变器中点电位平衡电路的设计与仿真[1]
电力变压器仿真模型设计方案
电力变压器仿真模型的设计目录绪论................................... - 6 -一．本课题意义....................................... - 6 -二．本文主要工作..................................... - 7 -三．使用工具介绍..................................... - 7 -第一章变压器的基本原理................. - 8 -§1.1 变压器的工作原理................................. - 8 -§1.2 单相变压器的等效电路........................... - 10 -§1.3 三相变压器的等效电路及连接组问题............... - 11 -第二章变压器仿真的方法简介............ - 13 -§2.1 基于基本励磁曲线的静态模型..................... - 13 -§2.2 基于暂态磁化特性曲线的动态模型................. - 14 -§2.3非线性时域等效电路模型......................... - 15 -§2.4 基于ANN 的变斜率BP 算法 .................... - 16 -第三章单相变压器的仿真................ - 17 -§3. 1 单相变压器仿真的数学模型...................... - 18 -§3.1.1 单相变压器的等效电路分析........................ - 18 -§3.1.2 龙格－库塔法则的介绍............................ - 19 -§3.2 单相变压器仿真的程序流程及功能介绍.............. - 20 -§3.3 单相变压器仿真的实例计算及结果分析.............. - 21 -§3.3.1单相变压器仿真的波形分析........................ - 21 -§3.3.2单相变压器的励磁涌流的分析...................... - 23 -§3.3.3单相变压器励磁涌流的特征........................ - 26 -第四章三相变压器的仿真................ - 26 -§4. 1 三相变压器仿真的数学模型...................... - 27 -§4.1.1仿真的数学依据................................. - 27 -§4・1・1・1三相变压器Yd11连接组模式............. -27 -§4・1・1・2三相变压器Ynd11连接组模式 .......... -29 -§4・1・1・3三相变压器YnyO连接组模式............. -29 -§4・1・1・4三相变压器Yy0连接组模式.............. -30 -§4.1.2 电源电压的描述................................. - 31 -§4.1.3铁心动态磁化过程简述........................... - 31 -§4.1.3.1 极限磁滞回环的数学描述...................... - 31 -§4.1.3.2暂态局部磁滞回环的描述...................... - 32 -§4.1.3.3剩磁的处理.................................. - 34 -§4.2 三相变压器仿真的程序流程及功能介绍.............. - 34 -4.2.1 分段拟和加曲线压缩法方法一（两段修正的反正切函数）4.2.2 分段拟和加曲线压缩法方法二（两段修正的反正切函数加两段34 -直线）................................................ -. 36 -4.3 三相变压器仿真的计算实例及结果分析 ............. - 37 -§4.3.1励磁涌流的仿真.................................. - 37 -§4.3.1.1方法一：用两段修正的反正切函数拟和压缩..... - 37 -§4.3.1.2方法二：用两段修正的反正切函数加两段直线拟和压缩38 -§4.3.1.3两种方法的比较分析......................... - 39 -§4.3.2影响变压器励磁涌流的主要因素及结果分析.......... - 40 -§4.3.2.1剩磁对变压器励磁涌流的影响................. - 40 -§4.3.2.2合闸初相角对变压器励磁涌流的影响........... - 41 -§4.3.3三相变压器励磁涌流的特征....................... - 42 -第五章结论与展望...................... - 44 -参考文献............................... - 45 -附录Matlab 程序....................... - 46 -§1.在Yd11 接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序............................................................................................... - 46 -§2.