諧波勵磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的研究

朱更軍1,2，蕭蘊(yùn)詩1，劉靜2

(1 同濟(jì)大學(xué)，上海200092；2 浙江師范大學(xué)，浙江金華321004)

    摘要：介紹了基于dsp(tms320lf2407a)的諧波勵磁發(fā)電機(jī)數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器工作原理：運(yùn)用pwm技術(shù)、高頻開關(guān)管和變參數(shù)pid算法實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)輸出電壓的控制，并使用delphi設(shè)計了上位機(jī)監(jiān)控界而。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明該調(diào)節(jié)器具有調(diào)聲速度快、精度高、性能可靠等特點(diǎn)。

    關(guān)鍵詞：諧波勵磁；電壓調(diào)節(jié)器；dsp；delphi

中圖分類號：tm341    文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a  文章編號：1004-7018(2009)11-0021-12

0引  言

 

    柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源、移動電源廣泛地應(yīng)用于野外無電網(wǎng)的場合，其中諧波勵磁無刷同步發(fā)電機(jī)由于具有同有的電壓調(diào)節(jié)方便、故障少、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。勵磁調(diào)節(jié)器是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它對保證供電質(zhì)量具有關(guān)鍵作用。現(xiàn)有的模擬勵磁電壓調(diào)節(jié)器具有對電路工藝性要求高、存在溫漂現(xiàn)象、功能少、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)，難以滿足用電設(shè)備的要求。目前，國內(nèi)一些科研單位研制了一些基于單片機(jī)的勵磁電壓調(diào)節(jié)器，但由于單片機(jī)性能的限制，較難滿足國家規(guī)定的電壓調(diào)節(jié)器的性能指標(biāo)。本文介紹了一種基于dsp和delphi的諧波勵磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。它具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

 

1工作原理

 

    每種數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器采用的處理器(cpu)不同，具體電路也會有所差別。但對于柴油發(fā)電機(jī)這種小型諧波勵磁無刷同步發(fā)電機(jī)而言，它的勵磁調(diào)節(jié)器的主要結(jié)構(gòu)和原理是相似的，基本原理和結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    諧波勵磁無刷同步發(fā)電機(jī)的工作原理是發(fā)電機(jī)的諧波繞組產(chǎn)生的三次諧波電壓經(jīng)過不可控全橋整成直流，為勵磁機(jī)的勵磁繞組提供電源，相應(yīng)地在勵磁機(jī)的電樞繞組上感應(yīng)出三相電，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器整成的直流供給主發(fā)電機(jī)的勵磁繞組。對主發(fā)電機(jī)而言，勵磁機(jī)起電流放大的作用，給主發(fā)電機(jī)的勵磁繞組供電，由于使用了勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器，使電機(jī)勵磁實(shí)現(xiàn)了無刷化。電機(jī)端電壓通過電壓采樣環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成適合于ad變換端口要求的正電壓(o～5v)，另外，發(fā)電機(jī)負(fù)載電流通過電流采樣環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為dsp接受的0～5 v電壓。數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的工作原理是：電壓傳感器測量的同步發(fā)電機(jī)端電壓與給定值進(jìn)行比較，根據(jù)端電壓偏差和一定的控制算法計算出控制量來改變半導(dǎo)體開關(guān)管上脈沖寬度占空比，從而改變勵磁機(jī)的勵磁電流達(dá)到減小發(fā)電機(jī)端電壓偏差的目的。同時，勵磁調(diào)節(jié)器還可以通過測量發(fā)電機(jī)的無功電流實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行。

 

2系統(tǒng)設(shè)計

 

2.1勵磁調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)

 

    根據(jù)調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和原理，可以確定dsp勵磁調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。它包含如下幾個

模塊：

    (1)輸入檢測模塊。其功能是實(shí)現(xiàn)電壓信號的采集工作，通過dsp的ad變換通道，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，放人指定單元，供程序調(diào)用；

    (2)pwm輸出模塊。其功能是實(shí)現(xiàn)送出控制方波驅(qū)動mosfet開關(guān)管，它包含隔離放大電路；

    (3)串行通信模塊。其功能是實(shí)現(xiàn)dsp與pc機(jī)通信，通過dsp的串口通信接口模塊(sci)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路，連接到pc機(jī)；

    (4)實(shí)時存儲模塊。其功能是實(shí)現(xiàn)在線存儲一些重要的控制數(shù)據(jù)，通過dsp的數(shù)字輸入輸出模塊

2.2變參數(shù)pid算法的應(yīng)用

 

    dsp的采用解決了勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的快速性問題。系統(tǒng)除了有快速性要求之外，還有控制精度的要求，而要達(dá)到較好的控制精度，必須采用一種好的控制算法。本文采用分段增量式pid算法。經(jīng)過pid運(yùn)算計算出pwm波的占空比變化量△pk。當(dāng)前應(yīng)輸出的占空比等于前一次輸出的占空比加上△pk。即：

    為了解決系統(tǒng)快速性和超調(diào)之間的矛盾，kp、ki、kd三個參數(shù)在整個調(diào)節(jié)過程中需要根據(jù)系統(tǒng)靜差的變化而有所改