随着电力事业的不断发展，变压器、发电机、断路器、GIS、110 k V及220 kV交联聚乙烯电缆等高压电力装备的利用越来越普遍。依据《电气装置安装工程电气装备交接实验尺度》（GB50150－91）和《电力装备预防性实验规程》（DL／T096－1996）的请求，慈ナ类高压电力装备的安装验收和年度检修中，均需进行交换耐压实验项目，然而对这类电容性试品，采纳通例工频耐压实验，所需实验装备和电源容量都非常大，在现场进行实验难度也很大。对于同一试品而言，采纳变频谐振实验方法，所需的电源容量和装备最小，重量也最轻。谐振实验体系在试品击穿时，谐振条件损坏，试品上电压和电流随之减小，这有助于维护谐振电源和试品的安全。因此变频谐振耐压实验更合适现场利用。图1为一般交换变频谐振耐压实验原理简图。

　　1　变频实验电源基础原理

　　变频电源做为交换谐振耐压实验体系的核心部分，请求调压、调频独立进行，输出电压0～400 V，频率30～300 Hz，且稳固度高，还请求在现场环境下有较强的抗干扰才能。　

　　在调频调压操纵技能发展的早期多采纳PAM方法，因此，变频电源逆变器输出的交换电压波形只能是方波，转变方波有效值，只能通过转变方波的幅值，即中间直流电压幅值来完成。随着全控型快速开关器件GTR、IGBT、MOSFET等的呈现，才逐渐发展为PWM方法。由于调节PWM波的占空比即可调节电压幅值，所以逆变环节可同时完成调压和调频义务，整流器无需操纵，装备构造更简略，操纵更便利。输出电压由方波改良为PWM波，下降了输出电压的低次谐波含量。

　　SPWM是以正弦波作为基准波（调制波），用一列等幅的三角波（载波）与基准正弦波相对比发生PWM波的操纵方法。如图2所示，当基准正弦波高于三角波时，使相应的开关器件导通；当基准正弦波低于三角波时，使相应的开关器件截止。由此，逆变器的输出电压波形为图2b所示的脉冲列，其特性是：半个周期中各脉冲等距等幅不等宽，总是中间宽，两边窄，各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成比例。这种脉冲波经过低通滤波后可得到与调制波同频率的正弦波，正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率抉择。这就是变频电源调频调压的原理。

　　实验变频电源的主电路原理如图3所示。三相交换电压经过三相桥式不控整流电路整流成脉动直流电压，经过中间滤波电容的储能和滤波成为平滑直流电压。逆变环节由4块IGBT构成全桥逆变器，反并联二极管完成IGBT关断时的续流工作，R、C、D构成RCD制止放电型接收缓冲回路。逆变部分采纳SPWM操纵方法，将直流电压逆变为电压和频率可调的SPWM脉冲波。电感L和电容C3组成低通滤波器LC，滤出高频载波成分。为了限制电容器充电电流，在整流桥的输出端与储能电容之间串入一个限流电阻R1，只在接入电源的最初短光阴内将限流电阻R1串入，当电容器两端电压升至必定值后，闭合接触器JC2将电阻R1切除。

　　低通滤波器LC输出设计是否适宜，直接影响变频电源输出电压波形的失真度，因此滤波器的设计原则是斟酌最高输出频率，只要最高输出频率下正弦波的失真度得到满足，则低频输出时由于载波比增添，正弦波失真度可自然满足。

由于电源容量很大，IGBT关断和开通电流都很大，主电路引线电感Lp的存在，将在IGBT功率回路中引起浪涌电压，其能量与Vpeak／2 Lp I2成比例，较高的浪涌电压将增添功率器件的开关损耗，并危及器件的安全。因此在大功率利用时必需采用办法减少主回路的配线电感，并用缓冲接收电路来下降电压尖峰值。

