CN201256379Y - 全数字无刷励磁调节装置 - Google Patents
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Abstract
一种全数字无刷励磁调节装置，有同步整形、机端及电网电压整形、定子电流整形、励磁电流整形和隔离输入的输出端分别连接控制单元MCU的输入端，控制单元MCU的输出端连接脉冲放大；同步整形和机端及电网电压整形的输入端通过电压互感器连接同步发电机的输出电压；定子电流整形的输入端通过电流互感器连接同步发电机的输出电流；励磁电流变送器的输入端连接同步发电机的转子线圈上；脉冲放大的输出端分别连接第一晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管的触发端，而第一晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管的一端分别对应连接同步发电机的三相电源的三个端，另一端均连接同步发电机的转子线圈。本实用新型可实现恒压、恒无功、恒功率因数调节，起励迅速、可靠、无超调。
Description
技术领域
本实用新型属于一种无刷励磁调节装置，特别是涉及一种电路简单，可实现恒压、恒无功、恒功率因数调节，捕捉准确、可靠，不漏过任何一个同步信号。整个装置直接取自发电机出口的全数字无刷励磁调节装置。
背景技术
目前，随着技术的进步，无刷励磁装置在低压中小型水轮发电机组及柴油发电机中的应用日益广泛。传统无刷励磁装置大多采用模拟电路或低档单片机系统，其运算精度、速度、可靠性等都难以达到令人满意的效果；特别是要实现复杂的控制及运算时，如自起励、突加/突减负载，恒无功/恒功率因数调节，各种故障保护等，目前的产品所暴露出的不足便尤为突出。如下面所述：
传统电压测量技术采用整流滤波变成直流后进入A/D采集的方法，不但硬件复杂——需增加测量变压器、运放、电阻、电感、电容等元器件，而且实时性、可靠性差。
传统同步实现方法为：将交流同步信号用硬件电路转变成方波，然后进入控制器捕捉其上升或下降沿，最后在程序中处理。但在实际应用中交流同步信号的波形很差，干扰严重，由于同步信号对相位要求很严格，硬件电路中不能加入滤波成分(会产生相移)，所以同步信号捕捉不可靠，一旦同步信号捕捉不到，最终会导致可控硅脉冲信号丢失。
常规残压自起励一般采用继电器常闭触点直接短接可控硅的方法来实现。当电压达到继电器动作阈值时，常闭触点跳开，但如果继电器常闭触点粘连无法可靠断开时，机端电压便会直接加到励磁绕组里，由于励磁电流的迅速增加，机端电压随即也会迅速升高，形成正反馈，机组会严重过压，这是绝对不允许的。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种电路简单，可实现恒压、恒无功、恒功率因数调节，捕捉准确、可靠，不漏过任何一个同步信号。整个装置直接取自发电机出口的全数字无刷励磁调节装置。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种全数字无刷励磁调节装置，包括有三相同步发电机，还设置有同步整形电路、机端及电网电压整形电路、定子电流整形电路、励磁电流变送器、脉冲放大电路、隔离输入电路和控制单元MCU，所述的同步整形电路、机端及电网电压整形电路、定子电流整形电路、励磁电流整形电路和隔离输入电路的输出端分别连接控制单元MCU的输入端，控制单元MCU的输出端连接脉冲放大电路；其中，同步整形电路和机端及电网电压整形电路的输入端通过电压互感器连接同步发电机的输出电压；定子电流整形电路的输入端通过电流互感器连接同步发电机的输出电流；励磁电流变送器的输入端连接同步发电机的转子线圈上；脉冲放大电路的输出端分别连接第一晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管的触发端，而第一晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管的一端分别对应连接同步发电机的三相电源的三个端，另一端均连接同步发电机的转子线圈。
所述的第一晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管分别通过保险管连接同步发电机的三相电源的三个端。
所述的第一晶闸管的两端还并联有二极管。
所述的二极管的两端还分别串联有保险管和开关。
所述的脉冲放大电路的输出端还设置有扩展输出端。
