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關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)，整流器，電壓調(diào)節(jié)器

 

1引言

硅整流發(fā)電機(jī)是工程建筑運(yùn)輸?shù)刃凶邫C(jī)械的主要電源，它以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源，在結(jié)構(gòu)上是交流同步發(fā)電機(jī)與整流裝置的組合。與直流發(fā)電機(jī)相比，交流發(fā)電機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、易維修、壽命長、產(chǎn)生的無線電干擾少等優(yōu)點(diǎn)，所以在包括汽車在內(nèi)的行走機(jī)械中一般使用硅整流發(fā)電機(jī)，而不是直流發(fā)電機(jī)。硅整流發(fā)電機(jī)在內(nèi)內(nèi)燃機(jī)在正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時(shí)，向機(jī)械上除啟動(dòng)機(jī)外的所有用電設(shè)備供電。

2硅整流發(fā)電機(jī)工作原理

交流發(fā)電機(jī)是基于電磁感應(yīng)的基本理論而工作的，結(jié)構(gòu)上包括定子（電樞）、轉(zhuǎn)子、前后端蓋、電刷及傳動(dòng)帶輪等部分，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。三相定子繞組在結(jié)構(gòu)、匝數(shù)及線圈個(gè)數(shù)上完全相等，排列上分別相差120度的電角度，轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)帶輪同軸安裝，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，使定子繞組切合磁力線，從而產(chǎn)生三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的頻率、幅值相等，相位互差120度。

硅整流發(fā)電機(jī)的另一部分是整流器，整流器一般由6只硅二極管組成，作用是將電樞繞組產(chǎn)生的交流電整流成直流電，如圖1所示?，F(xiàn)代汽車常采用壓裝式整流器，將VD1、VD3、VD5安裝在正整流板上，組成共陰極二極管組，在某一瞬間，只有正極具有最高電位的二極管導(dǎo)通，連接在一起的陰極作為硅整流發(fā)電機(jī)對(duì)外輸出的正極；VD2、VD4、VD6安裝在在負(fù)整流板上，組成共陽極二極管組，在某一瞬間，負(fù)極具有最低電壓的那個(gè)二極管導(dǎo)通，連接在一起的陽極作為硅整流發(fā)電機(jī)的負(fù)極搭鐵。同一時(shí)刻，六個(gè)二極管中只有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，于是輸出一個(gè)比較平穩(wěn)的直流電壓。

硅整流發(fā)電機(jī)的整流器除了常用的六管整流器外，還有八管、九管、十一管整流器，與六管相比，較多二極管的整流器可以提高發(fā)電機(jī)的輸出的功率。

圖1 六管硅整流發(fā)電機(jī)原理圖

3 電壓調(diào)節(jié)器的重要性

3.1 交流發(fā)電機(jī)的工作特性

3.1.1 空載特性

發(fā)電機(jī)的空載特性是發(fā)電機(jī)空載時(shí)輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，從特性曲線上可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的升高，端電壓上升很快，在較低轉(zhuǎn)速就可以從他勵(lì)轉(zhuǎn)入自勵(lì)。

3.1.2 外特性

發(fā)電機(jī)的外特性是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其輸出電壓與輸出電流的變化關(guān)系，由外特性曲線可知：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，輸出電壓也越高，輸出電流越大，當(dāng)轉(zhuǎn)速保持一定時(shí)，輸出電壓隨輸出電流的增大而下降[1]。

3.2 電壓調(diào)節(jié)器的重要性

由發(fā)電機(jī)的空載特性可知，在發(fā)電機(jī)的輸出電壓與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)載的電流均有關(guān)，由于硅整流發(fā)電機(jī)是由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速由內(nèi)燃機(jī)決定，機(jī)械工作時(shí)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍很大，所以其輸出電壓也會(huì)在很大范圍內(nèi)變化；而由外特性可知，在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如負(fù)載突然變化，電壓也會(huì)隨著突然變化，可能會(huì)擊穿電子元件或燒毀用電設(shè)備。所以，硅整流發(fā)電機(jī)必須配有具有穩(wěn)壓性質(zhì)的電壓調(diào)節(jié)器。

4 電壓調(diào)節(jié)器的工作原理

由于發(fā)電機(jī)的輸出電壓與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及磁通成正比，由轉(zhuǎn)速變化而影響的端電壓，可以通過改變磁通的大小來調(diào)節(jié)。因此，電壓調(diào)節(jié)器的基本工作原理是通過測(cè)量電路檢測(cè)發(fā)電機(jī)的端電壓，根據(jù)端電壓的具體情況，通過改變勵(lì)磁電流的大小，保持發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變。電壓調(diào)節(jié)器分為觸點(diǎn)式、電子式和集成式三類。其中觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器利用電磁鐵的原理，控制觸點(diǎn)振動(dòng)，控制勵(lì)磁電路，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。電子式調(diào)節(jié)器是通過電子元件實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁電流的控制，由于電子式調(diào)節(jié)器無觸點(diǎn)，在工作時(shí)無機(jī)械慣性和磁慣性，且經(jīng)久耐用、無無線電干擾，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車及其他機(jī)械用交流發(fā)電機(jī)中。。

4.1 晶體管調(diào)節(jié)器的基本組成及工作原理

電子式調(diào)節(jié)器可分為晶體管式和集成式兩大類，國內(nèi)外晶體管調(diào)節(jié)器的電路設(shè)計(jì)原理大致相同，一般由1-2個(gè)穩(wěn)壓管、1-3個(gè)二極管、2-3個(gè)晶體管、若干個(gè)電阻、電容等元件組成。由印制電路板連成電路，外有三個(gè)接線柱，“+”（或火線）與發(fā)電機(jī)正極相連，“-”（或搭鐵）與發(fā)電機(jī)負(fù)極相連，“F”（或磁場(chǎng)）與勵(lì)磁繞組相連接。。常用的晶體管調(diào)節(jié)器有JET126、JFT106A、JTF246等型號(hào)。。圖2為晶體管調(diào)節(jié)器的基本電路圖，其內(nèi)部電路可分為控制電路（Ⅰ）和電子開關(guān)電路（Ⅱ）。

當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，輸出電壓較低時(shí)，蓄電池電壓加在晶體管調(diào)節(jié)器的正負(fù)兩端，由于R2兩端電壓較低，小于穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓，穩(wěn)壓管截止，VT1截止，VT2導(dǎo)通，蓄電池向勵(lì)磁電路供電，即勵(lì)磁電流一定，于是發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓超過蓄電池電壓后，發(fā)電機(jī)為包括勵(lì)磁繞組在內(nèi)的用電器供電，由他勵(lì)轉(zhuǎn)為自勵(lì)。如發(fā)電機(jī)電壓超過規(guī)定值后，穩(wěn)壓管兩端電壓超過反向擊穿電壓而擊穿，VT1導(dǎo)通，VT2截止，截?cái)鄤?lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)輸出電壓快速下降，降到規(guī)定值以下后穩(wěn)壓管再次截止，如此循環(huán)，保持發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定。