在Ynd11 接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序............................................................................................... - 49 -§3.在Yny0 接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序 ............................................................................................... - 51 -§4.在Yy0 接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序52 -§5.在Yd11 接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序............................................. - 53 -§6.在Ynd11 接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环................................................. - 56 -§7.在Yny0 接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序............................................. - 57 -§8.在Yy0 接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序............................................. - 58 -摘要随着电力系统的飞速发展，对变压器的保护要求也越来越高。
一种具有中点电位平衡能力的两级三电平逆变器
基金项 目： 江 苏 省 新 能 源 发 电 与 电能 变 换 重 点 实 验 室 开 放 研 究 基 金 及 南京 航 空航 天 大 学 基 本 科 研 业 务 费 专项 科 研 资 助 项 目
（ Ｎ Ｊ ２ ０ １ ２ ０ ０ ０ ５ ）
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ７ — １ ３
对 两 级式 逆 变器 进行 了实 验验 证 ， 但 未考 虑 负 载 功
率 不均 衡时 的 中点 电位 偏移 情况 。 为此 ， 本 文 首先 分析 了负 载参 数 变 化时 传 统 的
中点 电位 平 衡 算 法 失 效 问题 ，并 采 用 前 级 三 电平
对 中点 电位 的影 响 。但 此类 算法 的本 质均 为调节 小
矢 量 的作 用 时间 实现 中点 电位 平衡 ， 其 精 度 和复 杂 性 使 得 实 际 应用 难 度增 大 。加 重 数 字 处 理 器 的 负
担． 且 难 以实 现全 负 载条 件 下或 负 载 功率 不均 衡 时
了较 高要 求 ， 风 力 发 电 系统 中功 率变 换 器 的结 构 也
摘要 ： 三 电 平 逆 变 器 开 关 管应 力 小 ． 开 关损 耗 低 ， 输 出谐 波 小 ， 因而 在 大 、 中功 率 开 关 电 源 中容 中点 偏 移 的 固有 问题 ． 而 传 统 中点 电位 平 衡 算 法在 负载 参 数 变化 时存 在 着不 可 控 区域 。 采 用 双 输 出三 电平 Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 变换 器作 为前 级 ， 可 以在 保 证 宽 范 围输 入 电压 的 同时 ， 对 母 线 电 容 中 点 电位 进 行 平 衡 。 分 析 了传 统 中点 电位 平衡 算 法在 负载 功 率 不 平衡 时 的 失效 问题 ， 在 此基 础 上 利 用前 级 三 电平 Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 变换 器 解 决 逆 变 器 的 中点 偏 移ｆ ＊ － Ｉ 题， 给 出了 变换 器 平衡 母 线 电 容 中点 电 位 的 一 种 控 制 方 法 。 并与传统算法的效果进行 对比 ， 最后 进 行 了仿 真 和
T型三电平逆变器内管开路故障的中点电位平衡研究
电器与能效管理技术(2019NO. 16)⑪整流、逆变技术专題■研究与分析•T 型三电平逆变器内管开路故障的中点电位平衡研究**桂在毅(1994-),男，硕士研究生，研究方向为电力电子变流技术。
王沛东(1996-),男，硕士研究生，研究方向为新型电机与特种电机。
*基金项目：天长-合工大产业创新引导资金重点项目(JZ2019AHDS0002)—22 —张伟，桂在毅，王沛东，王第璨(合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009)摘要：针对T 型三电平逆变器，分析了内管发生开路故障时的输出电平和换流方式,釆用了改进的两电平开关容错控制(I2LS-TC)和混合开关容错控制(HS-TC),并 通过零序电压注入的方法以平衡中点电位，给出了中点电位可平衡的必要条件。
根据该条件分析了两种容错方式下的中点电位平衡能力和可平衡区域，最后通过仿真和试验进行验证。
