基于arm电压移相实验教学平台设计

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1、基于ARM电压移相实验教学平台设计　　摘要：本文介绍了基于ARM微处理器实现数字式电压移相与幅值调节功能，采用RAM环形队列实现电压信号波形在0～360度范围内移相，且在移相过程中保持电压波形频率不改变；并可以对移相器输出的电压幅值进行调节，输出一定的功率。该设备可以在高校继电保护及微机型继电保护实验教学中作为实验教学平台应用。Abstract：Thepaperintroducedthefunctionsofdigitalvoltagephase-shiftingandamplitudeadjustmentbasedonmi

2、crocomputerARM.Itcanrealizephase-shiftingofvoltagewavesignalbetween0～360degreebyusingthemethodofRAMroundalignment，anditcanholdthelineoffrequencyintheprocessofphase-shifting.Thevoltageamplitudeofphase-shifteroutputcanbeadjusted，andoutputcertainpower.Theequipmentcanb

3、eusedinexperimentteachingofrelayprotectionandmicrocomputerrelayprotectionasExperimentalTeachingPlatforminuniversity.关键词：ARM；电压移相；幅值调节；实验教学平台Keywords：ARM；voltagephase-shifting；voltage9amplitudeadjustment；experimentalteachingplatform中图分类号：TM714.2文献标识码：A文章编号：1006-4311

4、（2013）14-0060-030引言在高校继电保护及微机型继电保护的实验教学中，进行功率方向继电器、微机型方向电流保护等实验过程中需要对电压进行移相，并对电压的幅值进行调节，实验所用的原理接线图如图1所示。9当前图1中所使用的电压移相装置（T）主要为电动机式和变压器式，这两类移相器及电压调节器（TS3）均存在体积大、设备重和现场使用不便的缺点。在此类实验中，对电压移相设备的要求有4：①具有大的移相范围，要求能实现0～360度移相；②电压幅值可调节，移相器的输出电压大小由电压调节器（TS1）给定在100V（有效值，模拟出电压

5、互感器二次侧电压）以内，所以要求电压在0～100V范围内可调；③能送出一定的功率；④输出电压在移相过程中其频率不变或变化很小。实验中要求输出的功率不大（按一般电压互感器要求，输出功率应不大于50VA），所以电压移相设备主要需满足前两项要求。本文提出的电压移相方案，基于微处理器（ARM）实现，是一种全数字式的电压移相及幅值调节方法，能完美满足以上所述4个要求；并使设备的体积和重量大大减小，而且电压相位参数调整与幅值调节都十分方便，所有调节过程实时显示，工作稳定，可靠性较高。有些资料上提到的数字移相电路，外围电路复杂，基本上是基

6、于模拟电路实现，没有真正体现数字移相；且这些电路虽描述了移相的原理，但均没有实现功率输出，不能在实际操作中应用。本文所提出的方案基于实际应用设计，设计出的设备也已实际应用于实践，因此具有相当的独创性。1系统框图及原理介绍根据实验要求，移相器的电压取线电压或相电压，但均是对一路交流电压进行移相和调幅。本文所设计的移相器设计成单相，完全可以满足实验要求。因为移相器的输入与输出同频率，相位与幅值可独立调节，即使需要完成三相实验，用三个单相移相器也可以方便完成。本文所设计的电压移相器的原理框图如图2所示。图2中，PT为电压变换器，变

7、比为150：1.767；B1、B2为全桥整流器；G1为比较器，型号为LM393，功能是对输入电压进行过零检测；M1为ARM微处理器，型号为LPC2368；M2为锁相环电路；M3为TFT-5.7吋触摸显示屏，同时实现波形实时显示与键盘输入功能。M4为SPWM信号生成器，型号为SG3525AN；M5、M6为SPWM信号驱动模块，型号为IR2110；VT1～VT4为大功率MOS管；T2为升压变压器，输出移相调幅后的正弦电压；RP为电位器（10K）；G2为反向器；G3、G4为二输入与门。91.1系统原理介绍1.1.1电压形成回路需进

8、行调压移相的交流电压■取自调压器二次侧，电压值在100V以内，经全桥整流器B1整流，并经滤波后得到■U的有效值，作为逆变电路的直流电源；■经过PT后得到幅值小于3V的待采样电压，再经全桥整流器B2得到直流待采样电压（波形如图4a所示）进入M1中的A/D转换器待采样。1.1.2输入电压频率及