圖2 晶體管調(diào)節(jié)器基本原理圖

4.2 集成電路調(diào)節(jié)器

集成電路調(diào)節(jié)器將電壓調(diào)節(jié)電路中的元件集成一塊芯片上，基本工作原理與晶體管調(diào)節(jié)器一樣，都是根據(jù)發(fā)電機(jī)的電壓信號(hào)，利用三極管的開關(guān)特性控制勵(lì)磁電流以達(dá)到控制電壓的目的，集成電路調(diào)節(jié)器除了具有晶體管調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有精度高、耐振、體積小、可安裝在發(fā)電機(jī)內(nèi)部與發(fā)電機(jī)組成整體式交流發(fā)電機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。

按檢測(cè)電源電壓的方式不同，集成電路調(diào)節(jié)器可分為硅整流發(fā)電機(jī)電壓檢測(cè)式和蓄電池檢測(cè)式兩種，一般大功率發(fā)電機(jī)多采用改進(jìn)的蓄電池電壓檢測(cè)法，使蓄電池的端電壓得以保證，如圖3所示。

圖3 實(shí)用型蓄電池電壓檢測(cè)改進(jìn)電路

4.3 電腦控制調(diào)節(jié)器

電腦控制調(diào)節(jié)器是一種新型調(diào)節(jié)器，由電負(fù)載監(jiān)測(cè)儀測(cè)量系統(tǒng)總負(fù)載后，向發(fā)電機(jī)電腦發(fā)送信號(hào)，控制發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，適時(shí)地接通或斷開勵(lì)磁電路。在調(diào)節(jié)電壓之外又能減輕發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，提高燃料經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)束語

作為行走機(jī)械的主要電源，硅整流發(fā)電機(jī)完成了將交流電整流成直流電，并保持穩(wěn)定輸出電壓的任務(wù)，關(guān)鍵部分即整流器和電壓調(diào)節(jié)器在其工作中任務(wù)非常重要，提高發(fā)電機(jī)的輸出功率，并輸出高精度的、不受干擾的穩(wěn)定電壓是用電器正常工作及蓄電池良好充電的前提。

參考文獻(xiàn)

[1]張能武，陶榮偉汽車電工快速入門廣東科技出版社2009年1月

[2]高樹德汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社2008年9月北京

[3]顧永杰電工電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社2005年1月北京

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關(guān)鍵詞： 汽車發(fā)電機(jī)； 電壓調(diào)節(jié)器； 數(shù)據(jù)采集； 靜態(tài)測(cè)試

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）15?0099?03

Multifunction static testing instrument for voltage regulator of automotive alternator

LI Zhi?hong1， ZHANG Xiao?qin1， BAO Chang?chun1， WANG Lian?chuan2， WANG Bao?liang2

（1. Hebei Normal University of Science and Technology， Qinhuangdao 066600， China； 2. Qinhuangdao Nachuan Electronic Co.， Ltd.， Qinhuangdao 066600， China）

Abstract： The static testing system for voltage regulator of automotive alternator was developed， for which the electronic simulation alternator was adopted instead of vehicle generator. The system takes a computer as its application platform， and combines the novel integrated components and electronic applied technology. The testing result shows that the system is applied to the multi?paramer test of several products， and has the characteristics of high testing accuracy， stable performance， simple operation and high intelligence. Its testing accuracy is up to 0.1% as dynamic testing system.

Keywords： automotive alternator； voltage regulator； data acquisition； static testing

0 引 言

汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，是汽車供電系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，其用途是穩(wěn)定汽車發(fā)電機(jī)的輸出電壓，使其不受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化和負(fù)載變化的影響。該產(chǎn)品的質(zhì)量狀況的好壞，直接影響到車輛的正常行駛。

多年來，對(duì)汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能測(cè)試，一直沿用在發(fā)電機(jī)測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試的傳統(tǒng)方法。由于整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備龐大、價(jià)格昂貴、耗電量大、操作復(fù)雜[1?3]。所以只有調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠具備該測(cè)試系統(tǒng)，一般的使用單位和汽車電器維修單位都不具備使用該測(cè)試系統(tǒng)的條件。所以對(duì)汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能測(cè)試，一直是困擾各電機(jī)廠及維修市場(chǎng)的難題。

汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器多功能電子測(cè)試儀器，是多年來汽車行業(yè)不論是電機(jī)廠還是維修市場(chǎng)，都急需的電氣性能測(cè)試儀器。多功能測(cè)試儀以計(jì)算機(jī)為應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合最新的集成器件和電子應(yīng)用技術(shù)，具有測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、操作簡單、智能化程度高的特點(diǎn)，它將替代現(xiàn)有龐大的汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器測(cè)試系統(tǒng)，是一項(xiàng)填補(bǔ)國內(nèi)空白的研究課題。

汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器多功能電子測(cè)試儀器在相關(guān)領(lǐng)域推廣應(yīng)用后，將取得較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。已開發(fā)的BL?2型單一功能電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測(cè)試儀已成為國內(nèi)多家電壓調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠及發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠的檢測(cè)儀器，但其只適用于中小批量、單一功能電壓調(diào)節(jié)器的測(cè)試，不能滿足市場(chǎng)的功能需求。為此又開發(fā)了BL?4型多功能電壓調(diào)節(jié)器綜合參數(shù)靜態(tài)測(cè)試儀，適用于三引腳單功能、多引腳單功能、多引腳多功能等不同產(chǎn)品的多項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)。

1 測(cè)試信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

汽車電壓調(diào)節(jié)器的主要參數(shù)有調(diào)節(jié)電壓值、轉(zhuǎn)速特性、負(fù)載特性、溫度補(bǔ)償系數(shù)和飽和壓降，其中轉(zhuǎn)速特性與負(fù)載特性是與發(fā)電機(jī)匹配有關(guān)聯(lián)的參數(shù)，不適合做靜態(tài)測(cè)試，須在發(fā)電機(jī)測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

1.1 多引腳多功能電壓調(diào)節(jié)器的靜態(tài)測(cè)試

該調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)適合裝配無激磁整流管的發(fā)電機(jī)，調(diào)節(jié)器具有雙重功能，即調(diào)節(jié)器功能和指示燈功能，其中的典型產(chǎn)品是夏利發(fā)電機(jī)用的7引腳調(diào)節(jié)器，其外電路的連接如圖1所示。由于調(diào)節(jié)器功能和充電指示燈控制功能相互獨(dú)立，可對(duì)兩個(gè)功能分別進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試。

圖1 7引腳調(diào)節(jié)器外接電路

調(diào)節(jié)器功能：可將B+、IG、S、W并在一起接測(cè)試儀+極，F(xiàn)、E分別接測(cè)試儀的相應(yīng)接線端子（如圖1所示），L串接指示燈后接正極，電壓表指示的數(shù)值即為調(diào)節(jié)電壓值。將W端從正極上斷開，指示燈亮；接上則指示燈滅，說明指示燈功能正常，否則為不正常。

1.2 三引腳單功能調(diào)節(jié)器的測(cè)試

1.2.1 調(diào)節(jié)電壓值的測(cè)試

測(cè)試電路如圖2所示。測(cè)試原理：將電源輸入電子模擬發(fā)電機(jī)，不接調(diào)節(jié)器時(shí)，發(fā)電機(jī)+、-極輸出電瓶電壓，測(cè)量14 V調(diào)節(jié)器時(shí)約8～10 V，測(cè)量28 V調(diào)節(jié)器時(shí)約16～20 V，將調(diào)節(jié)器的引腳按極性分別接到電子模擬發(fā)電機(jī)上時(shí)，電壓表顯示的數(shù)值即為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)電壓值。用此方法測(cè)量調(diào)節(jié)電壓值，不須手動(dòng)調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，效率高。測(cè)量精度取決于電子模擬發(fā)電機(jī)。

