在超高压输电线路中选用串补技能，运用串联电容器的容抗补偿输电线路的部分感抗，能够大幅进步线路的输电才能[1]。当串补线路发生毛病时，金属氧化物变阻器(MOV)—氧化锌压敏电阻动作并约束串补电容器两头的电压，以维护设备的牢靠运转。火花空隙是用于维护MOV和电容器组的关键设备，这就对火花空隙运转的牢靠性提出了极高的要求。然而在实践运转中，火花空隙屡次呈现误动状况，误动原因至今还未清晰。例如在2007年7月11日，串补工程东三Ⅲ线B相发生区外单相接地毛病，B相空隙在地上操控维护未宣布触发指令的状况下放电；空隙的自放电电压整定值为270 kV(瞬时值)，从毛病录波图中得到线路发生毛病时的电容器组两头瞬时电压波形图，如图1所示，最高值为210 kV，远低于空隙自放电水平；毛病期间火花空隙两头的波形与工频正弦平顶波[2]相似。
火花空隙的这种自放电是否与过电压波形相关以及相关程度需求通过试验进行查验和验证。为了展开火花空隙在工频正弦平顶波电压效果下的自放电特性研讨，需求研发一台能发生工频正弦平顶波的大功率试验电源。
1 计划证明
本文的计划是选用微处理器和大功率运放芯片规划一种工频正弦平顶波功率源，通过变压器直接升压的方法，完结发生火花空隙放电所需的高压工频正弦平顶波，详细电路如图2所示。工频正弦平顶波功率源是主电路的重要组成部分，对整套试验电源的功能起着关键效果。
2 体系完结
本电源由信号发生器、功率扩大、限流设备和取样反应等部分组成。
信号发生器选用AT89C52单片机完结整体操控，通过D/A转化器发生峰值可调的工频正弦平顶波，通过滤波阻隔后，再由依据PA52规划的功率扩大器进行电压和功率的扩大，并运用峰值检测电路和A/D转化器完结闭环操控。
2.1 信号发生器
国内生产的信号发生器大部分运用分立元件及模仿集成电路构成，不只体积大，而且牢靠性和精确度很难进一步进步；只能发生规矩波形，如方波、三角波和正弦波，无法满意试验要求[3]。本文选用依据单片机规划工频正弦平顶波信号发生器，如图3所示，其长处是具有很高的频率安稳度和电压精确度。
整个体系规划结构分为操控电路和数据处理电路两大部分。操控电路以AT89C52单片机为中心，加上一些外围电路组成，首要完结人机对话、数据接口、显现信息以及操控数据处理电路作业等功能。数据处理电路首要包含波形输出电路、幅值操控电路和滤波电路。
2.1.1 波形输出电路
D/A转化的瞬间毛刺、非线性和数字噪声已经成为影响输出波形精度的首要要素。因而在挑选D/A转化芯片时除了字长和转化速度外，还应该考虑D/A的非线性和噪声特性。在归纳各方面要素之后挑选了TI公司的DAC1230，它将单片机的波形数据转化成对应的模仿信号，然后和两级扩大器合作[4-5]，输出±8 V的正弦平顶波波形。
2.1.2 幅值操控电路
运用DAC0832内部的电阻分压网络,将其作为数控电位器运用。DAC0832的参阅电压选用AD581芯片供给精细的10.00 V，其输出电压为：
V=(N/256)×10 V (1)
其间N为单片机输入的起伏操控字。
输出电压为DAC1230供给参阅电压，然后完结波形的幅值调理。
2.1.3 滤波电路
以离散数字序列经数模转化为模仿信号为根底，完结波形发生器有其固有的长处，但一起也有频谱重量杂乱、杂波多的缺陷。在波形发生器中，滤波器起着坚持有用重量、按捺杂波的效果。滤波器的规划首要从两个方面加以考虑，一是低通滤波器自身的传输特性，二是体系输出信号的频谱结构。通过Matlab信号频谱剖析并结合实践测验效果，挑选截止频率为500 Hz的一阶无源低通滤波器，能够到达杰出的滤波效果。
2.2 功率扩大器
DAC的输出电压和电流都比较低，不足以驱动变压器进行升压，因而要把电压和电流进行扩大，即功率扩大。功率扩大器能够由分立元件组成，也可由集成电路完结。由分立元件组成的功放电路杂乱且不易调试，牢靠性和功率扩大功能都不抱负。集成功放中的集成厚膜器材参数安稳、无需调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简略，还可外加散热片处理散热问题。
因而功率扩大器的规划将选用APEX公司的集成功率扩大芯片PA52，来进步设备的牢靠性和安稳性。PA52内部选用MOSFET管组成扩大电路，具有低漂移、低噪声及高转化速率等特色；该芯片选用了共射共基扩大电路结构，且混合%&&&&&%依据氧化铍衬底厚膜电路、陶瓷%&&&&&%和半导体芯片构成，因而具有很高的牢靠性、电绝缘性和高精度[6]。其最大转化速率可达50 V/?滋s，最大峰值电流为80 A，最大内部功耗为400 W，最大输出电压峰-峰值为200 V。
功率扩大电路选用双级扩大结构，如图4所示。电路中的功率扩大芯片PA52的输入失调电压对电源体系的功能有很大的影响。输入失调电压是由运算扩大器内部元件，尤其是输入级的两个晶体管特性不均衡引起的。PA52输入失调电压高达5 mV，为了完结电源的高精度，设置前置低压差错扩大器OP07来取得较小输入偏置电压，将输入失调电压降到75 μV以下。后置功率扩大器PA52的意图是为了取得大输出功率特性。两个扩大环节串联组成复合式负反应扩大电路，输出电阻十分小，因而具有较强的带负载才能。
