控制平臺(tái) ............................................................................11 驅(qū)動(dòng)保護(hù)單元 ......................................................................................11 高壓采樣電路 ...................................................................................... 12 數(shù)字信號(hào)調(diào)理電路 .............................................................................. 12 模擬信號(hào)采集電路 .............................................................................. 12 數(shù)據(jù)采集分析 ............................................................................................ 13 采樣數(shù)據(jù)研究 ..................................................................................... 13 本章小結(jié) ................................................................................................... 18 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................ 19 采集控制單元 ............................................................................................ 19 FPGA