圖2 三引腳單功能調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電壓值測(cè)試

1.2.2 輸出端導(dǎo)通壓降的測(cè)量

輸出端導(dǎo)通壓降（即功率管導(dǎo)通壓降）的測(cè)試電路如圖3所示。調(diào)節(jié)電阻[R]至電流規(guī)定值，此時(shí)電壓表讀數(shù)即為調(diào)節(jié)器導(dǎo)通壓降。該壓降越低，調(diào)節(jié)器的自身消耗也越小。

1.3 多引腳單功能調(diào)節(jié)器的靜態(tài)測(cè)試

多引腳單功能調(diào)節(jié)器也可以用靜態(tài)方法進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)槿魏我粋€(gè)電壓調(diào)節(jié)器，只有三個(gè)電極是必備的和不可缺少的，這就是E、B+、F，其他引腳均起輔助功能，只要將輔助引腳進(jìn)行技術(shù)處理，都可以用靜態(tài)方法進(jìn)行測(cè)試。

圖3 輸出端導(dǎo)通壓降測(cè)試

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由信號(hào)調(diào)理電路、多路切換電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0809芯片，其為CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器和逐次逼近寄存器，滿足本系統(tǒng)要求。信號(hào)處理模塊采用AT89C51單片機(jī)，其為一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4 KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（PEROM），采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS?51兼容，是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，適合本系統(tǒng)使用。通信接口采用RS 232異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，并利用MAX232芯片進(jìn)行RS 232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的支持軟件分為匯編服務(wù)程序和人機(jī)界面高級(jí)語言處理程序兩類， 兩者的有機(jī)結(jié)合達(dá)到了高速控制、操作界面簡便、交互友好、功能齊全的目的。

匯編服務(wù)程序主要包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序及其中斷服務(wù)程序、ASCII碼轉(zhuǎn)換程序、串口通信程序[4?5]。程序設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，各功能模塊相對(duì)獨(dú)立，由主控模塊調(diào)用。模塊層次分明、思路清晰，可讀性強(qiáng)，極大地方便了軟件調(diào)試和移植工作。這里給出主程序和ASCII碼轉(zhuǎn)換子程序。主程序主要完成調(diào)用各子程序以及中斷服務(wù)程序的準(zhǔn)備工作，其程序流程如圖5所示。ASCII碼轉(zhuǎn)換子程序采集卡采集到的數(shù)據(jù)在輸出到計(jì)算機(jī)之前，必須先轉(zhuǎn)換成ASCII碼，才能在屏幕上顯示。程序流程如圖6所示。

圖5 匯編服務(wù)主程序流程 圖6 ASCII碼轉(zhuǎn)換流程

3 可視界面的軟件設(shè)計(jì)

為給用戶提供方便的圖形界面和全面的數(shù)據(jù)信息，采用Visual Basic 語言進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，包括參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸出三個(gè)主要功能，操作流程如圖7所示。圖8為電壓值采集界面。軟件在第一次使用運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)屏幕右下角功能配置區(qū)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。全局設(shè)定包括采集頻率、取值周期、是否自動(dòng)保存和自動(dòng)保存取值次數(shù)等內(nèi)容的設(shè)定。電壓值校準(zhǔn)是為了保證軟件顯示數(shù)據(jù)和測(cè)試儀面板顯示數(shù)據(jù)一致，進(jìn)行電壓值校準(zhǔn)設(shè)置時(shí)，必須先開啟測(cè)試儀電源，并保證采集卡已經(jīng)正確連接到電腦上。產(chǎn)品維護(hù)是配置所測(cè)試產(chǎn)品數(shù)據(jù)的合格范圍，在此范圍外的測(cè)試數(shù)據(jù)為不合格記錄，必須正確配置。

4 測(cè)試結(jié)果分析

BL?4多功能電壓調(diào)節(jié)器靜態(tài)測(cè)試儀如圖9所示，由測(cè)試部分和數(shù)據(jù)采集部分組成。測(cè)試部分用來測(cè)試汽車電壓調(diào)節(jié)器的電氣性能參數(shù)，并可以顯示輸出數(shù)據(jù)，其原理結(jié)構(gòu)如圖10所示，包括電源、電子模擬發(fā)電機(jī)、控制、輸出、操作及可調(diào)負(fù)載6個(gè)模塊。電源部分設(shè)置3組開關(guān)，用于測(cè)試不同系列產(chǎn)品的不同參數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用是將電壓調(diào)節(jié)器測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，并通過人機(jī)界面記錄、保存數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行成批分析、處理數(shù)據(jù)。

測(cè)試室溫為23 ℃，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為6 000轉(zhuǎn)/分，14 V調(diào)節(jié)器負(fù)載電流為9 A，28 V調(diào)節(jié)負(fù)載電流為5 A時(shí)，動(dòng)態(tài)測(cè)試與靜態(tài)測(cè)試的調(diào)節(jié)電壓值見表1。說明靜態(tài)測(cè)試結(jié)果接近于動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果，相對(duì)誤差小于0.14%，滿足調(diào)節(jié)器標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。

圖7 操作界面流程

圖8 電壓值采集界面

圖9 BL?4型電壓調(diào)節(jié)器測(cè)試儀

圖10 測(cè)試儀原理結(jié)構(gòu)

表1 靜態(tài)測(cè)試與動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果

[調(diào)節(jié)器＼&調(diào)節(jié)電壓＼&相對(duì)

誤差 /V＼&型號(hào)＼&電壓系列 ＼&發(fā)電機(jī)

類型＼&動(dòng)態(tài)

測(cè)試 /V＼&靜態(tài)

測(cè)試 /V＼&T152E＼&12 V＼&JFZ182＼&14.45＼&14.46＼&0.01＼&T1425＼&12 V＼&JFZ1925＼&14.62＼&14.64＼&0.02＼&T1676＼&12 V＼&JFZ1921＼&14.44＼&14.42＼&-0.02＼&T231E＼&24 V＼&JFZ271＼&28.50＼&28.48＼&-0.02＼&T2674＼&24 V＼&JFZ2821A＼&28.52＼&28.55＼&0.03＼&T2665＼&24 V＼&JFZ2821B＼&28.48＼&28.50＼&0.02＼&]

5 結(jié) 論

經(jīng)過一年多的試用，BL?4多功能電壓調(diào)節(jié)器綜合參數(shù)測(cè)試儀，同時(shí)操作方便，成本低，既適用于中小批量、單一功能電壓調(diào)節(jié)器的測(cè)試，也適用于大批量生產(chǎn)、多功能電壓調(diào)節(jié)器的測(cè)試，并可以進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)測(cè)大批量產(chǎn)品的性能和可靠性，測(cè)試精度可以達(dá)到動(dòng)態(tài)測(cè)試的0.1%，高于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的推廣性。

參考文獻(xiàn)

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[4] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

篇3

一、前言

核電汽輪機(jī)的特點(diǎn)是功率大、進(jìn)汽參數(shù)低，因此轉(zhuǎn)子重量大，軸承所需油量大。為了保證安全、穩(wěn)定的軸承供油，油系統(tǒng)采用主軸驅(qū)動(dòng)式主油泵直接供油，壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓。

