CN212518846U - 一种直流发电机组励磁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种直流发电机组励磁系统，包括基准电压生成器、PID调节器、功率放大器及反馈调节器，基准电压生成器、PID调节器及功率放大器依次相连，功率放大器的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，直流发电机组的输出端经反馈调节器连接PID调节器的输入端，基准电压生成器包括TL431芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1及三极管Q2。本实用新型将流经电阻R1的电流进行分流，三极管Q1及三极管Q2的集电极分流了电阻R1承受的大部分电流，这样解决了传统基准电压生成器中大功率电阻的限制。

Description

一种直流发电机组励磁系统

技术领域

本实用新型涉及直流发电机励磁技术领域，尤其涉及一种直流发电机组励磁系统。

背景技术

直流发电机组励磁系统常采用如图1所示的结构，直流发电机和励磁系统构成一个闭环反馈，反馈调节器检测直流发电机机端的输出电压，基准电压生成器生成给定电压，PID调节器将直流发电机机端的输出电压与给定电压进行比较，对两者的差值进行PID运算，生成的调节信号经功率放大器输出给发电机的励磁绕组，从而调节励磁以控制直流发电机的输出电压。

其中，基准电压生成器常采用TL431稳压芯片构成的并联稳压电路，在基准电压生成器的输入电压较大时，TL431稳压芯片构成的并联稳压电路中限流电阻的功耗较大，需要功率大的限流电阻，否则会因电流过大而损坏，从而传统的基准电压生成器存在大功率电阻的限制。

实用新型内容

有鉴于此本实用新型提出了一种直流发电机组励磁系统，以解决传统直流发电机组励磁系统中的基准电压生成器存在大功率电阻限制的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种直流发电机组励磁系统，包括基准电压生成器、PID调节器、功率放大器及反馈调节器，基准电压生成器、PID调节器及功率放大器依次相连，功率放大器的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，直流发电机组的输出端经反馈调节器连接PID调节器的输入端，基准电压生成器包括TL431芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1及三极管Q2；

电源Vcc依次经电阻R1、TL431芯片U1的阴极、TL431芯片U1的阳极接地，电阻R1与TL431芯片U1阴极的公共端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极依次经电阻R2、电阻R3接地，电阻R2与电阻R3的公共端连接TL431芯片U1的参考端，三极管Q2的发射极还连接PID调节器的输入端，电源Vcc与电阻R1的公共端与三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极均相连。

可选的，基准电压生成器还包括电阻R4，电阻R4接入电阻R1、TL431芯片U1阴极的公共端与三极管Q1的基极之间。

可选的，基准电压生成器还包括电阻R5，三极管Q2的基极经电阻R5连接三极管Q2的发射极。

可选的，所述直流发电机组励磁系统还包括过压保护电路，所述过压保护电路接入功率放大器输出端与直流发电机组励磁绕组之间。

可选的，所述过压保护电路包括减法器U2、比较器U3、电容C1及电阻R6；

功率放大器的输出端连接减法器U2的同相输入端，减法器U2的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，减法器U2的输出端还连接比较器U3的同相输入端，比较器U3的反相输入端接入参考电压，比较器U3的输出端经电阻R6连接减法器U2的反相输入端，电阻R6与减法器U2反相输入端的公共端经电容C1接地。

可选的，所述过压保护电路还包括二极管D1，二极管D1接入比较器U3的输出端与电阻R6之间，二极管D1的正极连接比较器U3的输出端，负极连接电阻R6。

本实用新型的直流发电机组励磁系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型的三极管Q1及三极管Q2构成的电路将流经电阻R1的电流进行分流，三极管Q1及三极管Q2的集电极分流了电阻R1承受的大部分电流，这样解决了传统基准电压生成器中大功率电阻的限制；且三极管Q1及三极管Q2对电流进行了放大，增强了TL431芯片U1的带负载能力；

(2)本实用新型在功率放大器的输出端产生过压时，减法器U2输出端的电压大于比较器U3反相输入端的参考电压，比较器U3输出一高电平，经二极管D1、电阻R6对电容C1充电，使Vc抬高，这样在功率放大器的输出过压时便拉低了减法器U2的输出，实现了功率放大器输出电压的钳位，避免过压的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统直流发电机组励磁系统的结构示意图；

图2为本实用新型的直流发电机组励磁系统的结构示意图；

图3为本实用新型的基准电压生成器的电路图；

图4为本实用新型的过压保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实施的直流发电机组励磁系统包括基准电压生成器、PID调节器、功率放大器、过压保护电路及反馈调节器，基准电压生成器、PID调节器、功率放大器及过压保护电路依次相连，过压保护电路的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，直流发电机组的输出端经反馈调节器连接PID调节器的输入端。

本实施例中，如图3所示，基准电压生成器包括TL431芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、NPN三极管Q1及NPN三极管Q2；电源Vcc依次经电阻R1、TL431芯片U1的阴极、TL431芯片U1的阳极接地，电阻R1与TL431芯片U1阴极的公共端经电阻R4连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的基极还经电阻R5连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的发射极还依次经电阻R2、电阻R3接地，电阻R2与电阻R3的公共端连接TL431芯片U1的参考端，三极管Q2的发射极还连接PID调节器的输入端，电源Vcc与电阻R1的公共端与三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极均相连。

