CN113904600A

CN113904600A - 发电机励磁调节电路

Info

Publication number: CN113904600A
Application number: CN202111276571.4A
Authority: CN
Inventors: 吴敏; 陈永清; 李骏
Original assignee: Jiangxi Tellhow Military Project Group Co ltd
Current assignee: Jiangxi Tellhow Military Project Group Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-07

Abstract

一种发电机励磁调节电路，包括：脉冲控制电路，所述脉冲控制电路包括串联连接的调整管和二极管，所述调整管的接收端用于接收脉冲信号，发电机励磁绕组与所述二极管并串联形成电感回路；耗能电路，串联连接在所述发电机励磁绕组和所述调整管的输出端之间；开关电路，并联连接在所述耗能电路的两端，所述开关电路包括一开关模块；驱动电路，所述驱动电路的输入端与发动机的电压输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述开关模块连接，当所述驱动电路检测到所述发动机的输出电压不超过额定电压，或超出额定电压的百分比不高于阈值时，输出一驱动信号至所述开关模块，所述开关模块根据所述驱动信号驱动所述开关电路导通，以旁路所述耗能电路。

Description

发电机励磁调节电路

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种发电机励磁调节电路。

背景技术

主发电机励磁调节系统对于任何一个发电厂来说都是关键敏感系统，该系统主要作用是给发电机提供空间磁场以建立电压，它的调节性能的好坏能直接影响区域电力系统的稳定。中小型无刷发电机的励磁调节装置(AVR)的功能主要是完成发电机在0～100％负载情况下，能自动地调节发电机励磁磁场，保证发电机输出电压稳定，稳态电压调整率达到±1％以内。

目前，调节励磁的控制方法主要有可控硅移相控制和IGBT脉宽调制PWM。目前的这两种方式中，如果发电机突减(如突减100％负载)发电机输出电压超过额定电压，此时励磁调节(AVR)就需要减少发电机的励磁电流，减少脉冲占空比直至关闭，以调节发电机输出电压恒定。但这样的电路会出现一个问题，由于发电机中电感续流的作用，在开关管关断时，励磁电流不能快速下降，造成发电机在突减负载时输出电压会有一个持续的高电压导致发电机瞬态电压调整率指标超标，甚至在军用电站军标GJB5785中瞬态电压调整率指标为-15％～+20％，这说明中小型发电机普遍存在这样问题。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种发电机励磁调节电路，以解决在开关管关断时，励磁电流不能快速下降的问题。

一种发电机励磁调节电路，包括：

脉冲控制电路，所述脉冲控制电路包括串联连接的调整管和二极管，所述调整管的接收端用于接收脉冲信号，发电机励磁绕组与所述二极管并串联形成电感回路；

耗能电路，串联连接在所述发电机励磁绕组和所述调整管的输出端之间；

开关电路，并联连接在所述耗能电路的两端，所述开关电路包括一开关模块；

驱动电路，所述驱动电路的输入端与发动机的电压输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述开关模块连接，当发动机的输出电压不超过额定电压，或超出额定电压的百分比不高于阈值时，输出一驱动信号至所述开关模块，所述开关模块根据所述驱动信号驱动所述开关电路导通，以旁路所述耗能电路。

进一步的，上述发电机励磁调节电路，其中，所述耗能电路包括能耗电阻，所述能耗电阻的一端与所述调整管的输出端连接，另一端与所述二极管的阳极连接。

进一步的，上述发电机励磁调节电路，其中，所述开关模块为可控硅。

进一步的，上述发电机励磁调节电路，其中，所述驱动电路包括一光耦，以及与所述光耦连接的第一电阻和第二电阻，所述光耦的发射极输出端连接所述第一电阻的一端、所述可控硅的阴极、所述耗能电路的一端，以及二极管的阳极，所述光耦的集电极输出端连接所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端和所述可控硅的触发端，所述第二电阻的另一端连接所述可控硅的阳极，以及所述耗能电路的另一端。

