【正文】 用，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。 南京信息工程大學碩士學位論文 18 （ 4）外設電源開關(guān)狀態(tài)。本次設計從引用 IGBT 模塊內(nèi)部的 NTC 測溫探頭，直接測量 IGBT 的結(jié)溫，使保護更有效。 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。 下圖就是相電流的波形。電壓等級分為 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)過變壓器后的電壓。所以針對這兩種信號的不同特點，可以將這兩種信號隔離集中在兩種模塊：數(shù)字信號調(diào)理模塊和模擬信號采集模塊?？刂齐娐分械男盘柗N類繁多、復雜，包括模擬信號、數(shù)字信號、高頻信號、低頻信號、采集信號、通訊信號等，通過合理有效的應用分配，從而能驅(qū)動設備的正常運行。當前，國內(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計 后 ，最后給出實際電路的測試波形，以驗證電路的正確性。 FPGA 采集 模 式： FPGA 是門級可編程器件，其最大的特點是工作模式為并行 模式。 （ 4） 易維護性。本章就對應用 DA算法在 FPGA 中實現(xiàn)復雜的數(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，同時對 DSP 的效率的提高也有一定的幫助。首先對高頻電源做了簡單 的 介紹后，著重對電除塵器高頻電源的工作原理做了細致的分析，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，國內(nèi)的采集系統(tǒng)也全部沿襲了國外的采集技 術(shù)，采用以 DSP 為主導第一章 緒論 3 的采集系統(tǒng)。 從上個世紀九十年代開始，隨著國外先進技術(shù)的引進，電除塵器高頻電源由于所顯現(xiàn)的絕對優(yōu)勢和眾多優(yōu)點越來越受到各企業(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，也越來越廣泛的被應用到各領 域。 其次，針對設計對象，給出每一路數(shù)據(jù) 的硬件調(diào)理電路設計，詳細分析了電路的設計原理和實現(xiàn)功能，并給出設計之初的仿真波形和最后的硬件實物的實驗波形。工頻電除塵器電源是線性電源，線性電源的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，可靠性高，輸出電壓精度高，輸出紋波電壓小。其中國電環(huán)境保護研究院（南京國電環(huán)?？萍加邢薰荆⒏＝垉舡h(huán)保公司是電除塵器高頻電源的先驅(qū)者。 第二章是對本文設計的總體概述， 根據(jù)工業(yè)設計要求，給出本設計的設計原則。 第六章是基于分布式算法的 FIR 濾波器在 FPGA 中的研究和應用。電除塵器高頻電源是一個商品，因此其利潤才是最為重要的關(guān)鍵。 FPGA采集 模 式 ： FPGA的數(shù)據(jù)采集是 FPGA搭配一個高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)采集，因此整個數(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。因為從干擾嚴重或室外環(huán)境下采集的模擬信號和數(shù)字信號都不可避免的受到了或多或少的干擾，導致信號的不準確，摻雜 其中 的尖峰信號會對后級元器件造成損壞，從而造成設備的故障，且維護困難。其中負極，又稱為電暈極或放電極，是一個 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、大電流永遠是危險的存在，不僅 因為其高壓、大電流的性質(zhì)容易造成器件損壞，更因為在高壓、大電流中總是容易存在各種干擾信號，對其他弱電信號產(chǎn)生很大的影響。而模擬信號一直以來都是科研難題，特別是高壓、高頻等性質(zhì)的模擬信號，對其調(diào)理的方式 要求也很嚴格 。因此本系統(tǒng)采用交流電流互感器。 （ 5）負載電壓（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。風機是對變壓器郵箱的散熱通道進行吹風、散熱的設備，其驅(qū)動信號也是 24V 的數(shù)字信號，因此其狀態(tài)信號也是 24V 數(shù)字量。 輸 入信 號穿 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，信號從中間穿過去，有效的抑制了高頻噪聲信號 。所以慎重的選擇一款性能高的 ADC 對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至關(guān)重要。 AD7356 具有內(nèi)置的 基準源，也可使用外部基準源，本設計使用的是 AD7356 內(nèi)部自帶的基準源。本設計中配置 EP1C20F400I7 的 FLASH 芯片 為 EPCS4SI8N。 第四章 系統(tǒng)硬件設計 19 第四章 系統(tǒng)硬件設計 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。 電除塵器高頻電源的數(shù)字信號主要是有兩種，一種是各個開關(guān)器件的狀態(tài)信號，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輸入到 DSP 芯片中，在 DSP 芯片中，有特殊的控制程序?qū)π盘栠M行 “ 識別 ” ，然后根據(jù)比例進行放大后，輸出到 IFIX 上位機中 監(jiān)控進行 ，以下信號也都相同的識別過程。 DSP 板產(chǎn)生 IGBT 的兩路驅(qū)動信號，進入 FPGA 后經(jīng)高速光電隔離后，由驅(qū)動芯片提供較強驅(qū)動能力的發(fā)生信號。所以 控制模塊 中不僅有核心芯片 DSP 和 PWM 信號發(fā)生的 FPGA 芯片，還包括簡單的隔離調(diào)理和保護電路，和與上位機實現(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 FPGA 的參數(shù)設置、控制信號傳輸數(shù)據(jù)量很少，通過 SPI 即可實現(xiàn)。 FPGA 采集模式： FPGA 的 I/O 數(shù)量較多，每一個 I/O 口的功能都大致相同，因此其可移植性更強。當電路有少量改動時，更能顯示出 FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品在市場上的壽命， 而這種能力可以用來進行系統(tǒng)升級或除錯。 （ 2） 可擴展性。 因此 ，需對硬件選型十分慎重。針對采集信號的特殊性，有針對性的設計調(diào)理采集電路，并在最后給出硬件電路設計的仿真波形與實際實驗波形的對比說明，驗證硬件電路設計的正確性 。 20 世紀 90 年代末 ， 美國的 NWL 公司 、 丹麥 SMIDTH 公司和瑞典的 ALSTOM 公司等的高頻開關(guān)電源進入市場并應用于電力、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)的設計 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)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................. 2 本文的研究內(nèi)容 ........................................................................................... 3 第二章 系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu) .......................................................................................... 5 系統(tǒng)設計原則 .............................................................................................. 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計 ............................................................................11 DSP+FPGA 控制平臺 ............................................................................11 驅(qū)動保護單元 ......................................................................................11 高壓采樣電路 ...................................................................................... 12 數(shù)字信號調(diào)理電路 .............................................................................. 12 模擬信號采集電路 .............................................................................. 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)硬件設計 ........................................................................................ 19 采集控制單元 ............................................................................................ 19 FPGA