CN201966862U - 一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置 - Google Patents

一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置 Download PDF

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李海燕
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Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置，包括残压起励回路和单片机，所述残压起励回路包括开关电源、起励接触器、起励开关、限流电阻、二极管和快速熔断器，所述起励接触器与限流电阻连接，并由开关电源直接控制，所述快速熔断器、起励开关、起励接触器的主触头和二极管依次连接在一起；所述单片机与外部串行D/A输出芯片连接并控制电压给定值，外部串行D/A输出芯片将电压给定值转换成模拟量从而控制发电机机端电压。本实用新型可克服元器件参数漂移对励磁系统可靠性的影响，使小型发电机励磁系统更加稳定可靠。

Description

一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置
技术领域
本实用新型涉及发电机励磁技术领域，具体来说涉及一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置。
背景技术
目前国内农村小型水电站数量众多，大多数发电机出口电压都是400V电压，能直接与农村供电电网连接，电力输送简单方便。这种小型发电机主要生产于上个世纪90年代以前，其励磁装置多数采用了如下两种励磁调节方式：
第一种为调节磁阻型，即通过调节与发电机转子串联的电阻阻值达到调节励磁电流的目的，该类调节方式由于相关设备基本停产，供货困难，运行过程中更难于维护，所以该类调节方式已基本废弃。
第二种为模拟电路调节方式，该调节方式是纯模拟电路调节，由分立元件构成，其元件参数漂移严重，可靠性、安全性较差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置，可克服元器件参数漂移对励磁装置可靠性的影响，使小型发电机励磁装置更加稳定可靠。
本实用新型实现上述目的的技术解决方案是：一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，包括残压起励回路和单片机，所述残压起励回路包括开关电源、起励接触器、起励开关、限流电阻、二极管和快速熔断器，所述起励接触器与限流电阻连接，并由开关电源直接控制，所述快速熔断器、起励开关、起励接触器的主触头和二极管依次连接在一起，当起励开关合闸时，该残压起励回路接通，发电机残压经过半波整流成直流后送至发电机转子，当发电机电压上升到开关电源的最低工作电压后，开关电源能正常供电并使起励接触器控制线圈带电，以使起励接触器的主触头动作，将残压起励回路断开，完成小型发电机的起励过程；所述单片机与外部开关电源连接，当发电机相电压达到外部开关电源的最低工作电压时，外部开关电源工作，给单片机提供工作电源；所述单片机与外部串行D/A输出芯片连接并控制电压给定值，将电压给定值转换成模拟量参与到PI控制环节中，从而控制发电机机端电压。
本实用新型所述单片机设置有用于检测小型发电机机端电压是否达到60％额定电压的引脚，单片机首先将电压给定值限定在60％额定电压，当单片机检测到发电机机端电压已达到60％额定电压值后，单片机控制电压给定值逐步上升至100％额定电压值，发电机机端电压也将外部串行D/A输出芯片的控制下逐渐上升至100％额定机端电压。
本实用新型所述单片机还设置有用于声控报警的引脚，该引脚外部声控报警装置连接，当单片机检测到有故障信号时对外报警。
本实用新型所述单片机还设置有用于外部转子电压过励检测的引脚，当外部转子电压检测回路检测到发电机转子电压超过额定转子电压的1.2倍时，将给予所述过励输入引脚信号，单片机检测到该信号后使上述用于声控报警的引脚输出报警信号，从而驱动外部声控报警装置进行报警。
