CN109560732A - 一种基于dsp的同步发电机励磁调节器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，包括：微处理器、发电机、与发电机输出端相接的反馈互感器和与微处理器输入端相接的电源电路，所述微处理器的输出端与发电机的输入端之间依次接有脉冲调制电路、第二隔离电路和整流滤波电路，所述发电机的输出端与微处理器的输入端之间依次接有用于调整占空比的过零比较电路和第一隔离电路，所述反馈互感器的输出端接有用于转换反馈电压值的信号调理电路和用于调整反馈电压值的信号采集电路，本发明通过改变DSP芯片的PWM占空比，实现不同的直流电压输出，具有良好的抗干扰能力，采用电压互感器形成闭环励磁调节系统，电压稳定且精度高，具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于DSP的同步发电机励磁调节器。
背景技术
由于同步发电机具有转速精度高、不消耗无功功率等优点，其工业应用越来越广泛。目前，大功率的空气压缩机、风机、水泵、水轮发电机、皮带机、提升机、轧钢机、电铲、球磨机等均采用同步发电机驱动。而驱动同步发电机运转的核心装置就是励磁调节器。在同步发电机的不同运行状态下，励磁调节器需要准确地输出合适的励磁电流，以保持同步发电机的正常运转。目前，大量使用的还是常规模拟式调节器。随着发电机单机容量和电网容量的不断增大，电力系统及发电机组对励磁控制在快速性、可靠性、多功能性等方面提出了更高的要求，如更优的励磁调节性能、可以实现复杂的控制策略、更完备的限制及保护功能、通用而灵活的系统功能，具有操作简单、智能化的维修和试验手段。
在交流电机的控制系统中，励磁调节器是其中的重要组成部分。当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，每年市场对励磁调节器的总需求在50亿元以上。对于励磁调节器，经过几十年的发展，其主电路结构已经相对成熟，改进的空间不大，现在产品的发展方向是智能化和信息化。因此，需要一种结构简单、电压稳定且同步发电机励磁调节器，提高控制精度，改善工作性能，具有良好的工业现场抗干扰能力，并融入信息化和智能化等高新技术，可广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、水利、电力、煤气、建材、医药、轻工、纺织等工矿企业各类负载的同步电动机励磁调节器，具有广阔的市场应用前景，为此，我们提出一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，以解决上述背景技术中提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，包括：
微处理器、发电机、与发电机输出端相接的反馈互感器和与微处理器输入端相接的电源电路；
所述微处理器的输出端与发电机的输入端之间依次接有脉冲调制电路、第二隔离电路和整流滤波电路，所述发电机的输出端与微处理器的输入端之间依次接有用于调整占空比的过零比较电路和第一隔离电路，所述反馈互感器的输出端接有用于转换反馈电压值的信号调理电路和用于调整反馈电压值的信号采集电路，所述信号调理电路的输出端和信号采集电路的输出端均与微处理器相接；
所述微处理器为DSP芯片TMS320F28069；
所述过零比较电路包括型号为LM339N的芯片U4、型号为LM339N的芯片U5和型号为LM339N的芯片U6；
所述芯片U4的反相输入端分三路，一路经电阻TR4和电阻TR1与发电机三相线圈的A节点相接，另一路经电容TC1接地，第三路与芯片U5的同相输入端相接，所述芯片U5的反相输入端分三路，一路经电阻TR5和电阻TR2与发电机三相线圈的B节点相接，另一路经电容TC2接地，第三路与芯片U6的同相输入端相接，所述芯片U6的反相输入端分三路，一路经电阻TR6和TR3与发电机三相线圈的C节点相接，另一路经电容TC3接地，第三路与芯片U4的同相输入端相接。
优选的，所述反馈互感器包括芯片HNV025A，所述芯片HNV025A的输入正端经电阻R21与发电机的三相线圈的输出端相接，所述芯片HNV025A的电源正端与+15V电源端相接，所述芯片HNV025A的电源负端与-15V电源端相接，所述芯片HNV025A的输出端与电阻Rm的一端相接。
优选的，所述信号调理电路包括型号为AD637AQ的芯片U1、型号为AD637AQ的芯片U2和型号为AD637AQ的芯片U3；
所述芯片U1、芯片U2和芯片U3的VIN引脚均与电阻Rm的另一端相接，所述芯片U1的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA4引脚相接，所述芯片U2的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA5引脚相接，所述芯片U3的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA6引脚相接。
优选的，所述信号采集电路包括比较器LM358，所述比较器LM358的同相输入端分三路，一路经电阻R6接地，另一地与二极管D1的阴极相接，第三路与电阻R2的一端相接，所述电阻R2的另一端分两路，一路与电阻Rm的另一端相接，另一路经电阻R1与+15V电源相接；所述比较器LM358的反相输入端分两路，一路经电阻R4与比较器LM358的输出端相接，另一端经电阻R3接地，所述比较器LM358的输出端与电阻R7的一端相接，所述电阻R7的另一端分两路，一路与电阻R5的一端相接，另一路与二极管D2的阴极相接，所述二极管D2的阳极与电容C5的一端相接，所述电容C5的另一端和电阻R5另一端的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA3引脚相接。
优选的，所述第一隔离电路包括型号为TLP521-1的光耦U7、型号为TLP521-1的光耦U8和型号为TLP521-1的光耦U9；