关键词：T 型三电平逆变器；容错策略；中点电位平衡；可平衡区域中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2019)164X)2246DOI ： 10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2019. 16.004张伟(1994-),男，硕士研究生，研究方向为电力电子变流技术。
Neutral-Point Voltage Balance Study of Neutral-Point Switches Open-Fault in T-type Three-Level InverterZHANG Wei, GUI Zaiyi, WANG Peidong, WANG Juncan(College of Electrical and Automation Engineering , Hefei University of Technology , Hefei 230009, China)Abstract : For T-type three-level inverter,the output level and commutation mode are analyzed when the open fault occurs in neutral-point switches. The improved two-level switching tolerant control ( I2LS-TC ) and hybrid switching tolerant control ( HS-TC ) are implemented , a n d through the common mode voltage injection method to balance the neutral-point voltage. Then the necessary conditions for suppressing the neutral-point voltage unbalanceare proposed. According to this condition , the neutral-point balance ability and balanceable area of the two fault-tolerant strategies are analyzed. Finally , the results are verified by simulation and experiment.Key words : T-type three-level inverter ； fault-tolerance strategy ； neutral-point voltage balance ； balanceable area0引言近年来，由于化石能源的枯竭和严重的环境污染问题，新能源技术越来越受到人们的重视。
一种用于平衡三电平逆变器中点电位的滞环控制+精确控制策略研究
一种用于平衡三电平逆变器中点电位的滞环控制+精确控制策略研究王建渊;雷国惠;钟彦儒【摘要】中点电位不平衡是二极管中点箝位( NPC)型三电平逆变器存在的固有问题，在学术及工程实践中受到了广泛关注。
中点电位平衡控制方法可以分为两大类，硬件和软件方法，基于硬件的控制方法主要是依靠外部电路调整，一般通过Boost 和Buck等电路对电容进行充放电来调节中点电位以达到平衡，因而增加了整个逆变器的成本。
在深入分析引起中点电位不平衡因素的基础上介绍了一种提高中点电位鲁棒性的滞环控制+精确控制策略。
该控制策略将滞环控制与精确控制方法相结合，设置一定的环宽作为两种算法的切换条件，超出设定环宽使用滞环控制，在环宽内使用精确控制方法。
进行了仿真和实验验证，结果证明该方法解决了滞环控制粗略、存在控制盲区并且控制效果受功率因数影响大的问题，同时弥补了精确控制中当中点电压发生偏移以后不具备将中点电位拉回平衡点的能力。
有效地抑制中点电位波动，提高中点电位控制的鲁棒性。
%The unbalance of neutral-point potential is an inherent problem of three-level neutral point clamped( NPC) inverter, it is paid wide range attention in academic research and engineering practice. This NPC method is divided into two types:hardware and software method. The hardware method mainly depends on external circuit to adjust, in with Boost and Buck circuit are used to control the capacitor charge and discharge and implement the balance of neutralpoint voltage. This method increases the cost of whole inverter. The factors were analyzed which cause the unbalance of neutral-point voltage, andone hysteresis and precise control strategy of improving the robustness ofneutral-point voltage was introduced. This control strategy