本实用新型所述单片机还设置有用于并网的引脚，可接受外部并网命令信号，使单片机程序工作在并网状态，闭锁停机命令，设置电压给定值下限，防止小型发电机失磁。
本实用新型所述单片机还分别设置有用于小型发电机增磁和减磁的引脚，当单片机检测到外部有增、减磁控制信号时，对电压给定值进行对应操作，从而控制小型发电机机端电压或者无功大小。
本实用新型所述单片机还设置有至少三个用于检测可控硅脉冲故障的引脚和一个可控硅脉冲故障指示灯引脚，所述可控硅脉冲故障指示灯引脚与外部故障指示灯连接，当单片机检测到脉冲故障时，将驱动外部脉冲故障指示灯亮，并使用于声控报警的引脚输出报警信号，从而驱动外部声控报警装置进行报警。
本实用新型所述单片机还设置有用于停机命令的引脚，当外部输入停机命令时，单片机将进入中断处理程序，将电压给定值设置为0，使发电机电压降至0，完成停机过程。
本实用新型所述单片机还设置有用于检测综合故障的引脚，所述综合故障输入引脚与外部检测回路连接，当发生可控硅过热、快速熔断器熔断、PT故障和同步故障的其中一种或多种故障时，由外部检测回路给予所述用于检测综合故障的引脚信号，单片机检测到该信号后，使上述声控报警输出引脚输出报警信号，从而驱动外部声控报警装置进行报警。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1.本实用新型的装置结构简单，成本低廉，便于装置维护，且其维护成本低；
2.本实用新型可克服元器件参数漂移对励磁装置可靠性的影响，使小型发电机励磁装置更加稳定、可靠。
3.本实用新型通过单片机设定电压给定值控制小型发电机的机端电压，可降低发电机电压的超调量，避免了电压过冲对发电机定子和转子绝缘造成损坏，增强小型发电机励磁过程安全性。
附图说明
图1是本实用新型残压起励回路的电路图；
图2是本实用新型核心控制回路的电路图。
具体实施方式
一种基于单片机的小型发电机励磁装置，主要由残压起励回路和单片机两个部分构成：
残压起励回路，由24V开关电源、起励接触器JCQ、起励开关QS3、限流电阻R62、防反向二极管V4、快速熔断器FU13构成，如图1所示。
所述起励接触器与限流电阻连接，并由开关电源直接控制，所述快速熔断器、起励开关、起励接触器的主触头和二极管依次连接在一起，当起励开关合闸时，该残压起励回路接通，发电机残压经过半波整流成直流后送至发电机转子，当发电机电压上升到开关电源的最低工作电压后，开关电源能正常供电并使起励接触器控制线圈带电，以使起励接触器的主触头动作，将残压起励回路断开，完成小型发电机的起励过程；所述单片机与外部开关电源连接，当发电机相电压达到外部开关电源的最低工作电压时，外部开关电源工作，给单片机提供工作电源；所述单片机与外部串行D/A输出芯片连接并控制电压给定值，将电压给定值转换成模拟量参与到PI控制环节中，从而控制发电机机端电压。
当发电机处于空转状态时，由于机组剩磁的原因，发电机机端有少量的残余电压，本装置的残压起励回路即利用该残压进行起励。当QS3合闸时，该残压起励回路接通，发电机残压经过半波整流成直流后送至发电机转子，此时发电机电压逐渐上升，当发电机电压上升到一定程度时，24V开关电源能正常供电工作，使起励接触器JCQ控制线圈带电，JCQ动作，将起励回路断开。此时，为确保起励回路断开，再将QS3断开，整个操作即完成了发电机起励过程。
所述单片机采用89C2051单片机控制实现，如图2所示。
89C2051单片机由外部开关电源提供+5V工作电源，在残压起励回路的作用下，小型发电机电压逐渐上升，当发电机相电压达到开关电源的最低工作电压85V时，开关电源可靠工作，给单片机提供+5V工作电源。单片机开始工作后，首先将电压给定值限制在60％额定机端电压值，并通过P3.4、P3.5、P3.7三个引脚控制外部串行D/A输出芯片，将电压给定值转换成模拟量，参与到PI控制环节中，从而控制小型发电机机端电压。此时，发电机机端电压逐步上升并将稳定在60％额定电压左右。5秒钟后，当单片机检测到发电机电压已达到60％额定电压值，即P3.0引脚为低电平，单片机控制电压给定值逐步上升至100％额定电压值，发电机机端电压也将在PI环节的控制下逐渐上升至100％额定机端电压。此过程能降低发电机电压的超调量，避免了电压过冲对发电机定子和转子绝缘造成损坏。
89C2051单片机内部控制还包括了增减磁控制以及相关故障的检测判断，其中，