所述的隔离输入电路的输入端分别连接起励、逆变、增磁、减磁、断路器的信号。
所述的隔离输入电路的输入端还设置有扩展输入端，分别连接灭磁开关、大/小电网、手动/自动、交流监视和直流监视的信号。
还设置有隔离输出电路，所述的隔离输出电路的输入端连接控制单元MCU的输出端，隔离输出电路的输出端分别通过继电器连接起励、灭磁开关合、灭磁开关分、故障、备用。
还设置有通讯接口电路，包括有与控制单元MCU相连的MAX232通讯接口电路。
本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的全数字无刷励磁调节装置，具有如下特点：(1)可消除零点漂移对测量的影响，同时也可消除高次谐波及干扰信号，信号还原效果好。捕捉准确、可靠，不漏过任何一个同步信号，而且硬件电路简单。(2)可实现恒压、恒无功、恒功率因数调节；(3)同时将起励过程融入到PID中，使得起励迅速、可靠、无超调。(4)设计了独特的起励按钮+继电器起励回路可完全避免了单纯继电器起励带来的上述安全隐患。(5)整个装置无需单独提供电源，而是直接取自发电机出口。(6)残压自起励建起压后，电源系统会迅速建立起装置所需的稳定可靠的电源供控制器工作。本实用新型可广泛应用于低压中小型水轮发电机组及柴油发电机等所有使用无刷励磁的系统。
附图说明
图1是本实用新型的整体电路构成框图；
图2是控制单元MCU；
图3是同步整形电路的电路原理图；
图4是机端及电网电压整形电路原理图；
图5是定子电流整形电路原理图；
图6是励磁电流整形电路原理图；
图7是脉冲放大电路的电路原理图；
图8是隔离输入电路的电路原理图；
图9是隔离输出电路的电路原理图；
图10是接口电路原理图。
图中的标号分别是：
1—同步整形电路；2—机端及电网电压整形电路；3—定子电流整形电路；4—励磁电流整形电路；5—脉冲放大电路；6—隔离输入电路；7—控制单元MCU；8—隔离输出电路；G—同步发电机。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本实用新型的全数字无刷励磁调节装置如下：
如图1所示，本实用新型的全数字无刷励磁调节装置，包括有同步发电机G，还设置有同步整形电路1、机端及电网电压整形电路2、定子电流整形电路3、励磁电流整形电路4、脉冲放大电路5、隔离输入电路6和控制单元MCU7，所述的同步整形电路1、机端及电网电压整形电路2、定子电流整形电路3、励磁电流整形电路4和隔离输入电路6的输出端分别连接控制单元MCU7的输入端，控制单元MCU7的输出端连接脉冲放大电路5；其中，同步整形电路1和机端及电网电压整形电路2的输入端通过电压互感器PT1连接同步发电机G的输出电压；定子电流整形电路3的输入端通过电流互感器CT1连接同步发电机G的输出电流；励磁电流整形电路4的输入端连接同步发电机G的转子线圈上；脉冲放大电路5的输出端分别连接第一晶闸管K1、第二晶闸管K3和第三晶闸管K3的触发端，而第一晶闸管K1、第二晶闸管K3和第三晶闸管K3的一端分别对应连接同步发电机G的三相电源的三个端，另一端均连接同步发电机G的转子线圈。所述的第一晶闸管K1、第二晶闸管K3和第三晶闸管K3分别通过保险管F2、F3、F4连接同步发电机G的三相电源的三个端。所述的第一晶闸管K1的两端还并联有相互串联的二极管VD、保险管F1和开关。
所述的控制单元MCU7如图2所示，是采用美国MICROCHIP公司dsPIC30F系列高性能数字信号控制器，型号为dsPIC6012A的芯片。
所述的同步整形电路1如图3所示，其信号输入包括有机组频率输入和电网频率输入，输出端连接控制单元MCU7的输入端。其中的运算放大器采用型号为LM358的芯片。
所述的机端及电网电压整形电路2如图4所示，其信号输入包括有电网电压、同步发电机G的AC相电压和BC相电压，输出端连接控制单元MCU7的输入端。其中的运算放大器采用型号为LM358的芯片。
所述的定子电流整形电路3如图5所示，其信号输入包括有A相电流、B相电流和C相电流，输出端连接控制单元MCU7的输入端。其中的运算放大器采用型号为LM358的芯片。
所述的励磁电流整形电路4如图6所示，其信号输入包括有励磁电流和励磁电压，输出端连接控制单元MCU7的输入端。其中的运算放大器采用型号为LM358的芯片。
所述的脉冲放大电路5如图7所示，脉冲放大电路5的输出端除分别连接第一晶闸管K1、第二晶闸管K3和第三晶闸管K3的触发端外，还设置有扩展输出端。