combines hysteresis control with precise control,and a certain band width is set as the two different control methods switching condition. If the neutral-point voltage exceeds the band width, the hysteresis control strategy was employed, and the precise control strategy was employed vice verse. The method was validated through simulation and experiment. The results of simulation and experiment show that the method solve the hysteresis control problem of rough control, existing blind area and influ-encing by power factor, at the same time, make up for the ability which balance the neutral point when the neutral voltage is one-sided during adopting the precise control. This method is effective to control fluctuation and deviation of neutral point voltage and improve robustness of neutral point control.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】7页(P66-72)【关键词】中点电位;不平衡;鲁棒性;滞环控制;精确控制【作者】王建渊;雷国惠;钟彦儒【作者单位】西安理工大学电气工程系，陕西西安710048;西安理工大学电气工程系，陕西西安710048;西安理工大学电气工程系，陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM921雷国惠(1989—),女,硕士研究生,研究方向为NPC背靠背三电平逆变器中点控制策略;钟彦儒(1950—),男,教授,博士生导师,研究方向为新型电力电子装置,高性能电机控制策略。
一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法
一种三电平能馈装置的中点电位平衡控制方法
三电平能馈装置是一种在高压大电流场合下采用的电力电子装置。
为了保证三电平能馈装置正常运行，需要对中点电位进行平衡控制，以下是一种中点电位平衡控制方法：
1. 建立中点电位检测回路，采用电压传感器检测中点电位，并将检测结果反馈到控制器。
2. 控制器根据中点电位检测结果，通过控制器的输出控制半桥电压输出，使得中点电位平衡。
3. 控制器采用PID算法来实现中点电位平衡控制。
具体来说，控制器根据检测的中点电位值计算出偏差，然后通过调节控制半桥电压输出，使实际中点电位等于期望中点电位。
4. 通过实时监测中点电位的动态变化情况，对控制器进行调整，以提高中点电位平衡的效果。
总之，中点电位平衡控制方法需要建立一个中点电位检测回路，并采用控制器进行闭环控制。
通过有效调节半桥电压输出，以达到中点电位的平衡。
高频变压器的最佳设计、优化与仿真[1]
![高频变压器的最佳设计、优化与仿真[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/d2e2ff0ff12d2af90242e61b.png)
【方案 9】（在方案 8 基础上，因安规要求增加挡带宽度所改进，线径减细） 线圈连线图：
(b) 对比 2(交错方式)
Case 1 Case 2 Case 3 Case1(PSPSPSPS 结构)：完全交错 Case2(PSPSSPSP 结构)和 Case3(PSSPPSSP 结构)：变比都为 1：1， 原边 4 层并，副边 4 层 并；铜箔宽 5mm、厚 0.07mm，层间绝缘厚度 0.15mm 仿真结果：
四、SAG9000T1 的典型结构方案和仿真对比
【方案 1】（仿 H8411T1） 线圈连线图(7,8 脚为中间抽头)：
内部结构和实测温升（常温下）：
1.5mm 3T N32 2T N12 3T (N12 110.1度)
反包 胶带
N22 1T (N22 117.1度) N31 2T (N31 122.3度) N11 3T N21 1T(骨架 114.5度) (磁芯 88.7度)
11
反包 胶带
空间磁场分布：
H 0.5
l -0.5
虽然磁场分布较对称，但幅值仍较高，而且原边绕组集中在线包中间，强烈的邻近效应将使 电流分布极不均匀。
仿真结果： 电阻 原边 直流 130K 44.8mΩ 130Ω 副边 1 2.38mΩ 5.7mΩ 副边 2 2.56mΩ 5.8mΩ
代入真实电流仿真损耗结果
代入真实电流仿真损耗结果
【方案 7】 线圈连线图：
2,3
N13=26T 0.21*10 N12=26T 0.21*10 N11=26T 0.21*10
12
N21=5T cu 0.075*24mm N22=5T cu 0.075*24mm
7,8
N31=5T cu 0.075*24mm N32=5T cu 0.075*24mm
船舶新型平衡变压器的设计与仿真
