基于DSP的復合勵磁恒壓同步發電機控制器

丁曉峰，劉景林，張鑫

(西北工業大學，陜西西安710072)

    摘要：通過采用數字電壓調節器對復合勵磁同步發電機進行自適應控制，實現發電機的高精度穩壓輸出。分析了復合勵磁同步發電機的工作原理，設計了一套以DsP2407為控制核心的復合勵磁同步發電機控制器，對主功率電路、勵磁電路和控制電路進行了分析和設計，并對該套電路進行了試驗測試，性能指標符合要求。

  關鍵詞：復合勵磁；同步發電機；DsP2407；控制器

  中圖分類號：TM341    文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)06—0042—04

0引  言  

    基于DsP的復合勵磁恒壓同步發電機集電機、電力電子技術、高性能微型處理器、新材料等技術于一體，是兼有高科技含量和市場前景的新型機電一體化產品。與傳統的發電機相比，性能指標顯著提高。該種發電機電壓調整率很小，具有接近水平的外特性，全自動調壓，可動態實時調節輸出功率，發電機適應負載范圍寬，過載能力強，節能效果明顯，可顯著改善供電品質，提高供電系統的可靠性，使不同的用電負載之間的相互干擾和影響降低到****限度，是未來發電機發展的主要方向之一。

    本文設計了一套以DSP2407為控制核心的復合勵磁同步發電機控制器，DsP2407將實時處理能力和控制器外設功能集于一身，具有靈活的指令集、內部操作靈活性、高速的運算能力、改進的并行結構和有效的成本，為控制系統應用提供了一個理想的解決方案。另外，對+27 V和±13 V主功率電路、±13 V中線調零電路、勵磁驅動電路和控制電路進行了分析和設計，并對該套電路進行了試驗測試，測試結果符合系統性能指標要求。

1 復合勵磁同步發電機

同步電機主要用作發電機，工農業生產和日常生活中所用的電能一般均是由同步發電機供給的。現在廣泛應用的是普通的電勵磁同步發電機，這種發電機的磁場控制可以方便地通過勵磁電流的調節來實現，輸出實時勝較好，但運行效率低。永磁發電機制成以后，難以調節磁場以控制其輸出電壓和功率因數，且永磁材料的溫度系數較大，在其原動機、負載或者環境溫度變化時將引起發電機輸出電壓的波動，影響負載的正常工作，從而限制了它的應用范圍。

    自適應復合勵磁恒壓同步發電機的出現，較好地解決了永磁發電機的電壓難以調節的困難，綜合了永磁發電機和電勵磁發電機的特點，使兩種模式優勢互補，從而獲得優越的性能。由于稀土永磁體具有高磁能積和高矯頑力，特別是高內稟矯頑力，采用稀土永磁后可以增大氣隙磁密，從而縮小電機體積，減輕質量，提高功率質量比。

    復合勵磁稀土永磁同步發電機是一種能解決永磁發電機電壓調節問題的新型發電機，這種發電機可以看成是由兩部分組成：主要部分和稀土永磁發電機相同，稱為主發電機部分；而輔助調節電壓的部分類似于電勵磁發電機，稱為輔助電勵磁部分。兩部分共有一套電樞繞組，主發電機部分承擔主要的能量輸出任務，電壓調節所需要的磁場變化部分由輔助電勵磁部分的電勵磁繞組來實現。這種復合勵磁稀土永磁同步發電機具有以下特點：

    (1)輔助電勵磁部分的損耗小，具有永磁發電機的高效率特點；

    (2)磁場調節方便，解決了永磁發電機電壓調節難的問題；

    (3)勵磁電流比電勵磁發電機小得多，勵磁損耗小。

2系統總體設計

    圖l為系統總體框圖。在本系統中，通過分析系統的功能和比較各微處理器的性能等，最終系統選擇DSP2407作為控制系統的核心。控制電路的主要作用是通過對發電機輸出量，控制器輸出量進行在線測量，將在線測量值送人DsPA407進行數據處理，從而對發電機的勵磁及控制器中的主功率驅動電路協調控制，實現閉環及保證在可變負載條件下均能保持輸出電壓穩定不變，用電設備始終工作在****狀態。

3控制器硬件設計

3．1 DSP最小系統及外圍電路

    在本最小系統中，選擇DSP2407作為它的核心器件，有源晶振的頻率為10 MHz，4倍頻之后，DSP2407可以達到它的****工作頻率40 MHz。如圖2所示。JTAG口可以實現DSP2407的在線仿真。由于DSP2407采用高性能靜態cMOs技術，使得供電電壓降至3．3 V，減小了控制器的功耗，同時外擴存儲器時也需選擇3．3 v供電的存儲器，本系統選擇了IS