所述光耦U7的阴极与芯片U4的输出端相接，所述光耦U8的阴极与芯片U5的输出端相接，所述光耦U9的阴极与芯片U6的输出端相接，所述光耦U7的发射极与电容TC4的一端相接，所述电容TC4另一端和光耦U7集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA0引脚相接，所述光耦U8的发射极与电容TC5的一端相接，所述电容TC5另一端和光耦U8集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA1引脚相接，所述光耦U9的发射极与电容TC6的一端相接，所述电容TC6另一端和光耦U9集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA2引脚相接。
本发明提供的一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，本发明结构简单，设计合理，实现及使用操作方便，通过改变DSP芯片的PWM占空比，实现不同的直流电压输出，具有良好的抗干扰能力，采用电压互感器形成闭环励磁调节系统，电压稳定且精度高，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明的电路原理示意图；
图2为本发明的过零比较电路和第一隔离电路的电路连接关系结构示意图；
图3为本发明的反馈互感器的电路原理结构示意图；
图4为本发明的信号调理电路与微处理器的电路连接关系结构示意图；
图5为本发明的信号采集电路的电路原理结构示意图。
图中：1反馈互感器、2信号调理电路、3信号采集电路、4微处理器、5脉冲调制电路、6第二隔离电路、7整流滤波电路、8发电机、9过零比较电路、10第一隔离电路、11电源电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1、图2和图4所示，本发明包括：
微处理器4、发电机8、与发电机8输出端相接的反馈互感器1和与微处理器4输入端相接的电源电路11；
所述微处理器4的输出端与发电机8的输入端之间依次接有脉冲调制电路5、第二隔离电路6和整流滤波电路7，所述发电机8的输出端与微处理器4的输入端之间依次接有用于调整占空比的过零比较电路9和第一隔离电路10，所述反馈互感器1的输出端接有用于转换反馈电压值的信号调理电路2和用于调整反馈电压值的信号采集电路3，所述信号调理电路2的输出端和信号采集电路3的输出端均与微处理器4相接；
所述微处理器4为DSP芯片TMS320F28069；
所述过零比较电路9包括型号为LM339N的芯片U4、型号为LM339N的芯片U5和型号为LM339N的芯片U6；
所述芯片U4的反相输入端分三路，一路经电阻TR4和电阻TR1与发电机8三相线圈的A节点相接，另一路经电容TC1接地，第三路与芯片U5的同相输入端相接，所述芯片U5的反相输入端分三路，一路经电阻TR5和电阻TR2与发电机8三相线圈的B节点相接，另一路经电容TC2接地，第三路与芯片U6的同相输入端相接，所述芯片U6的反相输入端分三路，一路经电阻TR6和TR3与发电机8三相线圈的C节点相接，另一路经电容TC3接地，第三路与芯片U4的同相输入端相接。
如图3所示，所述反馈互感器1包括芯片HNV025A，所述芯片HNV025A的输入正端经电阻R21与发电机8的三相线圈的输出端相接，所述芯片HNV025A的电源正端与+15V电源端相接，所述芯片HNV025A的电源负端与-15V电源端相接，所述芯片HNV025A的输出端与电阻Rm的一端相接。
如图4所示，所述信号调理电路2包括型号为AD637AQ的芯片U1、型号为AD637AQ的芯片U2和型号为AD637AQ的芯片U3，所述芯片U1、芯片U2和芯片U3的VIN引脚均与电阻Rm的另一端相接，所述芯片U1的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA4引脚相接，所述芯片U2的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA5引脚相接，所述芯片U3的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA6引脚相接。
如图5所示，所述信号采集电路3包括比较器LM358，所述比较器LM358的同相输入端分三路，一路经电阻R6接地，另一地与二极管D1的阴极相接，第三路与电阻R2的一端相接，所述电阻R2的另一端分两路，一路与电阻Rm的另一端相接，另一路经电阻R1与+15V电源相接；所述比较器LM358的反相输入端分两路，一路经电阻R4与比较器LM358的输出端相接，另一端经电阻R3接地，所述比较器LM358的输出端与电阻R7的一端相接，所述电阻R7的另一端分两路，一路与电阻R5的一端相接，另一路与二极管D2的阴极相接，所述二极管D2的阳极与电容C5的一端相接，所述电容C5的另一端和电阻R5另一端的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA3引脚相接。
如图2所示，所述第一隔离电路10包括型号为TLP521-1的光耦U7、型号为TLP521-1的光耦U8和型号为TLP521-1的光耦U9，所述光耦U7的阴极与芯片U4的输出端相接，所述光耦U8的阴极与芯片U5的输出端相接，所述光耦U9的阴极与芯片U6的输出端相接，所述光耦U7的发射极与电容TC4的一端相接，所述电容TC4另一端和光耦U7集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA0引脚相接，所述光耦U8的发射极与电容TC5的一端相接，所述电容TC5另一端和光耦U8集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA1引脚相接，所述光耦U9的发射极与电容TC6的一端相接，所述电容TC6另一端和光耦U9集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA2引脚相接。
