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研究生: 林柏樺
Bo-Hua Lin
論文名稱: 使用FPGA晶片設計之精密功率因數測量
Accurate Power Factor Measurement Design Using FPGA-based Chip
指導教授: 吳啟瑞
Chi-Jui Wu
口試委員: 陳南鳴
Nan-Ming Chen
黃培華
Pei-Hwa Huang
陸臺根
Tai-Ken Lu
陳昭榮
Chao-Rong Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: FPGA功率因數諧波不平衡
外文關鍵詞: FPGA, Power Factor, Harmonic, Unbalance
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近年來電子元件大量的運用,造成電力品質嚴重受到污染,使得傳統機械電表在不平衡與諧波負載下以無法確切反應。使用數位訊號技術來實現電力品質的分析已成為目前趨勢,但以數位訊號技術來實現電力的量測,難免會有少許誤差存在。所以本論文將探討如何改善以FPGA在設計各種功率因數量測時,所造成的計算誤差,並針對此計算誤差所造成之原因進行說明與改善。文中會以Matlab來建構不同的系統電路,並且以單相全波二極體橋式電路為改善之說明,再以三相系統分別針對等效功率因數(Effective Power Factor)、算術功率因數(Arithmetic Power Factor)與基本波功率因數(Fundamental Power Factor)進行各種不同模擬分析與討論。最後再利用實測波形來驗證計算結果之準確性,由本文模擬改善後的結果顯示,總誤差平均值在0.064%左右。


In recent years, power electric components introduce harmonic pollution on electric power quality. It makes the traditional electromechanical power meter can not act exactly when it feeds unbalance and harmonic load. Power quality analysis now tends to use digital signal technology. But it is hard to avoid measurement errors in estimating power quality by digital signal technology. In this thesis, how to improve the errors by using FPGA is the research purpose. And it will investigate the errors in digital signal technology. The simulation circuits were created and measured by Matlab. Then it will discuss the case of single-phase full-wave bridge rectifiers. And then in the three-phase circuit, the effective power factor, arithmetic power factor, and fundamental power factor will be compared for different simulation analysis and discussion. In the end, the practical measured waveforms will verify the accuracy and feasibility. The total average error was about 0.064%.

中文摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖索引 viii 表索引 xi 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 研究方法 5 1.4章節敘述 5 第二章 電力量與功率因數之定義 7 2.1 單相系統功率因數 7 2.2 三相系統功率因數 9 2.3 平均功率因數定義 13 2.4 評估諧波污染及負載不平衡 14 2.5 功率因數物理意義 16 2.5.1諧波及不平衡對視在功率之影響 16 2.5.2 視在功率及功率因數與線路損失的關係 20 2.6 數位信號技術實現電力品質分析 21 2.6.1取樣 21 2.6.2基本電力参數計算 23 第三章 可程式系統晶片(SOPC)與FPGA介紹 27 3.1 簡介 27 3.2 FPGA之開發環境與設計方法 27 3.2.1 FPGA簡介與電路架構 27 3.2.2 硬體開發環境 30 3.2.3 FPGA之設計流程 32 3.3 VHDL硬體描述語言介紹 35 3.4 測試與介紹Virtex-4開發版 40 第四章 以FPGA撰寫功率計算式之精準度與利用率改善 43 4.1簡介 43 4.2 Matlab模擬系統架構 43 4.3 FPGA模擬系統架構 45 4.4 誤差值產生與改善方法介紹 47 4.4.1演算法所造成的誤差 47 4.4.2 浮點數(Floating Point)運算所造成的誤差 60 4.4.3 FPGA內部運算中四捨五入所產生的誤差 62 4.5結語 63 第五章 三相系統功率及功率因數計算精確度 64 5.1簡介 64 5.2 FPGA模擬架構 64 5.2.1 算術視在功率及功率因數模擬計算流程 66 5.2.2 算術基本波視在功率及功率因數模擬計算流程 66 5.2.3 等效視在功率及功率因數模擬計算流程 67 5.3 固定負載模擬 72 5.3.1 Matlab模擬系統架構 72 5.3.2 固定負載模擬計算分析 75 5.3.3 平衡負載 76 5.3.4 不平衡負載 78 5.3.5 諧波負載 83 5.3.6 不平衡諧波負載 89 5.4 實際電路模擬分析 96 5.4.1 三相四線式平衡(重載) 97 5.4.2 三相四線式不平衡(重載) 98 5.4.3 三相四線式平衡(中載) 98 5.4.4 三相四線式不平衡(中載) 99 5.4.5 三相四線式平衡(輕載) 99 5.4.6 三相四線式不平衡(輕載) 100 5.5 實驗室之實測波形資料結果分析 101 5.6結語 107 第六章 結論與未來研究方向 108 6.1結論 108 6.2未來研究方向 108 參考文獻 110 作者簡介 114

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無法下載圖示 全文公開日期 2012/07/26 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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