P1.0为输出引脚，定义为声控报警，当检测到有故障发生时，单片机控制该引脚输出脉冲，从而控制声控报警装置对外报警。
P1.1为输入引脚，定义为过励。当转子电压检测回路检测到发电机转子电压超过额定转子电压的1.2倍时，检测回路将P1.1引脚置为低电平，当单片机检测到P1.1引脚为低电平时，判断过励信号动作，驱动声控报警。
P1.2为输入引脚，定义为并网。由于小型发电机主回路简单，并网开关为手动操作，结构简单，无辅助接点引出，因此无法通过判断并网开关状态来判断当前发电机运行状态。当发电机并网发电时，需要人工从外部给并网令信号至单片机内部，让单片机程序工作在并网状态，闭锁逆变令，设置电压给定值下限，防止失磁。
P1.3、P1.4为输入引脚，分别定义为增磁、减磁。当外部有增、减磁控制时，对应的引脚将变成低电平。当单片机检测到两个引脚中有低电平信号时，对电压给定值进行对应操作，从而控制发电机机端电压或者无功大小。
P1.5、P1.6、P1.7为输入引脚，用于检测脉冲故障。发电机的可控硅脉冲由单独的脉冲触发模块控制，单片机对该脉冲进行检测，防止脉冲错误。由于脉冲信号为高电平有效，在正常情况下，该三个引脚不应该同时为低电平或者同时为高电平。当检测到这三个引脚同时为低电平或者同时为高电平时，将判断脉冲故障。同时将置P3.1脚为低电平，驱动外部脉冲故障灯亮和使声控报警装置报警，。
P3.2为输入引脚，定义为停机令，即逆变令。当外部输入停机令时，单片机将进入中断处理程序。此时如果没有并网令，单片机将电压给定值设置为0，使发电机电压降至0，完成停机过程。
P3.3为输入引脚，定义为综合故障。当发生可控硅过热、快熔熔断、PT故障、同步故障时，外部检测回路将P3.3引脚置为低电平，单片机检测到该信号后，驱动声控报警装置进行报警。
本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，包括残压起励回路和单片机，所述残压起励回路包括开关电源、起励接触器、起励开关、限流电阻、二极管和快速熔断器，所述起励接触器与限流电阻连接，并由开关电源直接控制，所述快速熔断器、起励开关、起励接触器的主触头和二极管依次连接在一起；所述单片机与外部串行D/A输出芯片连接并控制电压给定值，外部串行D/A输出芯片将电压给定值转换成模拟量从而控制发电机机端电压。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机为89C2051型单片机。
3.根据权利要求1或2所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机设置有用于检测小型发电机机端电压是否达到60％额定电压的引脚。
4.根据权利要求3所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还设置有用于声控报警的引脚，该引脚与外部声控报警装置连接。
5.根据权利要求4所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还设置有用于外部转自电压过励检测的引脚，该引脚与外部转子电压检测回路连接。
6.根据权利要求5所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还设置有用于并网的引脚。
7.根据权利要求6所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还分别设置有用于小型发电机增磁和减磁的引脚。
8.根据权利要求7所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还设置有至少三个用于检测可控硅脉冲故障的引脚和一个可控硅脉冲故障指示灯引脚，所述可控硅脉冲故障指示灯引脚与外部故障指示灯连接。
9.根据权利要求8所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还设置有用于停机命令的引脚。
10.根据权利要求9所述的基于单片机的小型发电机励磁控制装置，其特征在于，所述单片机还设置有用于检测综合故障的引脚，该引脚与外部检测回路连接。
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