　　2　操纵体系实现

　　先进的操纵策略、高性能的操纵芯片和高速开关器件相联合是变频电源发展的主流趋势。在SP－WM波形生成中，已很少采纳模仿方式，原因是该方式电路繁杂、器件一致性差、输出波形易受器件老化、外界干扰等因素的影响，因而可靠性差。数字方式在可靠性、机动性、可控性等方面具有模仿方式无法比较的优胜性，所以本变频电源采纳Intel公司16位单片机80C196 MC作为操纵核心，组成全数字化操纵体系。80C196 MC是专门为电机高速操纵所设计的一种真正16位单片机，普遍利用于变频操纵中。它有独具特点的波形产生器WFG、A／D转换器、事件处置阵列EPA等，操纵体系可大大简化。

　　4路SPWM脉冲操纵信号由三相波形产生器WFG发生，输出电压和电流相位脉冲信号输入2路EPA捕捉口，进行相位差检测。2个接触器JC1和JC2由主控板操纵，完成启动和维护功效。6路十位A／D转换器完成输出电压电流、直流母线电压电流和高压量的采集变换。显示和故障记忆单元接入由4个EPA口构成的串行总线。

　　3　操纵体系软件设计

　　操纵体系软件采纳C－196语言编制，软件重要包含：主程序、电压和频率给定程序、波形中止程序、电压闭环操纵程序（PI）、数字锁相环程序及外部中止程序等。

　　操纵软件的主要义务是发生SPWM脉冲，为了节俭机时，进步运行速度，首先结构正弦波数据表。正弦数据表具有反对称性，即sinα＝－sin（－α），因此只要建立0°～180°的正弦数据表即可使用。由0°开端，每隔0．15°布置1项数据，直到179．5°，共计1200项数据，存入EPROM中。软件运行时，循环查询正弦表数据，操纵波形产生器WFG即可发生所需的SPWM操纵脉冲。

　　变频电源主程序完成体系初始化及参数设定等功效，电压和频率给定程序，捕捉旋转编码器输出的给定脉冲，进行给定计数和方向分辨。波形中止程序为操纵体系软件的核心，中止优先级最高，完成正弦数据表查询、波形产生器数据重置、占空比盘算等功效。电压闭环子程序进行PI操纵算法盘算，实时调解SPWM脉冲波的占空比，到达稳固输出电压的目标。数字锁相程序采纳捕捉中止，盘算电压和电流的相位差，并实时调解输出频率，直到电压和电流同相。外部中止程序响应各维护电路的维护信号，封锁脉冲输出，记忆故障参数。

　　4　抗干扰办法

　　在硬件上采纳磁平衡式电压电流互感器进行强弱电隔离，信号传输采纳屏蔽电缆，并一点接地。模仿信号在进入微处置器AD前进行多级滤波，最大限度打消虚伪信号的侵入。操纵板设计中，数字电路和模仿电路离开部署，数字地与模仿地采纳一点衔接，打消数字电路和模仿电路的相互干扰及地电位的不平衡。操纵电源采纳开关电源，加装电源滤波器，滤除馈入的共模干扰信号。主控板采纳电源监控芯片，监督电源电压，呈现电压不稳时将体系复位。

　　软件上，数字滤波打消脉冲干扰，采纳80C196 MC微处置器中看门狗功效，在容易引起体系去世循环或软件推翻的地位参加监督点，呈现故障时体系主动复位。对可能引起电源输出超限的地位参加极限判别语句，保证任何情形都不会呈现变频电源的不正常输出。

　　5　收场语

　　依据以上原则研制开发的大容量实验变频电源已在现场交换耐压实验中胜利利用，取得良好后果。该电源体积小、重量轻、输出功率大，输出电压和频率稳固度高，可便利地组成串联谐振耐压实验体系，对变压器、发电机、GIS和高压交联聚乙烯电缆等容性装备进行交换耐压实验，可普遍利用于电力体系基建和修试单位的装备安装和检修实验等工作中。