基准电压生成器中，TL431芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3构成了传统的并联稳压电路，用于将电源Vcc转化为直流发电机组所需的给定电压，电阻R1为限流电阻，Vo＝(1+R2/R3)Vref。本实施例中，三极管Q1及三极管Q2构成的电路将流经电阻R1的电流进行分流，放大倍数为三极管Q1与三极管Q2放大倍数的乘积，三极管Q1及三极管Q2的集电极分流了电阻R1承受的大部分电流，这样解决了传统基准电压生成器中大功率电阻的限制；且三极管Q1及三极管Q2对电流进行了放大，增强了TL431芯片U1的带负载能力。电阻R4为三极管Q1基极的限流电阻，避免大电流烧毁三极管Q1。由于三极管Q2处于截止状态时，三极管Q2并非断路，实际上处于高阻态，会有漏电流通过，存在安全问题，本实施例中的漏电流可通过电阻R5泄放，由于漏电流很小，电阻R5上的电压不足以使三极管Q2导通，三极管Q2可以处于可靠的截止状态。

本实施例中，功率放大器采用OPA548芯片构成的功率放大器，OPA548芯片在单电源供电的情况下其输入共模范围可以低于地；可以对过热和过流进行内部保护。功率放大器的输出必须在OPA548芯片的安全工作区，超出了安全工作区就有可能对功率放大器造成损坏。

如图4所示，本实施例的过压保护电路包括减法器U2、比较器U3、电容C1、电阻R6及二极管D1；功率放大器的输出端连接减法器U2的同相输入端，减法器U2的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，减法器U2的输出端还连接比较器U3的同相输入端，比较器U3的反相输入端接入参考电压，比较器U3的输出端依次经二极管D1的正极、二极管D1的负极、电阻R6连接减法器U2的反相输入端，电阻R6与减法器U2反相输入端的公共端经电容C1接地。其中，比较器U3的输出端为过压保护电路的输出端。

一般的，若功率放大器的输出端接有感性负载，由于在输出通断的瞬间，功率放大器的输出端可以产生比电源高出很多的自感电动势，会造成电路的破坏。本实施例中，初始状态下，减法器U2同相输入端的电压与减法器U2输出端的电压相等，若功率放大器的输出端产生过压，减法器U2输出端的电压大于比较器U3反相输入端的参考电压，比较器U3输出一高电平，经二极管D1、电阻R6对电容C1充电，使Vc抬高，对于减法器U2有，Vout＝Vin-Vc，这样在Vin过压时便拉低了减法器U2的输出，实现了功率放大器输出电压的钳位，避免过压的产生。其中，电阻R6用于控制电容C1的充电时间常数，二极管D1用于防止电容C1反向放电而形成Vc的波动。由于减法器U2中存在电阻，电容C1充电的同时也在放电，导致Vc在钳位稳定后处于微弱的波动状态，会给钳位电压带来一定的误差。为了充分减小误差，需增大电容C1的放电时间常数，即在电容C1不变的前提下尽量增大减法器U2中电阻的值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流发电机组励磁系统，包括基准电压生成器、PID调节器、功率放大器及反馈调节器，基准电压生成器、PID调节器及功率放大器依次相连，功率放大器的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，直流发电机组的输出端经反馈调节器连接PID调节器的输入端，其特征在于：

基准电压生成器包括TL431芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1及三极管Q2；

电源Vcc依次经电阻R1、TL431芯片U1的阴极、TL431芯片U1的阳极接地，电阻R1与TL431芯片U1阴极的公共端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极依次经电阻R2、电阻R3接地，电阻R2与电阻R3的公共端连接TL431芯片U1的参考端，三极管Q2的发射极还连接PID调节器的输入端，电源Vcc与电阻R1的公共端与三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极均相连。

2.如权利要求1所述的直流发电机组励磁系统，其特征在于，基准电压生成器还包括电阻R4，电阻R4接入电阻R1、TL431芯片U1阴极的公共端与三极管Q1的基极之间。

3.如权利要求1所述的直流发电机组励磁系统，其特征在于，基准电压生成器还包括电阻R5，三极管Q2的基极经电阻R5连接三极管Q2的发射极。

4.如权利要求1所述的直流发电机组励磁系统，其特征在于，还包括过压保护电路，所述过压保护电路接入功率放大器输出端与直流发电机组励磁绕组之间。

5.如权利要求4所述的直流发电机组励磁系统，其特征在于，所述过压保护电路包括减法器U2、比较器U3、电容C1及电阻R6；

功率放大器的输出端连接减法器U2的同相输入端，减法器U2的输出端连接直流发电机组的励磁绕组，减法器U2的输出端还连接比较器U3的同相输入端，比较器U3的反相输入端接入参考电压，比较器U3的输出端经电阻R6连接减法器U2的反相输入端，电阻R6与减法器U2反相输入端的公共端经电容C1接地。

6.如权利要求5所述的直流发电机组励磁系统，其特征在于，所述过压保护电路还包括二极管D1，二极管D1接入比较器U3的输出端与电阻R6之间，二极管D1的正极连接比较器U3的输出端，负极连接电阻R6。

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