船舶新型平衡变压器的设计与仿真孙宏光;杨明【摘要】船舶电力系统带单相负载运行时引起三相不平衡问题,目前采用的基于平均分配负荷法的供电方式并不能有效解决这个问题.提出了适用于船舶电力系统的平衡变压器的设计基本要求,设计了一种适用于船舶三相三线绝缘电力系统的新型结构平衡变压器,该变压器具有结构简单、材料利用率较高、不需要阻抗匹配、生产制造容易等特点,深入研究平衡变压器的基本原理、运行特性和有限元仿真,结果表明该平衡变压器能够消除零序电流,有效降低负序电流,可以为船舶电力系统解决单相负载运行引起的三相不平衡问题提供了理论支撑和技术支持,具有重要的工程意义和军事应用价值.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】5页(P8-12)【关键词】平衡变压器;船舶;单相负载【作者】孙宏光;杨明【作者单位】海军驻大连地区军事代表室,辽宁大连 116021;海军驻大连地区军事代表室,辽宁大连 116021【正文语种】中文【中图分类】TM401当船舶电力系统带单相负载运行时，电网电流的正序分量、负序分量和零序分量相等，这是一种极不平衡状态。
尤其是单相负载较大时，电力系统的不平衡度可能超标，对船舶电力系统造成一系列危害，甚至威胁到系统的安全运行[1-3]。
目前船舶带单相负载运行时，采用基于平均分配负荷法的供电方式，单相变压器从电网获得电能向单相负载供电，如图1所示。
船舶电力系统在设计之初，将所有的单相负载进行功率计算，尽可能的把所有的单相负载按功率平均分配到A、B、C三相，从而减小系统的不平衡度。
但该方法存在以下问题：1）当所有的单相负载同时运行时，电力系统基本能够保持平衡，达到了国军标规定的要求。
但是在实际运行时，这种方法存在很大的局限性，因为在不同的时段，单相负载运行状态是随机的，实际上并不能保证A、B、C三相的瞬态功率相等。
2）不能抑制电网局部区域的三相不平衡。
单相变压器带单相负载运行，将造成单相变压器周围的局部电力系统的三相不平衡，对邻近用电设备造成不良影响，相当于底层“污染”。
三电平整流器中点电位平衡的研究
ｎ ｕ ａ ｏ ｎ ｏ ｔｇ ａａ ｃ ｎ ｅ ｉｔ ｇ ｌｒ ｅ ｌ ａ ｉｔ ｒ ａ ｃ ． ｅ ｔｌ ｐ ｉ ｔｖ ｌ ｅ ｂ ｎ ｅ ａ ｄ ｒ ｓｓ ｎ ａｇ ｏ ｄ ｄ ｓｕ ｂ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｗ Ｍ ｅ ｔ ｅ Ｄｕ ｌｓ ｄ ｌｏ ｏ ｔ ｌ Ｎｅ ｔ ｏ ｎ ｏ ｔｇ ｏ ｔｏ ６ 。 ｏ ｒ ｉ ａｅ ｙ ｔ ｍ ｙ ｒｓＰ ｒ ｃｉ ｒ ｉ ｆ ｌ ａ ｃｏ ｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｏ ｕｒ ｐ ｉ ｔ ｌ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ０ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔｓ ｓ ｓｅ ｌ ａ ｖ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ： ｈ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｈ ｅ ｖ ｌ ＶＰ Ｍ ｌ ｏ ｔ ｍ ｅ ｙｃ ｍｐ ｅ ｒ ｌ ｔ ｇｔ ｎ ｒ ｏ ｏ ｔ ｃ ｆ ｎ ｔ ｎ ｃ ｍｐ ｔ ｇａ ｄｌ ｏ — ｐ ｔｂ ｅ ｎ ｓｒ ｃ Ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ａ ｒ ｅｌ ｅ ａ ｉ ｔ ｅ Ｓ Ｗ ａ ｇ ｒ ｈ ｉ ｖ ｒ ｏ ｌｘ， ｅ ａｉ ｏｍａ ｙｔ ｇ ｎ ｍｅｒ ｃｉ ｏ ｕ ｉ ｎ ｋ ｕ ｌ ．Ｉ ｉ ｓ ｎ ｉ ｉ ｕ ｏ ｎ ｏ ａ ｔｉ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｅ ｔ ｄ Ｓ Ｗ Ｍ ｇ ｒ ｈ ｉ ｅｉ ｉ ｄ ｂ ｓ ｇ ａ ｎ ｗ ｎ ｕ ａ ａａ ｃ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ａ ｅ ｙ Ｔ ｅ ｈ ｇ ・ ｅ ｕ ｎ ｙ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｈ ｒ ｄ ｇ ｓｅ ＶＰ ｌ ｉ ａ ｏ ｔ ｍ ｓ ｌ ｔ ｙ ｕ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｂ ｌｎ ｅ ｏ ｔｏ ｔ ｔ ｇ ． ｈ ｉ ｈ ￣ ｑ ｅ ｃ ｃｅ ｎ ｒ ｒ ｍａｈ ｍａｉａ ｄ ｌｏ ｒ ｅ ｌ ｖ ｌ ｎ ｕ ｒ — ｏｎ － ｌｍｐ ｄ ｖ ｌ ｇ ｏ ｒ ｅ ｒ ｃｉ ｅ ｓ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｉ ｈ ｑ ｆａ ｓ ｓｎ ｅ ｄ ａ ｔｅ ｔ ｌ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔａ ｐ ｉｔｃａ ｅ ｏｔ ｅ ｓ ｕ ｃ ｅ ｔ ｒｗａ ｓ ｌ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ， ｒ ｍｅ ，ｕ ｉ ｇ ｔ ｕ ｃ ｈ ｌ ａ ｉ ｆ ａ ｓ ｈ ｌ ｃｏ ｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ｆｖ ｌ ｇ ｕ ｅ ｏ ｐ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔｉ ｎ ｒ ｌｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｌ ｖ ｌｒｃ ｉ ｅ ｉｈ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｅ ｔ ｒ ｓｗｅ ｅ ａ ｈ ｅ ｅ ． ｌ ｓ ｄ ｌ ｏ ｏ ｔｏ ｏｔ ｅ ｏ ｔｒｌ ｏ ｎ ｕ ｒｎ ｎ ｅ ｏ ｐ－ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｒ ｈｇ — ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｆ ａｕ ｅ ｒ ｃ ｉｖ ｄ ｏ ａ ｈ ｈ ｉ ｆ Ｆ ｎ ｌ ，ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｆ ｅ ｔ ｅ ｓｓ ｔｕ ｙ ｕ ｉ ｇ ＭＡ Ｌ ｉ ａ ｙ ｈ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｃ ｉ ｒｉ ｅ ｐ ｂ ｓ Ｔ ＡＢ．Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｈ ｒ ｆ ｈ ｌ ｏ ｔｍ ｎ ｋ ｅ ｉ ｇ ｌ ｏ ｏｒ ｆ ｉ ｎ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｍｅ ｔｏ ｅ ａ ｇ ｒｈ ｉ ｅ ｐ ｎ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ
电荷平衡式adc设计与proteus仿真
第33卷第1期2020年3月闽南师范大学学报（自然科学版）Journal of Minnan Normal University （Natural Science ）Vol.33Ｎｏ．1Mar.2020收稿日期：2019-12-04作者简介：陈李津（1986-），男，福建省漳州市人，助理工程师．电荷平衡式ADC 设计与Proteus 仿真陈李津（中华人民共和国厦门海关，福建厦门361000）摘要：提出用AT89C51和电压比较器LM393设计电荷平衡式模数转换器的方法，并构建了一个直流电压测量系统.在Proteus 仿真平台上，进行系统的软硬件设计和联合调试，仿真测试结果表明：在20%～90%量程范围内，所设计模数转换器转换精度和线性度均优于1%.关键词：ADC；电荷平衡式；AT89C51；LM393；Proteus 仿真中图分类号：TP274文献标志码：A文章编号：2095-7122（2020）01-0045-05Design and proteus simulation of charge balance ADCCHEN Lijin(Xiamen Customs District P.R.China,Xiamen,Fujian 361000,China)Abstract:A method for designing a charge-balanced Analog-to-Digital Converter with AT89C51and a voltage com-parator LM393is proposed and a DC voltage measurement system is constructed.On the Proteus simulation platform,the software and hardware design and the joint debugging of the system are carried out.Finally,the simulation results show that the accuracy and linearity of the designed Analog-to-Digital Converter are better than 1%in the range of 20%to 90%.Key words:ADC;charge balance;AT89C51;LM393;proteus simulation模数转换器（ADC）和单片机在数字仪表和计算机控制等领域有广泛应用，常用的ADC 有：逐次比较式、积分式、并行比较式、电荷平衡式（或压频变换式）、ΣΔ式和流水线式，其中电荷平衡式ADC 具有精度高、价格低、分辨率高、抗干扰能力强、接口简单等优点，广泛应用于低速、精密测量等领域[1-2]，如数字电压表等.单片机的发展趋势则是SoC 化，主流的单片机内部均集成有逐次比较式模数转换器[3]，但多数单片机内部的模数转换器只有10位，精度较低，不适合用于低速、精密测量等领域.AT89C51是使用最为广泛的单片机之一，其内部没有模数转换器，文献[4]介绍了用AT89C51与I 2C 总线8位逐次比较式ADC 模块TLC549的接口电路设计，并用Proteus 平台进行软硬件仿真与测试，详细分析TLC549的重要参数.本文在Proteus 平台下，用AT89C51和电压比较器LM393设计了电荷平衡式模数转换器，在此基础上构建一个直流电压测量系统，量程为0～5V，用于测试该模数转换器的性能，验证设计.1电荷平衡式ADC 原理使用模拟比较器和定时器可构成电荷平衡式ADC，其工作原理如图1所示.Vin 为输入模拟电压（直流缓变信号），Vref 为参考电压，用模拟比较器的比较结果CMPRES 控制电容C 的充放电，当Vin 高于电容电压Vc 时，比较结果CMPRES =1，参考电压对电容C 充电，Vc 上升；当Vin 低于电容电压Vc 时，比较结果CMPRESS =0，电容C 放电，Vc 下降.