核電汽輪機(jī)主油泵為齒輪泵，齒輪泵結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，油系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性高，在工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)核電汽輪機(jī)主油泵的試驗(yàn)研究為其國產(chǎn)化提供了理論依據(jù)。

二、目的

對(duì)于首次研制的主油泵，按照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求須對(duì)其進(jìn)行型式試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，能否滿足使用要求。

為了完成試驗(yàn)，設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)系統(tǒng)來進(jìn)行測(cè)試。

三、試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求以及核電汽輪機(jī)油系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，確定主油泵、壓力調(diào)節(jié)閥的試驗(yàn)項(xiàng)目以及試驗(yàn)方法，本試驗(yàn)項(xiàng)目包括：

1、排量驗(yàn)證試驗(yàn)

測(cè)量泵在空載穩(wěn)態(tài)工況下設(shè)定轉(zhuǎn)速的流量和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速測(cè)量分3檔，額定轉(zhuǎn)速、停輔助油泵轉(zhuǎn)速及二者中間轉(zhuǎn)速；

2、效率試驗(yàn)（容積效率、總效率）

在額定轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的六個(gè)等分轉(zhuǎn)速下，分別測(cè)量空載壓力至額定壓力范圍內(nèi)至少六個(gè)等分壓力點(diǎn)（包括空載壓力和額定壓力）的有關(guān)效率的流量、壓力、轉(zhuǎn)速、輸入扭矩等各組數(shù)據(jù)；

3、壓力振擺檢查

在額定工況下，觀察并記錄被試泵出口壓力振擺值；

4、自吸試驗(yàn)

檢驗(yàn)泵的吸油能力，在額定轉(zhuǎn)速、空載壓力工況下，測(cè)量被試泵吸入口真空度為零時(shí)的排量。以此為基準(zhǔn)，逐漸增加吸入阻力，直至排量下降1%時(shí)，測(cè)量其真空度；

5、噪聲試驗(yàn)

在額定轉(zhuǎn)速下，進(jìn)口壓力在-16kPa至設(shè)計(jì)規(guī)定最高的進(jìn)口壓力的范圍內(nèi)，分別測(cè)量被試泵空載壓力至額定壓力范圍內(nèi)，至少六個(gè)等分壓力點(diǎn)（包括空載壓力和額定壓力）的噪聲值；

6、低速試驗(yàn)

在輸出穩(wěn)定的額定壓力，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘以上測(cè)量流量、壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算容積效率并記錄最低轉(zhuǎn)速；

7、超速試驗(yàn)

分別在空載壓力及額定壓力下，逐漸升速至額定轉(zhuǎn)速的115%，各自連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘以上；

8、超載試驗(yàn)

在被試泵的進(jìn)口溫度為52～55℃、額定轉(zhuǎn)速和125%額定壓力下作連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1分鐘以上；

9、效率檢查

完成上述規(guī)定項(xiàng)目試驗(yàn)后測(cè)量額定工況下的容積效率和總效率。

10、壓力調(diào)節(jié)閥試驗(yàn)

測(cè)量壓力調(diào)節(jié)閥在不同壓力下對(duì)應(yīng)的流量。

四、試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)主要組成及功能

該試驗(yàn)系統(tǒng)主要由變頻電機(jī)、液壓系統(tǒng)、儀器儀表、控制等組成。

變頻電機(jī)用于向被試泵提供動(dòng)力并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；主油泵試驗(yàn)系統(tǒng)提供被試泵的各種工況；儀器儀表用于測(cè)量壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)并遠(yuǎn)傳信號(hào)；集控中心實(shí)現(xiàn)油溫控制、壓力控制、轉(zhuǎn)速控制、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)通信等。

2、主油泵試驗(yàn)系統(tǒng)工作原理

針對(duì)主油泵試驗(yàn)需要驗(yàn)證的項(xiàng)目，模擬核電汽輪機(jī)油系統(tǒng)實(shí)際布置情況，設(shè)計(jì)本試驗(yàn)系統(tǒng)。

試驗(yàn)系統(tǒng)主要設(shè)備：

1）變頻電機(jī)、主油泵試驗(yàn)箱體

變頻電機(jī)向主油泵提供動(dòng)力，與泵減速齒輪之間采用撓性聯(lián)軸器連接，同時(shí)安裝扭矩儀和速度傳感器。變頻電機(jī)可根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定在設(shè)定值。

為了模擬主油泵在油系統(tǒng)中的正常運(yùn)行工況，變頻電機(jī)與主油泵安裝在油箱液面大約4.5米高的平臺(tái)上，以檢驗(yàn)泵的自吸性能。

根據(jù)主油泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)箱體，泵進(jìn)、出油管均在箱體下方。試驗(yàn)時(shí)箱體密閉，防止油泄漏。

2）流量調(diào)節(jié)閥

使用流量調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)系統(tǒng)回油箱的流量，通過調(diào)節(jié)流量以達(dá)到給系統(tǒng)加載的目的，實(shí)現(xiàn)主油泵出口壓力的調(diào)節(jié)。

3）壓力調(diào)節(jié)閥

壓力調(diào)節(jié)閥與主油泵同屬于油系統(tǒng)設(shè)備，也是被試對(duì)象。

汽輪機(jī)油系統(tǒng)正常工況主油泵的流量是恒定的，為了克服損耗的變化并使油壓維持在恒定值，在供油管道上并聯(lián)一壓力調(diào)節(jié)閥，使過量的油經(jīng)過旁路回到主油箱以調(diào)節(jié)油供油母管壓力。在進(jìn)行主油泵試驗(yàn)時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥可用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

4）儀器儀表

包括壓力傳感器、熱電阻、流量計(jì)、扭矩儀、速度傳感器等，儀表精度應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范要求并能實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳。

流量計(jì)安裝在直管段上，其前后直管段長度要求：前10D，后5D（D管道公稱直徑）。

5）供油設(shè)備

包括油箱、供油泵、冷油器、電加熱器、溫度計(jì)、油箱等。

3、試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

通過調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速和出口壓力從而得出對(duì)應(yīng)的流量，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完畢后將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，編制詳細(xì)的試驗(yàn)報(bào)告，繪制相關(guān)特性曲線。

1）流量-轉(zhuǎn)速曲線

齒輪泵是容積泵，其流量隨著轉(zhuǎn)速增加而增大，理論上是成正比關(guān)系。

2）流量-壓力曲線

齒輪泵理論上在轉(zhuǎn)速一定的情況下流量不變，泵的結(jié)構(gòu)特性，實(shí)際上泵齒間、齒殼間存在間隙，有泄露，泵出口壓力升高泄露量增大，泵出口流量減小。

3）效率-壓力曲線

在額定轉(zhuǎn)速下，泵的容積效率隨工作壓力的增大而降低；泵的機(jī)械效率隨工作壓差的增大而提高；泵的總效率等于輸出功率和輸入功率之比，隨著壓力增大，其輸出功率增大幅度大于輸入功率增大幅度，因此泵的總效率隨壓力增大而提高。

五、結(jié)語

隨著我國核電事業(yè)的不斷發(fā)展，核電項(xiàng)目不斷增多，從長遠(yuǎn)利益考慮，核電汽輪機(jī)主油泵的自主化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行，主油泵試驗(yàn)系統(tǒng)以及試驗(yàn)規(guī)程必不可少，因此本試驗(yàn)研究具有很大的實(shí)際意義。由于本試驗(yàn)系統(tǒng)是全新設(shè)計(jì)且較復(fù)雜，在試驗(yàn)過程中還需不斷摸索、完善。

參考文獻(xiàn)

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[2] 國家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)，《液壓泵、馬達(dá)空載排量 測(cè)定方法》（GB7936-87），國家標(biāo)準(zhǔn).

篇4

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；空調(diào)壓縮機(jī)控制器；低耗節(jié)能

0 前言

空調(diào)系統(tǒng)的能耗在現(xiàn)實(shí)生活中是一個(gè)不可忽視的問題。因此，研究設(shè)計(jì)低能耗空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能來說非常重要?？照{(diào)壓縮機(jī)控制器是空調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。采用基于單片機(jī)控制的電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)控制器是一種有效的低功耗節(jié)能手段。電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)是由電機(jī)、電子控制單元和壓縮機(jī)等組成，壓縮機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電子控制單元控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。永磁無刷直流電機(jī)因?yàn)樾阅軆?yōu)良等特點(diǎn)在諸多行業(yè)備受重視，尤其在節(jié)能方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。無刷直流電機(jī)在空調(diào)壓縮機(jī)中采用變頻等技術(shù)，很大程度上降低了噪音和損耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。采用基于單片機(jī)控制的控制器節(jié)能效果明顯，具有廣泛發(fā)展前景。

1 電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)工作過程

壓縮機(jī)是電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部件，它為空調(diào)系統(tǒng)的正常工作提供了保障?？照{(diào)壓縮機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)中主要用來壓縮驅(qū)動(dòng)制冷劑。空調(diào)壓縮機(jī)的工作過程有蒸發(fā)和冷凝過程，壓縮機(jī)把制冷劑壓縮后進(jìn)行冷卻，同時(shí)通過散熱片向空氣中散熱，制冷劑也發(fā)生形態(tài)變化，壓力也同時(shí)升高。制冷劑隨后被送到到蒸發(fā)器中，壓力下降。此時(shí)散熱片吸收空氣中大量的熱量。經(jīng)過這樣一個(gè)循環(huán)過程，空調(diào)壓縮機(jī)不斷工作，就不斷把熱量散發(fā)到空氣中，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)氣溫的工作。電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)一般都采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且現(xiàn)在空調(diào)壓縮機(jī)的電機(jī)多采用無刷直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。無刷直流電動(dòng)機(jī)，是一種用電子換向的小功率直流電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，工作效率高。無刷直流電動(dòng)機(jī)中采用的是自控式逆變器，它的輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，而是受安裝在同步電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器控制。這也是電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的具體工作方式。電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)主要通過單片機(jī)控制器進(jìn)行相關(guān)的控制和調(diào)節(jié)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的一些設(shè)定參數(shù)進(jìn)行控制，并進(jìn)一步控制電動(dòng)空調(diào)的低功耗和節(jié)能效果。

2 控制器低功耗節(jié)能設(shè)計(jì)途徑

控制器是控制電動(dòng)空調(diào)的的主要部件。要想使空調(diào)的功耗低從而達(dá)到節(jié)能的目的，必須對(duì)控制器進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件和軟件的雙重設(shè)計(jì)和結(jié)合使低功耗成為常態(tài)，并為節(jié)能提供了保障。

2.1 單片機(jī)的合理選擇

單片機(jī)在現(xiàn)代生活和工業(yè)中的電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種微控制器，它主要功能是將多種處理器以及接口等通過相應(yīng)的芯片集成而成。與其它普通的微處理器相比較的話，單片機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是不用外接其它的硬件，從而節(jié)約了制造成本。單片機(jī)有很多顯著的特點(diǎn)，比如單片機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡易、方便用戶使用，可通過模塊化進(jìn)行編程；單片機(jī)可靠性很強(qiáng)，可以連續(xù)進(jìn)行長時(shí)間的工作。此外，單片機(jī)本身需要的電壓較低，因而能耗也比較低。單片機(jī)本身可以做成小規(guī)模產(chǎn)品，便于使用者攜帶?？梢哉f單片機(jī)的功能是十分強(qiáng)大的，能夠滿足現(xiàn)實(shí)中很多實(shí)際需求。單片機(jī)應(yīng)用在電動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)控制時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的匹配和合理選擇。只有這樣才能充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。整個(gè)空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)的控制器要采用合適的單片機(jī)，以期滿足需要的供電電壓等相關(guān)要求。單片機(jī)具體在空調(diào)待機(jī)不需要正常工作時(shí)進(jìn)行控制，降低空調(diào)能耗，從而節(jié)約電能。在空調(diào)其它工作狀態(tài)下時(shí)單片機(jī)再進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制。單片機(jī)作為一個(gè)核心部件，它性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到空調(diào)的工作效率以及低功耗的實(shí)現(xiàn)甚至減小能源消耗等，所以在進(jìn)行單片機(jī)的選擇時(shí)要合理、規(guī)范而有效。

2.2 電路的全面統(tǒng)籌

空調(diào)系統(tǒng)作為一個(gè)系統(tǒng)的整體，缺少不了電路的設(shè)計(jì)。而空調(diào)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)也非常復(fù)雜，電路的設(shè)計(jì)包括主控電源電路設(shè)計(jì)、低功耗電源電路設(shè)計(jì)以及模式切換電路設(shè)計(jì)等相關(guān)設(shè)計(jì)，必須全面統(tǒng)籌進(jìn)行合理有效的設(shè)計(jì)。在主控電源電路的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，多采用雙路供電工作方式，并采取電子開關(guān)轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)工作模式的切換。主控電源根據(jù)電機(jī)工作模式的需要，進(jìn)行相應(yīng)電壓的供應(yīng)，以提高電源轉(zhuǎn)換效率。在低功耗電源電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，電源可采用低功耗直流電-直流電，從而滿足相應(yīng)的電壓和電流的要求。兩路電源都可以產(chǎn)生相應(yīng)的電壓給單片機(jī)供電，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行工作模式的轉(zhuǎn)換時(shí)，電子開關(guān)能夠切換到要使用的電源。在設(shè)計(jì)電子開關(guān)時(shí)，依據(jù)控制器的輸入電流和輸入電壓來進(jìn)行選擇，同時(shí)考慮到散熱體積、散熱效果和成本，選擇合適的晶體管來作為電子開關(guān)的材料?？照{(diào)系統(tǒng)的工作模式其實(shí)可以分為兩大類，就是低功耗模式以及其它功耗工作模式，根據(jù)實(shí)際需求，單片機(jī)需要在這兩大類工作模式之間進(jìn)行相應(yīng)的切換，因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的模式切換電路。其中喚醒電路是模式切換電路的一種有效方式。使用者可以通過調(diào)節(jié)外部信號(hào)來控制控制器中的相應(yīng)程序。控制器通過外部速度信號(hào)以及不同占空比來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并同時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)的電壓和電流在一定范圍內(nèi)變化。總而言之，電路的設(shè)計(jì)在空調(diào)系統(tǒng)中是一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)目標(biāo)做好各電路的設(shè)計(jì)以及各電路之間的全面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，從而提高工作效率，達(dá)到低功耗和節(jié)能的效果。

