基于FPGA的高压交联电缆测试电源的研制

由于一开始逆变器工作需要驱动脉冲，因此必须先给一个他激频率信号，经过死区产生环节和PWM产生环节产生4路PWM波形来驱动全桥逆变，此时选择器的开关信号为0。当逆变电路工作使得负载侧电流达到一定的值后，选择器开关信号变为1，电路由他激模式转换为自激模式，取样负载侧电流经过数字锁相环后再产生4路PWM波来驱动全桥逆变。
本控制部分的核心是全数字化的锁相环，由图5可知，它由数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器组成，其中数字环路滤波器是由K变模可逆计数器构成，数控振荡器是由脉冲加减电路和除N计数器构成。K变模可逆计数器和脉冲加减电路的时钟分别设为Mfc和2Nfc，fc为环路的中心频率，一般情况下取M和N为2的整数幂。
数字鉴相器是用来比较逆变负载侧反馈信号Fin和除N计数器的输出信号Fout的相位差，因为该系统采用串联谐振型电路，其逆变负载侧电流的高次谐波分量小，基波分量最大，因此Fin取自负载侧的电流。数字鉴相器的输出信号uo是Fin和Fout的异或信号，它直接输入到K变模可逆计数器，作为可逆计数器的方向脉冲。当uo为高电平时，计数器做减运算，当减至零时，输出一个借位脉冲r2；当uo为低电平时，计数器做加运算，当加到设置的K值时，输出一个进位脉冲r1。r1和r2信号分别输入到脉冲加减电路的inc端和dec端，当没有进位或借位信号时，电路仅对输入时钟进行二分频；当有进位信号时，就在输入时钟中插入半个脉冲；当有借位信号时，就在输入时钟中减去半个脉冲，再将输出信号dout进行N分频，以此来调节Fout的频率来跟踪输入信号Fin的频率。瞬时频率与瞬时相位的关系为：ω(t)=dφ(t)／dt。若锁相环的Fin与Fout的频率差为△ω(t)，相位差是△φ(t)，则△ω(t)=d△φ(t)／dt。可见，若要实现Fin与Fout的频率相等，只要两者的相位差△φ(t)为一个恒定不变的常数即可。

5 测试结果与分析
试验中，应使用专业的接地线将需要接地的各部件连接到地，不要随便延长接地线的长度，特别注意的是调频控制箱和励磁变压器的接地端到专用地线组的距离应尽可能短。高压设备应尽量靠近被试品，并与周围其他物体保持一定的空间距离。小容量试品试验时，应尽可能使高压引线固定，减小分布电容，有利于试验电压的稳定。

测试中，直接用电容代替电力电缆，为保证Q值和频率范围，取C=1μF，L=0．7 H，理论计算谐振频率f=190 Hz。启动自动频率跟踪控制后，驱动脉冲如图6a所示。可知，两路脉冲有明显的死区时间，有效地避免了在逆变电路中，同桥臂的上下两只开关管同时导通而出现短路大电流，烧毁开关管的情况发生。变换器输出电压uo波形(探头衰减10倍)和被试电容两端的电压uC波形如图6所示，频率在190．3 Hz时，测试的电容两端电压达到12 kV(高压探棒是1：1 000的比例)，基本达到试验要求。

6 结论
对于交联聚乙烯电缆而言，采用交流耐压试验，根据电缆实际电容的大小，选用变频串联谐振的试验方法，能很好地模拟电缆的实际运行情况。当被试电缆击穿时，失去谐振条件，高压电压和低压电流自动减小，因此不会扩大被试品的故障点。通过现场可编程门阵列实现自动频率跟踪的智能化控制更加能够提高系统的控制精度，整套耐压测试设备的体积小，重量轻，便于现场试验。