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研究生:楊勝文
研究生(外文):Sheng-Wen Yang
論文名稱:使用FPGA晶片設計之功率因數測量
論文名稱(外文):Power Factor Measurement by Using FPGA-based Chip
指導教授:吳啟瑞吳啟瑞引用關係
指導教授(外文):Chi-Jui Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:128
中文關鍵詞:FPGA功率因數負載不平衡諧波
外文關鍵詞:FPGAPower FactorLoad UnbalanceHarmonic
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因為諧波污染、不平衡等負載特性,已非傳統僅考量純粹正弦波且三相平衡之功率因數所能表達,因此本論文探討六種功率因數定義式,六個計算值將因負載特性不同而有所差異。本論文進一步利用Xilinx Spartan-3 PFGA (XC3S1500 -4FG676)開發平台,來製作功率因數計算模組。但因晶片容量限制,本論文將僅針對等效功率因數(Effective Power Factor)PFe、算術功率因數(Arithmetic Power Factor)PFA與基本波功率因數進行討論。利用硬體描述語言(VHDL)撰寫與使用矽智產(Intellectual Property, IP),再利用ModelSim模擬軟體對各功率因數計算IP進行模擬,確保時序與功能的正確性。最後利用實測波形來驗證功率因數計算模組的可行性。
Load characteristics of harmonic and unbalance can not be expressed in the traditional ways which only considered the fundamental and three-phase balanced sinusoidal conditions. This thesis uses the formula of six power factors and the calculation values will be different considering the characteristics of load. This thesis utilizes Xilinx Spartan-3 FPGA (XC3S1500 - 4FG676) developing platform to implement the calculation methods of power factors. This thesis only discussed the effective power factor, the arithmetic power factor and the fundamental power factor because the capacity of the chip is not enough. Hardware Description Language (VHDL) is programmed and the Intellectual Property (IP) is used, and moreover ModelSim is used to simulate the calculation of power factors to ensure the accuracy of timing and function. Finally, practical measurement data were used to verify the calculation methods of power factors.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖表索引 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2相關研究 2
1.3 研究方法 4
1.4章節敘述 5
第二章 電力量與功率因數之定義 6
2.1 單相系統 6
2.2 三相系統 8
2.3 平均功率因數定義 11
2.4 評估諧波污染及負載不平衡 12
2.5 功率因數物理意義 14
2.5.1諧波及不平衡對視在功率之影響 14
第三章 數位信號處理 20
3.1取樣 20
3.1.1固定頻率取樣 20
3.1.2 同步倍頻取樣 21
3.2基本電力参數計算 21
3.3數位濾波器 26
3.3.1 IIR濾波器與FIR濾波器設計與介紹 27
3.3.1.2 FIR濾波器設計介紹 27
第四章 可程式系統晶片(SOPC)與FPGA介紹 30
4.1 簡介 30
4.2 FPGA之開發環境與設計方法 30
4.2.1 FPGA簡介 30
4.2.2硬體開發環境 31
4.2.3 FPGA之設計流程 35
4.3VHDL硬體描述語言 37
4.3.1VHDL電路架構 38
第五章功率因數計算晶片之電路設計與測試 43
5.1簡介 43
5.2 Matlab模擬系統架構 43
5.3 FPGA模擬架構 46
5.3.1 FPGA功率因數計算模組介紹 48
5.3.2 FPGA與MATALB 串列通訊設定 48
5.4模擬波形計算結果 55
5.4.1平衡負載 56
5.4.2不平衡負載 58
5.4.3諧波負載 64
5.4.4不平衡諧波負載 70
5.5實測波形資料計算結果 76
5.5.1實驗室之實測波形資料結果分析 76
5.5.2鋼鐵廠之實測波型資料結果分析 80
5.6 結語 84
第六章 結論與未來研究方向 87
6.1結論 87
6.2未來研究方向 87
參考文獻 89
作者簡介 93
附錄A 94
附錄B 99
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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