2.3 控制軟件的編程

任何一個(gè)電子產(chǎn)品的成功運(yùn)行，除了在硬件上進(jìn)行相應(yīng)的保證和升級(jí)，軟件的設(shè)計(jì)和編程也非常重要。必須對(duì)硬件進(jìn)行相應(yīng)的軟件控制才能使硬件正常甚至高效工作?？刂栖浖诰幊痰臅r(shí)候可以采用模塊化的編程方式，從而控制電機(jī)的待機(jī)、起動(dòng)、停止、低功耗等工作模式。控制軟件除了使空調(diào)進(jìn)行相應(yīng)模式的工作之外，使空調(diào)進(jìn)行安全的正常工作也十分重要。因此在控制軟件的編程環(huán)節(jié)，也需要針對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中常見的安全問題進(jìn)行合理有效編程。比如要避免在空調(diào)剛通電時(shí)出現(xiàn)過壓、過載、過流、過溫等情況，從而保證空調(diào)系統(tǒng)起動(dòng)正常。因此在軟件編程的時(shí)候要考慮到各種保護(hù)機(jī)制，防止在系統(tǒng)工作的時(shí)候產(chǎn)生故障影響安全?？刂栖浖木幊桃部梢越档涂照{(diào)系統(tǒng)的功耗。其中在編程的時(shí)候采取限流降速的方法來降低功耗。也就是控制軟件根據(jù)使用者的具體需要，限制壓縮機(jī)的工作電流，并且可以調(diào)整相應(yīng)的限流值。如果壓縮機(jī)的電流超過了限制的電流，控制器會(huì)則根據(jù)之前設(shè)定好的程序來降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。通過軟件的編程，可以根據(jù)實(shí)際情況，使控制器執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制電機(jī)的運(yùn)行，使空調(diào)系統(tǒng)在待機(jī)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)低功耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3 結(jié)語

采用單片機(jī)來進(jìn)行電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的控制是一種有效的低功耗節(jié)能方式。本研究在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的必要性以及壓縮機(jī)工作過程的背景下，具體提出了三種控制器低功耗節(jié)能設(shè)計(jì)措施。要合理選擇單片機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)工作模式的控制和切換。要全面統(tǒng)籌電路，在主控電源電路設(shè)計(jì)、低功耗電源電路設(shè)計(jì)以及模式切換電路做好設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)。軟件在控制時(shí)編程環(huán)節(jié)要考慮實(shí)際情況，并要保障空調(diào)系統(tǒng)的安全問題。這些措施的實(shí)施都為空調(diào)系統(tǒng)的低功耗和節(jié)能提供了有效思路和合理建議。

【參考文獻(xiàn)】

篇5

電流調(diào)節(jié)器主要作用是穩(wěn)定電流，電路如圖4示．當(dāng)IdUi=－Us+Ufi=(－Us+Id)＞0UkUdId．當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，Ui=(－Us+Id)=0，即Id=Us/，所以Us一定時(shí)，Id將保持在Us/的數(shù)值上．通過調(diào)節(jié)W6可以調(diào)節(jié)LT的時(shí)間常數(shù)，調(diào)節(jié)W7可以整定Id的最大值．

參數(shù)設(shè)定

電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定。取輸入電阻R22=R23=10kΩ，濾波時(shí)間常數(shù)Tfi=2ms，則濾波電容C8=4Tfi/(R22+R23)=0．4μF．因三相橋式整流晶閘管的延時(shí)時(shí)間T0=1．7ms，則電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑i=Tfi+T0=3．7ms，Ti=4T∑i=14．8ms．現(xiàn)取C11=2μF，那么R26=4T∑i/C11=7．4kΩ，此處取W6=W7=20kΩ，R27=2kΩ，限電阻R24=R28=R29=R31=1kΩ，R25=100kΩ．

速度調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定。取輸入電阻R13=R14=10kΩ，速度濾波時(shí)間常數(shù)Tfn=10ms，則濾波電容C6=4Tfn/(R13+R14)=0．2μF．因電流環(huán)為典“Ⅱ”系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則速度環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n=Tfn+Ti=10+14．8=24．8ms，Tn=4T∑n=99．2ms，現(xiàn)取C7=2μF，那么R20=4T∑n/C7=49．6kΩ(取50kΩ)，此處取W4=W5=20kΩ，R21=2kΩ，限電阻R15=R17=R18=R19=1kΩ，R16=150kΩ．

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制過程

在軋制帶鋼的過程中，當(dāng)遇到帶鋼的焊接口或帶鋼比較厚的地方時(shí)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的過程如圖5示．

轉(zhuǎn)速n下降，電流Id上升．在軋鋼過程中遇到上述現(xiàn)象時(shí)，轉(zhuǎn)速n會(huì)下降，電流Id會(huì)上升，因?yàn)镸fzMd＜MfzM合=(Md－Mfz)＜0nUn=(Ug2－an)＞0|－Us|Ui=(－Us+Id)＜0UkUdIdMd，同時(shí)IdUi=(－Us+Id)＞0UkUdId．在速度調(diào)節(jié)器的作用下，轉(zhuǎn)速n的繼續(xù)下降會(huì)得到阻止，同時(shí)電流調(diào)節(jié)器的作用也使電流Id的繼續(xù)上升會(huì)被其抑制，因ST是外環(huán)在調(diào)節(jié)過程中起主導(dǎo)作用，而LT是內(nèi)環(huán)起跟隨作用，所以電流的變化始終跟隨著速度的變化，因此轉(zhuǎn)速n下降，電流Id上升．

轉(zhuǎn)速n上升，電流Id繼續(xù)上升．隨著Id的上升，Md繼續(xù)上升，當(dāng)Md=Mfz時(shí)，轉(zhuǎn)速n不再下降，但n仍然小于n1，U仍然大于零，所以Md繼續(xù)上升，Md＞Mfz，轉(zhuǎn)速n回升，同時(shí)電流Id也繼續(xù)上升．

轉(zhuǎn)速n繼續(xù)上升，電流Id下降．當(dāng)n回升n1時(shí)，Md不再上升，則電流Id也不再上升，但Md＞Mfz，因此馬達(dá)繼續(xù)加速，轉(zhuǎn)速n繼續(xù)上升，使轉(zhuǎn)速n＞n1．這樣又使U＜0|－Us|Ui=(－Us+Id)＞0UkUdIdMd，所以電流Id下降．

轉(zhuǎn)速n下降，電流Id繼續(xù)下降．隨著Md的下降，當(dāng)Md=Mfz時(shí)，n此時(shí)仍然大于n1，U仍然小于零，U＜0|－Us|Ui=(－Us+Id)＞0UkUdIdMd，所以電流Id繼續(xù)下降．3．5轉(zhuǎn)速n下降，電流Id上升．因?yàn)镸d繼續(xù)下降，使Md＜Mfz，此時(shí)系統(tǒng)將重復(fù)上述的過程．當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過一些小震蕩后，Md、Id和轉(zhuǎn)速n將會(huì)趨于穩(wěn)定，即Md=Mfz2，n=n1，I=I1．雖然此系統(tǒng)要經(jīng)過一些小震蕩后才能穩(wěn)定，但在LT和ST的作用下，其震蕩的幅值比較小，同時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的時(shí)間非常短，只有零點(diǎn)零幾秒，所以在軋制帶鋼的過程中觀察不到主機(jī)轉(zhuǎn)速的變化和鋼帶“拉扯”的現(xiàn)象，這樣軋出來帶鋼的質(zhì)量比較理想．同理當(dāng)帶鋼由厚變薄時(shí)，此系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)行反過程的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到新的平衡，調(diào)節(jié)過程不再陳述．