具体使用时，外部电源使发电机起励后，经反馈互感器1采取发电机8机端的三相电压送入信号调理电路2和信号采集电路3，经信号调理电路2进行真有效值变换后送入微处理器4，经过信号采集电路3将电压互感器采到的交流信号转化为0-3.3V工频信号输入微处理器4的ADC引脚，发电机8输出端的三相电压经过零比较器电路9和第一隔离电路10送入微处理器4内形成PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过脉冲调制电路5和第二隔离电路6后，触发整流滤波电路7的晶闸管，发出励磁电流，发电机8正常输出电压，同时微处理器4采集输出电压和预定输出电压值进行比较，如果达不到预期目标，由过零比较器电路9调整PWM脉冲产生时间，改变微处理器4输出的PWM脉冲波形，从而改变励磁电压大小，控制发动机8的励磁电流的大小以此调整发电机8的输出端电压，形成闭环励磁调节系统。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，其特征在于，包括：
微处理器（4）、发电机（8）、与发电机（8）输出端相接的反馈互感器（1）和与微处理器（4）输入端相接的电源电路（11）；
所述微处理器（4）的输出端与发电机（8）的输入端之间依次接有脉冲调制电路（5）、第二隔离电路（6）和整流滤波电路（7），所述发电机（8）的输出端与微处理器（4）的输入端之间依次接有用于调整占空比的过零比较电路（9）和第一隔离电路（10），所述反馈互感器（1）的输出端接有用于转换反馈电压值的信号调理电路（2）和用于调整反馈电压值的信号采集电路（3），所述信号调理电路（2）的输出端和信号采集电路（3）的输出端均与微处理器（4）相接；
所述微处理器（4）为DSP芯片TMS320F28069；
所述过零比较电路（9）包括型号为LM339N的芯片U4、型号为LM339N的芯片U5和型号为LM339N的芯片U6；
所述芯片U4的反相输入端分三路，一路经电阻TR4和电阻TR1与发电机（8）三相线圈的A节点相接，另一路经电容TC1接地，第三路与芯片U5的同相输入端相接，所述芯片U5的反相输入端分三路，一路经电阻TR5和电阻TR2与发电机（8）三相线圈的B节点相接，另一路经电容TC2接地，第三路与芯片U6的同相输入端相接，所述芯片U6的反相输入端分三路，一路经电阻TR6和TR3与发电机（8）三相线圈的C节点相接，另一路经电容TC3接地，第三路与芯片U4的同相输入端相接。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，其特征在于：所述反馈互感器（1）包括芯片HNV025A，所述芯片HNV025A的输入正端经电阻R21与发电机（8）的三相线圈的输出端相接，所述芯片HNV025A的电源正端与+15V电源端相接，所述芯片HNV025A的电源负端与-15V电源端相接，所述芯片HNV025A的输出端与电阻Rm的一端相接。
3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，其特征在于：所述信号调理电路（2）包括型号为AD637AQ的芯片U1、型号为AD637AQ的芯片U2和型号为AD637AQ的芯片U3；
所述芯片U1、芯片U2和芯片U3的VIN引脚均与电阻Rm的另一端相接，所述芯片U1的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA4引脚相接，所述芯片U2的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA5引脚相接，所述芯片U3的RMS引脚与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA6引脚相接。
4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，其特征在于：所述信号采集电路（3）包括比较器LM358，所述比较器LM358的同相输入端分三路，一路经电阻R6接地，另一地与二极管D1的阴极相接，第三路与电阻R2的一端相接，所述电阻R2的另一端分两路，一路与电阻Rm的另一端相接，另一路经电阻R1与+15V电源相接；所述比较器LM358的反相输入端分两路，一路经电阻R4与比较器LM358的输出端相接，另一端经电阻R3接地，所述比较器LM358的输出端与电阻R7的一端相接，所述电阻R7的另一端分两路，一路与电阻R5的一端相接，另一路与二极管D2的阴极相接，所述二极管D2的阳极与电容C5的一端相接，所述电容C5的另一端和电阻R5另一端的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA3引脚相接。
5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的同步发电机励磁调节器，其特征在于：所述第一隔离电路（10）包括型号为TLP521-1的光耦U7、型号为TLP521-1的光耦U8和型号为TLP521-1的光耦U9；
所述光耦U7的阴极与芯片U4的输出端相接，所述光耦U8的阴极与芯片U5的输出端相接，所述光耦U9的阴极与芯片U6的输出端相接，所述光耦U7的发射极与电容TC4的一端相接，所述电容TC4另一端和光耦U7集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA0引脚相接，所述光耦U8的发射极与电容TC5的一端相接，所述电容TC5另一端和光耦U8集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA1引脚相接，所述光耦U9的发射极与电容TC6的一端相接，所述电容TC6另一端和光耦U9集电极的连接端与DSP芯片TMS320F28069的ADCINA2引脚相接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190402 |