假设一个A/D 转换周期为Tadc，电容充电（即比较结果CMPRES =1的状闽南师范大学学报（自然科学版）2020年46态）的时间为Tp，如果Vin 没有超量程，且积分时间RC<<Tadc，由于充放电控制，平衡时可控制电容电压Vc 在Vin 左右一个非常小的范围内波动，可以认为：电容电压Vc ≈Vin，且一个转换周期内电容的电荷平衡，即充电电量与放电电量相等，因此有：V ref -v in R T P =v in R (T adc -T P )，或v in =T PT adcV ref =DV ref ，（1）上式即输入模拟量的转换结果，其中D =T P T adc .该转换结果是输入模拟电压Vin 在一个转换周期内的平均值，若取转换周期Tadc 为工频周期的整数倍，则电荷平衡式ADC 可消除工频干扰信号的影响.2用AT89C51和LM393设计电荷平衡式ADC如图2所示电路，在Proteus8.6平台上，用智能原理图输入系统ISIS 软件设计直流电压测量与显示系统，其中用AT89C51和模拟电压比较器LM393构成电荷平衡式ADC，C0为积分电容，P2.7引脚作为C0的充放电控制开关，参考电压Vref 取VCC=5.0V；4位数码管和六非门74HC04构成动态数码显示电路，VCC 经电位器RV1后的电压Vin 由ADC 转换后在数码显示器上显示，显示格式为：X.XXX，单位伏.图1电荷平衡式ADC 原理Fig.1Charge balance ADCprinciple图2用AT89C51和LM393构成电荷平衡式ADC 原理Fig.2Using AT89C51and LM393to form the charge balanceADC第1期陈李津：电荷平衡式ADC设计与Proteus仿真47电荷平衡式A/D转换器的核心是电容C0的充放电控制及充电时间Tp计时，将AT89C51的定时/计数器T1设置成溢出时间为40us的定时器，并以T1的溢出时间为充放电计时基准TC，设A/D转换周期由5 000个T1溢出时钟构成，则Tadc=200ms.一方面，该Tadc既满足Tadc等于工频周期的整数倍，也满足Tadc>>积分时间R0*C0；另一方面按图2参数，在T1的1个溢出时钟TC内，电容C0的充放电导致其端电压的最大变化量ΔVc_max=20mV，因此可控制平衡时电容电压Vc在Vin左右20mV内波动，满足Vc≈Vin条件.设置定时器T1溢出中断为高优先级中断，在T1的中断服务程序中根据比较结果P26的逻辑值控制电容C0的充放电，并作充电时间Tp计时.当A/D转换过程结束，由（1）式计算转换结果、设置转换结束标志、重启新的转换过程.基于电荷平衡式ADC的直流电压测量与显示系统的代码由五个函数构成：主函数void main()、数码动态扫描函数void disp()、定时器T0初始化函数void T0_Init()、定时器T1初始化函数（即电荷平衡式ADC）void CMP_Init()和定时器T1中断服务函数void T1_Isr()，最后两个函数是核心，这两个函数的代码如下：1:#include<reg51.h>2:#define M_FOSC24000000L//主时钟频率(MHz)3:#define AD_SCALE5000//ADC量程4:#define VCC5000//电源电压5:void CMP_Init();//声明函数，电荷平衡式AD初始化6:void T1_Isr();//声明函数，定时器T1中断服务7:unsigned int data ad_tp;//定义变量，电容充电计时8:unsigned int data ad_tmr;//定义变量，转换过程计时9:unsigned int data ad_val;//定义变量，AD转换结果10:bit ad_ok;//定义位变量，AD转换结束标志11:sbit P_AD=P2^7;//定义IO口，充放电控制IO口12:sbit CMPRES=P2^6;//定义IO口，比较结果13:14:#define T1_RL(unsigned char)(256-40*(M_FOSC/12000000L))//T1重载值(溢出40us)15:void CMP_Init()//电荷平衡式AD初始化16:{TMOD&=0x0f;TMOD|=0x20;//T1:无门控、定时、方式217:TH1=T1_RL;TL1=T1_RL;//T1重载值设置18:ad_tmr=AD_SCALE;//转换过程计时初始（倒计时）19:ad_tp=0;//充电计时初始20:P_AD=0;//充放电控制初态:放电态21:ET1=1;PT1=1;//允许定时器T1中断、高优先级22:TR1=1;EA=1;//启动定时器T1，开放总中断23:}24:25:void T1_Isr()interrupt3//定时器T1中断服务函数26:{CMPRES=1;//准双向口，读之前先写127:if(CMPRES==1)//如果CMPRES=1则28:{P_AD=1;ad_tp++;//电容充电；充电计时闽南师范大学学报（自然科学版）2020年29:}30:else P_AD=0;//如果CMPRES=1则电容放电31:if(--ad_tmr==0)//转换过程倒计时，至0则32:{ad_val=ad_tp/(AD_SCALE/VCC);//求Vin=Tp*VCC/Tadc33:ad_tmr=AD_SCALE;ad_tp=0;//重启转换，过程计时、充电计时初始34:ad_ok=1;//置转换结束标志35:}36:}3测试在Keil uVision4平台上进行软件工程创建、代码输入、编译，生成目标代码，在Proteus8.6平台上调用目标代码，进行软件硬仿真联合调试.