故障分析與處置

在一次軋制帶鋼的過程中，主機(jī)的運(yùn)行速度從平穩(wěn)狀態(tài)突然上升到到最大值，并且不可控制．緊急停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，用來測(cè)定主機(jī)運(yùn)行速度的發(fā)電機(jī)燒毀，致使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用突然消失，也就是說Ufn=an=0，那么加在速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差電壓Un=Ug2－Ufn=(Ug2－an)=Ug2，而此時(shí)Ug2的電壓是4．2伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常輸入時(shí)的偏差電壓Un，Ug2的電壓直接加在速度調(diào)節(jié)器輸入端，使速度調(diào)節(jié)器飽和，輸出的電壓Us為－9．5伏，為主機(jī)轉(zhuǎn)速n的最大限幅值，主機(jī)轉(zhuǎn)速突然上升到最大值．更換測(cè)速發(fā)電機(jī)，調(diào)整其在速度調(diào)節(jié)器輸入端的反饋電壓Ufn，主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)正常．

主機(jī)空載啟動(dòng)正常，軋鋼時(shí)，主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定，出現(xiàn)“顫抖”的現(xiàn)象．調(diào)節(jié)電流反饋量時(shí)發(fā)現(xiàn)，反饋量越小，主機(jī)“顫抖”越嚴(yán)重，檢查發(fā)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的積分電容短路，導(dǎo)致電流調(diào)節(jié)器由比例－積分調(diào)節(jié)器變成了比例調(diào)節(jié)器．當(dāng)主機(jī)軋鋼時(shí)，主機(jī)的電樞電流升高，電流反饋量增大，電流調(diào)節(jié)器的輸入電壓Ui=(－Us+Id)減小，因?yàn)殡娏髡{(diào)節(jié)器變成了比例調(diào)節(jié)器而不具備積分的作用，失去了其消除偏差的作用，所以輸入電壓Ui被即刻輸出，輸出電壓Uk立即減小，導(dǎo)致晶閘管整流裝置的輸出電壓減小，主機(jī)的速度降低．主機(jī)的速度降低導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速反饋量Ufn減小，速度調(diào)節(jié)器的輸入電壓Un=Ug2－Ufn升高，其輸出電壓Us增大，結(jié)果電流調(diào)節(jié)器的輸入電壓Ui=(－Us+Id)增大被立即輸出，Uk增大，晶閘管整流裝置的輸出電壓增大，主機(jī)的速度升高．主機(jī)的速度升高使其轉(zhuǎn)速反饋量Ufn增大，結(jié)果又使Uk減小，主機(jī)的速度降低，因此主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度出現(xiàn)“顫抖”的現(xiàn)象．更換積分電容C11后，控制恢復(fù)正常．

篇6

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)裝置；靜態(tài)；自并勵(lì)；勵(lì)磁系統(tǒng)

一、技術(shù)性能

勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)變壓器組高壓側(cè)對(duì)稱或不對(duì)稱短路時(shí)，保證AVR正確動(dòng)作；當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流不超過其額定值的1.1倍時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)能保持連續(xù)運(yùn)行，勵(lì)磁設(shè)備的短時(shí)過負(fù)荷能力大于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短時(shí)過負(fù)荷能力，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)不小于2，允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間不小于10秒。勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響比即電壓上升速度不低于3.5PU/S，勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響時(shí)間≤0.1S；交流電壓允許偏差為額定值的-15%～+10%（外供交流電源額定電壓為380/220V），頻率允許偏差為額定值的-6%～+4%，直流電壓允許偏差為-20%～+10%（外供直流工作電源額定電壓為220V）。勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備在電廠所在地最惡劣的環(huán)境條件下，能可靠、安全、連續(xù)地正常工作。

二、主要部件技術(shù)性能

（1）勵(lì)磁變壓器。勵(lì)磁變壓器額定容量根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)需要確定，三相式，頻率50Hz，星/三角-11接線，安裝在戶內(nèi)。勵(lì)磁變壓器采用干式、環(huán)氧樹脂、自冷、F級(jí)絕緣型式，其高低壓繞組之間有靜電屏蔽，能適帶整流負(fù)荷的要求，并能承受出口三相短路和不對(duì)稱短路，而不產(chǎn)生有害變形。高壓側(cè)保護(hù)用CT引至保護(hù)設(shè)備，用于可靠探測(cè)變壓器高壓側(cè)出口短路故障，并發(fā)出相關(guān)信號(hào)至報(bào)警和啟動(dòng)發(fā)電機(jī)程序跳閘。高壓側(cè)測(cè)量用CT引出至我廠提供的測(cè)量系統(tǒng)，用于可靠檢測(cè)變壓器的工況。（2）可控硅整流裝置?？煽毓枵餮b置采用三相全控橋式整流電路，主要元器件選用高性能的進(jìn)口設(shè)備，有至少25%的備用容量。功率整流裝置并聯(lián)支路數(shù)不小于3。整流裝置的每個(gè)功能元件都有快速熔斷器保護(hù)。并聯(lián)整流柜交直流側(cè)均設(shè)斷路器或刀閘，能與主電路及其它控制回路隔斷。整流裝置及其風(fēng)機(jī)有良好的減噪設(shè)備，整流裝置柜門1米遠(yuǎn)處嘈音小于65dB。（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）采用32位以上工控雙微機(jī)并聯(lián)冗余容錯(cuò)的開放式結(jié)構(gòu)，有良好的抗震、抗沖擊、抗電磁干擾能力；有與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊接口的設(shè)備；兩套微機(jī)構(gòu)成的雙通道從輸入到輸出均可完全獨(dú)立工作，雙機(jī)之間相互診斷、相互跟蹤、相互通訊、相互切換、相互備用。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具備下列5種運(yùn)行方式：機(jī)端恒壓運(yùn)行方式、恒勵(lì)磁電流運(yùn)行方式、恒無功功率運(yùn)行方式、恒功率因數(shù)運(yùn)行方式、空載跟蹤網(wǎng)壓運(yùn)行方式。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)AVR：常規(guī)調(diào)節(jié)模式，以機(jī)端電壓作為反饋進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)FCR：以轉(zhuǎn)子電流作為反饋量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，在電壓反饋量測(cè)故障時(shí)，調(diào)節(jié)器由AVR方式自動(dòng)切換至FCR方式，在正常情況下，可由AVR方式手動(dòng)切換至FCR方式。恒無功調(diào)節(jié)：恒無功控制方式設(shè)定為只能在AVR方式下投入，它是通過修改AVR的電壓給定而使無功功率保持為給定常數(shù)值來實(shí)現(xiàn)的。恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)：恒功率因數(shù)控制方式設(shè)定為只能在AVR方式下投入，它是通過修改AVR的電壓給定而使功率因數(shù)保持為給定常數(shù)值來實(shí)現(xiàn)的。通過軟件可實(shí)現(xiàn)下列輔助功能：欠勵(lì)磁瞬時(shí)限制功能、瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁功能，定子過電流反時(shí)限限制功能，電壓頻率比限制功能，PSS限制功能，PT斷線監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能，誤強(qiáng)勵(lì)檢測(cè)限制功能，空載過壓保護(hù)功能，在線自檢功能，具有脈沖丟失及脈沖異常檢測(cè)功能，斷口自恢復(fù)式的軟硬件雙重WATCHDOG功能。過勵(lì)磁限制單元能與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱特性匹配的反時(shí)限特性；低勵(lì)限制特性由系統(tǒng)靜穩(wěn)定極限和發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱限制條件確定；電壓頻率比限制特性與發(fā)電機(jī)和主變壓器鐵心的過勵(lì)磁特性匹配。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器除配置有雙通道的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器外，還配置一套手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置能夠接受自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的調(diào)節(jié)信號(hào)，能夠接受無功功率自動(dòng)成組調(diào)節(jié)信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)起停的自動(dòng)控制。能夠進(jìn)行就地、遠(yuǎn)方的滅磁開關(guān)分合。調(diào)節(jié)方式和通道的切換以及增減勵(lì)磁操作。手動(dòng)調(diào)壓范圍保證發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓能從空載勵(lì)磁電壓的20%到額定勵(lì)磁電壓的110%范圍內(nèi)穩(wěn)定平滑的調(diào)節(jié)。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器穩(wěn)壓電源裝置由兩路獨(dú)立的直流電源供電，電源取自220V直流系統(tǒng)。（4）勵(lì)磁系統(tǒng)其他設(shè)備。勵(lì)磁系統(tǒng)配置轉(zhuǎn)子滅磁裝置、轉(zhuǎn)子過電壓裝置以及起勵(lì)設(shè)備。正常停機(jī)采用逆變滅磁的方式，事故停機(jī)采用磁場(chǎng)斷路器加氧化鋅滅磁電阻滅磁的方式。把“手動(dòng)逆變”打到“逆變”位置，則調(diào)節(jié)器強(qiáng)制逆變滅磁。在可控硅整流橋交流側(cè)、直流側(cè)及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)設(shè)有過電壓保護(hù)裝置，用以保護(hù)可控硅及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。起勵(lì)裝置采用交流整流起勵(lì)和直流蓄電池起勵(lì)兩種方式，起勵(lì)電流的大小按發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流的15%確定。