进一步的，上述发电机励磁调节电路，还包括电源和电容，所述电容的正极与所述二极管的阴极连接，所述电容的负极接地，所述电源的正极与所述二极管的阴极连接，负极接地。

进一步的，上述发电机励磁调节电路，其中，所述阈值为3％。

本发明中，通过耗能电路、驱动电路和开关电路的设计，当发动机的输出电压超出额定电压的百分比高于阈值时，该开关电路断开，耗能电路接入，从而该耗能电路迅速消耗励磁绕组的储能能量，使发电机输出电压快速下降；当该发动机的输出电压不超出额定电压的百分比高于阈值时，耗能电路不工作，这样就能做到响应快、又节省励磁源能量。

附图说明

图1为本发明第一实施例中发电机励磁调节电路的原理示意图；

图2为本发明第二实施例中发电机励磁调节电路的原理示意图；

图3为本发明第二实施例中可控硅接通时工作等效图；

图4为本发明第二实施例中可控硅关断时工作等效图。

主要元件符号说明

序号	名称	代号	序号	名称	代号
						1	调整管	Qt	2	电源	Vf
3	二极管	Df	4	电容	C1
						5	发电机励磁绕组	Lf	6	能耗电阻	RJ
7	耗能电路	10	8	可控硅	QK
						9	开关电路	20	10	光耦	U1
11	驱动电路	30	12	第一电阻	R1
						13	开关模块	21	14	第二电阻	R2

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本发明实施例中的发电机励磁调节电路，包括脉冲控制电路、耗能电路10、开关电路20以及驱动电路30。

其中，该脉冲控制电路包括串联连接的调整管Qt和二极管Df。该调整管Qt用于实现线性电源的输出稳压，该调整管Qt可以是三极管加齐纳管，也可以用封装好了的三端稳压器。该调整管Qt的接收端用于接脉冲发生器调制的脉冲信号，并输出稳定的电压信号。发电机励磁绕组Lf为一感性元件，发电机励磁绕组与二极管并串联形成电感回路。在调整管Qt关断时，通过续流二极管Df，励磁绕组Lf保持励磁电流连续和稳定，即保证了发电机励磁磁场的稳定。发电机根据负载大小变化，调节调整管的占空比，即调节励磁电流及励磁磁场，保证发电机恒压输出。该二极管的阴极连接一接地的电源Vf和接地的电容C1，该电源用Vf于提供正向电压。

该耗能电路串联连接在发电机励磁绕组和调整管的输出端之间，通过在电感回路中串联耗能电路来降低τ值。据电感电路的特性：

其中，L为发动机励磁绕组的电感，R为绕组的电阻。

电感回路的时间常数τ决定了电感电流衰减的速率，在不改变电机本身设计的情况下，通过优化AVR的电路来提升发电机的瞬态电压调整率。本实施例中通过串联耗能电路来降低τ值。

通过增加耗能电路10，将加快励磁电流的消耗速率，使得在发电机突减负载后，电压能迅速收敛，发电机瞬态指标有了很大的提升，如SB-W7-30发电机在不加装励磁耗能电路时，瞬态电压调整率指标为(-14％，+23％)，加装后指标为(-14.5％，+18.5％)，满足了发电机的技术要求。

但是耗能电路10的增加仍然需要消耗励磁能量，即使发电机负载是稳定的情况下。因此实现发电机突减负载时快速地减少励磁又不消耗励磁能量，本实施例通过设计开关电路20和驱动电路30来对耗能电路10的接入进行控制。该开关电路20并联连接在耗能电路10的两端，该开关电路20包括一开关模块21，该开关模块用于根据驱动电路的控制信号实现导通和关断。该驱动电路30的输入端与发动机的电压输出端连接，该驱动电路30的输出端与开关模块21连接。当发动机的输出电压不超过额定电压，或超出额定电压的百分比不高于阈值时，该驱动电路30输出一驱动信号(如电平信号)至开关模块21，该开关模块21根据该驱动信号驱动开关电路20导通，以旁路该耗能电路10，此时耗能电路不接入。当该发动机的输出电压超过额定电压的百分比高于阈值，如发电机突减负载造成输出电压上升的情况下，该开关电路20断开，从而使该耗能电路10接入，通过耗能电路10消耗励磁绕组的储能能量，使发电机的输出电压快速下降。

可以理解的，该阈值可根据实际需要进行设置，例如可设置为2％～5％。

本实施例中，通过耗能电路、驱动电路和开关电路的设计，当发动机的输出电压超出额定电压的百分比高于阈值时，该开关电路断开，耗能电路10接入，从而该耗能电路10迅速消耗励磁绕组的储能能量，使发电机输出电压快速下降；当该发动机的输出电压不超出额定电压的百分比高于阈值时，耗能电路10不工作，这样就能做到响应快、又节省励磁源能量。