调试结束后，在Proteus8.6平台上对电压测量系统进行仿真测试.如图2所示，在电路中放置电压探针Vin 和CMP-，用于测量Vin 和Vc；放置虚拟示波器，用于监测电容充放电控制引脚P2.7的脉冲信号和电容电压Vc.通过点击电位器RV1边上的↑和↓按钮，缓慢调整电位器RV1的抽头位置，改变输入电压Vin，从其电压探针读出Vin 的值，电压测量结果由数码显示器读出，测试结果如表1所示.从表1可见，在20%～90%量程范围内，电荷平衡式ADC 的转换测量精度和线性度均优于1%.电压测量系统呈负偏差，其原因是AT89C51的I/O 端口拉电流（充电过程）负载能力比灌电流（放电过程）负载能力弱.图2中的虚拟示波器用于观测电荷平衡式ADC 的工作波形，按如下方式设置虚拟示波器：1）A 通道，分辨率20mV/DIV、AC 耦合，观测Vc 波形；2）B 通道，分辨率1V/DIV、DC 耦合，观测充放电控制引脚P2.7的脉冲信号；3）扫描，水平分辨率40us/DIV、B 通道触发源、自动触发.当电位器RV1的抽头位置分别置于20%、50%、80%情况下，电荷平衡式ADC 内部工作波形输出打印结果如图3所示（(a)抽头位置20%;(b)抽头位置50%;(c)抽头位置80%），波形与电荷平衡式ADC 的工作原理完全一致；平衡时Vc 的起伏小于20mV，与电路设计分析一致.表1电荷平衡式ADC 仿真测试结果Tab.1Simulation results of charge balance ADC电位器位置/%102030405060708090输入电压Vin/V0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.5004.0004.500电压测量值/V0.4910.9911.4911.9922.4942.9953.4963.9964.496测量误差/%-1.8-0.9-0.6-0.4-0.3-0.2-0.2-0.1-0.148第1期图3Vc 信号波形Fig.3Vc Signalwaveform参考文献：[1]秦开宇,古天祥,习友宝,等.一种高线性度电荷平衡式A/D 转换系统实现[J].仪器仪表学报,1998,19(2):130-134.[2]宁新宁.电荷平衡式V-F 变换器的参数界定[J].实验室研究与探索,2019,38(11):99-102.[3]王欣宇.MCU 技术及市场发展趋势分析[J].集成电路应用,2019,36(10):1-3.[4]王超,汤吉昀,宋莉莉.基于Proteus 的单片机模数转换电路的设计与仿真[J].实验室研究与探索,2019,38(1):123-127.4结论经Proteus8.6平台上的虚拟仿真与测试，本文提出的用AT89C51和模拟电压比较器LM393设计电荷平衡式模数转换器的方案可行.该方案有四个特点：1）适用于低速、精密测量，模数转换精度和线性度均优于1%；2）高性价比，所用器件均为基础元件，无特殊要求，成本低廉；3）电路结构和控制程序简单；4）抗工频干扰能力强.本设计方法不限于AT89C51单片机，也适用于其它系列的单片机.[责任编辑：姜生有]陈李津：电荷平衡式ADC 设计与Proteus 仿真49。
三电平SVPWM算法研究及仿真
合肥工业大学硕士学位论文三电平SVPWM算法研究及仿真姓名：李启明申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：苏建徽20071201第１章绪论１．１三电平技术研究意义能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。
２０世纪７０年代以来两次世界性的能源危机以及当前环境问题的严重性，引起世界各国对节能技术的广泛关注。
我国能源生产和消费已列世界前茅，但仍远远满足不了工业生产和人民生活发展的需要。
由于缺电，正常的生产秩序被打乱，造成巨大的经济损失；在能源十分紧张的情况下，浪费现象仍十分严重。
例如，在工业用电中，高压大功率电机拖动的风机、水泵占很大比例，这些设备每天都在消耗大量的电能。
如果采用高压大容量变频调速装置拖动交流电机，对降低单产能耗具有重大意义。
在轧钢、造纸、水泥、煤炭、铁路及船舶等工业和生活领域中也广泛使用大中容量高性能交流电机调速系统。
此时，交流调速系统的应用可改善工艺条件，实现整个系统的性能最佳，并大大提高生产效率和产品质量。
另外，解决环境污染的重要途径是发展高速公共交通工具（如电力机车、城市地铁和轻轨），其核心也是大容量交流电机调速技术。
然而，随着交流调速及电力电子装置等非线性设备在工业、交通及家电中的大量应用，电网中的无功和谐波污染日益严重。
电力系统中的无功和谐波降低了电能的生产、传输和利用的效率，同时降低了电器设备运行的可靠性，严重时损坏设备、危及电网的安全。
以柔性交流输电系统（ＦＡＣＴＳ）技术为代表的大功率电力电子技术，在电力系统中的应用可大幅度改善电力系统可控性及可靠性，提高输电线路的传输能力及系统的安全稳定性。
在柔性交流输电系统中，采用高压大容量电力电子装置构成的无功补偿和电力有源滤波器无疑是一个发展趋势。
从２０世纪９０年代以来，以高压ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ为代表的性能优异的复合器件的发展引人注目，并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构，成为国内外学者和工业界研究的重要课题，使得传统上在大功率应用领域中占主导地位的ＳＣＲ、ＧＴＯ及其变换器结构受到强有力的挑战。