所述的隔离输入电路6如图8所示，所述的隔离输入电路6的输入端分别连接起励、逆变、增磁、减磁、断路器，输出端连接控制单元MCU7的输入端。本实用新型还在脉冲放大电路5的输入端设置有扩展输入端，可分别连接灭磁开关、大/小电网、手动/自动、交流监视和直流监视的信号。
如图9所示，还设置有隔离输出电路，所述的隔离输出电路的输入端连接控制单元MCU7的输出端，隔离输出电路的输出端分别通过继电器连接起励、灭磁开关合、灭磁开关分、故障、备用。
如图10所示，还设置有通讯接口电路，包括有与控制单元MCU7相连的MAX232通讯接口电路。
无刷励磁的主要任务是维持发电机端电压恒定，通过调差设置来保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快速的励磁响应以提高电力系统的稳、暂态响应。本实用新型的主要功能包括：自动运行方式，即发电机恒机端电压PID调节；手动运行方式，即发电机恒励磁电流PID调节；自动/手动自动跟踪，无扰动切换；无功调差调节，正负调差率可设；发电机恒功率因数调节；发电机恒无功功率调节；PT断线保护；V/f保护；过励限制及保护；欠励限制及保护；参数断电保存功能；通讯功能。
Claims (9)
1.一种全数字无刷励磁调节装置，包括有三相同步发电机(G)，其特征是：还设置有同步整形电路(1)、机端及电网电压整形电路(2)、定子电流整形电路(3)、励磁电流变送器(4)、脉冲放大电路(5)、隔离输入电路(6)和控制单元MCU(7)，所述的同步整形电路(1)、机端及电网电压整形电路(2)、定子电流整形电路(3)、励磁电流整形电路(4)和隔离输入电路(6)的输出端分别连接控制单元MCU(7)的输入端，控制单元MCU(7)的输出端连接脉冲放大电路(5)；其中，同步整形电路(1)和机端及电网电压整形电路(2)的输入端通过电压互感器(PT1)连接同步发电机(G)的输出电压；定子电流整形电路(3)的输入端通过电流互感器(CT1)连接同步发电机(G)的输出电流；励磁电流变送器(4)的输入端连接同步发电机(G)的转子线圈上；脉冲放大电路(5)的输出端分别连接第一晶闸管(K1)、第二晶闸管(K3)和第三晶闸管(K3)的触发端，而第一晶闸管(K1)、第二晶闸管(K3)和第三晶闸管(K3)的一端分别对应连接同步发电机(G)的三相电源的三个端，另一端均连接同步发电机(G)的转子线圈。
2.根据权利要求1所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：所述的第一晶闸管(K1)、第二晶闸管(K3)和第三晶闸管(K3)分别通过保险管(F2、F3、F4)连接同步发电机(G)的三相电源的三个端。
3.根据权利要求1所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：所述的第一晶闸管(K1)的两端还并联有二极管(VD)。
4.根据权利要求3所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：所述的二极管(VD)的两端还分别串联有保险管(F1)和开关。
5.根据权利要求1所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：所述的脉冲放大电路(5)的输出端还设置有扩展输出端。
6.根据权利要求1所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：所述的隔离输入电路(6)的输入端分别连接起励、逆变、增磁、减磁、断路器的信号。
7.根据权利要求1或6所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：所述的隔离输入电路(6)的输入端还设置有扩展输入端，分别连接灭磁开关、大/小电网、手动/自动、交流监视和直流监视的信号。
8.根据权利要求1所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：还设置有隔离输出电路，所述的隔离输出电路的输入端连接控制单元MCU(7)的输出端，隔离输出电路的输出端分别通过继电器连接起励、灭磁开关合、灭磁开关分、故障、备用。
9.根据权利要求1所述的全数字无刷励磁调节装置，其特征是：还设置有通讯接口电路，包括有与控制单元MCU(7)相连的MAX232通讯接口电路。
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