请参阅图2，为本发明第二实施例中的发电机励磁调节电路，包括脉冲控制电路、耗能电路、开关电路、驱动电路以及电源和电容。

该脉冲控制电路包括串联连接的调整管Qt和二极管Df，调整管Qt的接收端用于接收脉冲信号，发动机励磁绕组Lf的一端与该二极管Df的阴极连接，另一端与调整管Qt连接。该电容C1的正极与二极管Df的阴极连接，负极接地。该电源Vf的正极与二极管Df的阴极连接，负极接地。

该耗能电路串联连接在发电机励磁绕组和调整管的输出端之间。该耗能电路包括能耗电阻RJ，该能耗电阻RJ的一端与调整管Qt的输出端连接，另一端与该二极管Df的阳极连接。

该开关电路20并联连接在能耗电阻RJ的两端，该开关电路包括一开关模块，该开关模块为可控硅QK。

该驱动电路30的输出端与可控硅QK连接，当发动机的输出电压超出额定电压的百分比不高于阈值时，输出一驱动信号至可控硅QK，该可控硅QK导通，从而旁路该耗能电路。

该阈值例如为3％，即当发电机输出电压不超过额定电压3％时，该控制电路导通，以旁路该能耗电阻，耗能电阻不工作，不消耗励磁能量。

该驱动电路包括一光耦U1，以及与光耦U1连接的第一电阻R1和第二电阻R2，该光耦U1的发射极输出端连接第一电阻R1的一端、可控硅QK的阴极、能耗电阻RJ的一端，该光耦U1的集电极输出端连接第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端和可控硅QK的触发端，该第二电阻R2的另一端连接可控硅QK的阳极，以及能耗电阻RJ的另一端。

在可控硅QK导通时，未接入能耗电阻RJ，其等效电路图如图3所示，对应的电感回路的时间常数τ₁计算公式如下：

在可控硅QK关断时，接入耗能电阻，其等效电路图如图4所示。在调整管Qt关断时，通过二极管Df续流，发动机励磁绕组Lf保持励磁电流连续和稳定，即保证了发电机励磁磁场的稳定。发电机根据负载大小变化，调节调整管的占空比，即调节励磁电流及励磁磁场，保证发电机恒压输出。该情况下，对应的电感回路的时间常数τ₂计算公式如下：

本实施例通过在耗能电阻RJ上并联了一个可控硅QK。当发电机输出电压不超过额定电压3％，可控硅的触发电路为0移相，即可控硅QK有正向电压时即可导通，可控硅QK功能为二极管，旁路了耗能电阻RJ，耗能电阻RJ不工作，不消耗励磁能量。当发电机输出电压超过额定电压3％时，驱动光电耦合器U1，关断可控硅QK，使耗能电阻RJ工作，迅速消耗励磁绕组的储能能量，使发电机输出电压快速下降。同时，因耗能电阻常态下不工作，基本不消耗励磁能量，电路得到了优化，也可选择小功率的耗能电阻。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种发电机励磁调节电路，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的发电机励磁调节电路，其特征在于，所述耗能电路包括能耗电阻，所述能耗电阻的一端与所述调整管的输出端连接，另一端与所述二极管的阳极连接。

3.如权利要求1所述的发电机励磁调节电路，其特征在于，所述开关模块为可控硅。

4.如权利要求3所述的发电机励磁调节电路，其特征在于，所述驱动电路包括一光耦，以及与所述光耦连接的第一电阻和第二电阻，所述光耦的发射极输出端连接所述第一电阻的一端、所述可控硅的阴极、所述耗能电路的一端，以及二极管的阳极，所述光耦的集电极输出端连接所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端和所述可控硅的触发端，所述第二电阻的另一端连接所述可控硅的阳极，以及所述耗能电路的另一端。

5.如权利要求1所述的发电机励磁调节电路，其特征在于，还包括电源和电容，所述电容的正极与所述二极管的阴极连接，所述电容的负极接地，所述电源的正极与所述二极管的阴极连接，负极接地。

6.如权利要求1所述的发电机励磁调节电路，其特征在于，所述阈值为3％。