PA52功率扩大芯片供给了独立的输入级供电电源引脚±Vb和输出级供电电源引脚±Vs，输入级供电电源能够比输出级高，然后使得输出电压挨近电源电压，取得更大的功率[7]。
D1、D2和D5、D6是高速开关二极管，将运放输入端约束在0.7 V，对运放起输入维护效果。D3、D4和D7、D8是快速康复二极管，能够使瞬态高压信号通过二极管从电源旁路流向大地，然后维护功率扩大器的输出端。一起在电源旁路添加两个瞬态按捺器（TVS），其反向电压应该略大于扩大器正常作业峰值电压，然后避免从快速康复二极管流进电源旁路的瞬态高压信号对电源形成损坏[8]。
R2、R5和R3、R4是反应电阻，别离决议功率扩大部分和PA52的扩大倍数。反应电阻为低温漂的高精细电阻，使电路扩大倍数精确且改动较小。
R1和C1构成噪声增益相位补偿电路，R5并联C2构成反应零点相位补偿电路，来进步功率扩大器的安稳性。
2.3 电流约束
限流设备选用依据霍尔效应的线性电流传感器ACS712，将采样电流转化成模仿电压输出，而且能够很方便地调理过流信号临界点，电流丈量规模可达±30 A[9]。它的基本原理是:当通过ACS712引脚1和2到引脚3和引脚4的电流不断上升时，ACS712引脚7的输出电压随之不断添加，当大于比较器LM393引脚2设定的电压值的时分，比较器LM393的输出从低电平变为高电平，RS触发器Q非端从高电平马上变为低电平，单片机操控体系检测到引脚P3.2电平的下降沿，采纳相应的维护战略，马上封闭信号发生器的输出，功率扩大器的输出也随之下降，输出电流减小，然后起到限流效果。信号发生器关断后，需求通过按键宣布铲除指令，信号发生器才可持续作业。如图5所示。
2.4 采样反应
为进一步进步输出精度，本电源还添加了电压闭环操控。对输出电压值进行电阻分压后，再用峰值检测电路取得平顶波电压的峰值，通过AD转化，得到电压反应值Vf。单片机比较电压给定值Vp和反应值Vf计算出差错，选用数字增量PID算法进行操控，改动操控器输出值，使输出电压幅值做相应的改动，然后完结电压源的闭环操控。
3 试验成果
图6给出了输出电压波形，最大幅值为80 V。从图中能够看出波形无交越失真，非线性失真小。
从表中可见，输出电压存在0.5%左右的差错。原因在于D/A的转化差错和功率扩大电路受外界噪声搅扰引起的输出电压幅值的动摇。输出频率的误差则首要受晶振的安稳性和印制电路板对体系电路的影响。
3.2 负载调整率测验
为衡量电压源的动态功能，在电压源运转过程中动态地投入或切除负载(大功率电阻) ，并逐一记载电压起伏值。表2为给定输出电压幅值为80 V时，不同负载对应的实践电压值，由该表可知在负载发生改动时，输出电压均能坚持0.375%的安稳度。
本文的立异点在于依据单片机操控，规划了工频正弦平顶波功率源，输出电压能够依据需求在输入面板上键入数值，完结输出电压恣意调理，而且电压波形精度高；运转安稳牢靠，能耗小，能够长时间运转。该功率源最大输出功率可达上千瓦，彻底满意火花空隙测验要求；实用价值高，只需修正代码即可成为能发生恣意波形的电压功率源。
参阅文献
[1] 周孝信，郭建波，林继明，等．电力体系可控串联补偿[M]． 北京：科学出版社，2009．
[2] 中国电力科学研讨院．串补设备火花空隙误动作调研陈述[R]．北京：中国电力科学研讨院，2009．
[3] 潘景良．程控恣意波形功率驱动电源的研发[D]．南京：南京理工大学，2004．
[4] 吕勇军．使用大功率PA03的程控三相功率源[J]．电源技能使用，2004，13（10）：35－38．
[5] 张玉宝，曹会云，张滨．依据单片机的数控恒流源的规划[J]．电测与外表，2011，48(546)：75-78．
[6] Apex Microtechnology Corporation.Power oprational amplifiers[EB/OL]．[2011-03-08].http://www.apexanalog.com/wpcontent/uploads/2012/08/apexpoweropamps_0811-2.zip.
[7] Apex Microtechnology Corporation.General operating considerations[EB/OL]．[2012-10-22].http://www.apexanalog.com/wp-content/uploads/2012/10/AN01U_J.pdf.
[8] Allegro Microsystems Corporation.ACS712 datasheet[EB/OL]． [2006-07-25].http：//www.allegromicro.com/searchresults.aspx?q=ACS712-Datasheet．