篇7

【關(guān)鍵詞】 NES5100 勵(lì)磁調(diào)節(jié) 無功波動(dòng)原因 PT

1 引言

旗能電廠2*330MW火電機(jī)組，采用國電南瑞NES5100自動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)，2012年投產(chǎn)以來運(yùn)行正常。2015年9月16日至20日間集控運(yùn)行人員多次發(fā)現(xiàn)#1發(fā)電機(jī)無功功率突然增加18MVAR，#2發(fā)電機(jī)無功功率下降25MVAR，#2有功功率上升或者#1發(fā)電機(jī)無功功率突然下降，#2發(fā)電機(jī)無功功率突然上升約25MVAR至30MVAR，期間無任何調(diào)整操作，系統(tǒng)電壓也無明顯變化，無異常報(bào)警。對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)碳刷集電環(huán)檢查并未發(fā)現(xiàn)異常，匯報(bào)調(diào)度，系統(tǒng)無異常擾動(dòng)。但有無、功負(fù)荷頻繁出現(xiàn)異常波動(dòng)，外部檢查又沒有發(fā)現(xiàn)異常，遂對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集分析，最終找出了故障原因，并采取相應(yīng)措施消除了異常，保證了機(jī)組安全。

2 可能影響發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷波動(dòng)的因素

（1）AVC模式下機(jī)組無功負(fù)荷受外界指令控制影響：發(fā)電廠AVC子站接收AVC主站系統(tǒng)下發(fā)的發(fā)電廠高壓母線電壓/全廠總無功目標(biāo)值或設(shè)定的電壓控制曲線，按照一定的控制策略，合理分配各機(jī)組的無功，AVC子站直接或通過DCS向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號(hào)以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功，達(dá)到主站控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)全廠機(jī)組的電壓/無功自動(dòng)控制。

（2）附加模式下PSS異常調(diào)節(jié)：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pps）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題。當(dāng)增加發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)輸入功率或降低輸入功率時(shí)，PSS“反調(diào)”則會(huì)導(dǎo)致無功負(fù)荷較大幅度的減少或增加。

（3）發(fā)電機(jī)PT及采樣回路異常或調(diào)節(jié)器故障：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通過發(fā)電機(jī)機(jī)端PT1和PT2回路采樣后的量作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器模擬量板輸入，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換作為發(fā)電機(jī)定子電壓測(cè)量值，通過與AVR給定電壓比較形成偏差，此偏差信號(hào)經(jīng)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，再經(jīng)差分放大等，形成新的控制電壓，從而作用于整流橋通過對(duì)整流橋觸發(fā)脈沖的控制達(dá)到調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定的目的。如果發(fā)電機(jī)PT一、二次回路出現(xiàn)觸頭、接線或熔斷器接觸不良，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采樣回路故障等也會(huì)影響機(jī)組無功，導(dǎo)致無功負(fù)荷波動(dòng)。

（4）系統(tǒng)電壓異常波動(dòng)影響：本廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器雙通道均選用“恒電壓”控制模式，以維持定子電壓穩(wěn)定在給定電壓運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)定子電壓也會(huì)受影響，此時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)無功功率以維持發(fā)電機(jī)定子電壓恒定。

（5）勵(lì)磁回路異常：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷接觸不良打火花嚴(yán)重等也會(huì)造成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流、電壓及無功負(fù)荷異常波動(dòng)，

3 無功負(fù)荷異常波動(dòng)的檢查分析

（1）我廠接入地方電網(wǎng)，目前調(diào)度未要求投入AVR運(yùn)行；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為國電南瑞NES5100勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其PSS采用PSS2B型，PSS試驗(yàn)及國內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)，未出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象，且目前調(diào)度并未要求投入PSS運(yùn)行。

（2）運(yùn)行數(shù)據(jù)分析：1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷和集電環(huán)檢查溫度正常，無打火花等異常現(xiàn)象，調(diào)節(jié)器無異常報(bào)警；2）兩臺(tái)有、無功功率波動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁電流、定子電流對(duì)應(yīng)發(fā)生變化，說明無功變化并非純粹因?yàn)樽兯推鬏敵霎惓?，確為真實(shí)波動(dòng)；3）#2發(fā)電機(jī)無功波動(dòng)時(shí)，#1機(jī)無功同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)，但波動(dòng)方向與#2機(jī)相反，幅度略小；如果是系統(tǒng)電壓變化引起無功異常波動(dòng)，#1、2機(jī)組波動(dòng)方向應(yīng)一致，#2機(jī)組無功波動(dòng)明顯大于#1機(jī)且與#1機(jī)方向相反，由此可基本排除系統(tǒng)電壓波動(dòng)引起。#1機(jī)無功波動(dòng)應(yīng)為#2機(jī)無功波動(dòng)影響系統(tǒng)電壓導(dǎo)致的正常調(diào)整。4）查運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)#2機(jī)有、無功功率異常上升時(shí)，#2機(jī)機(jī)端三相線電壓基本平衡，略有上升，且無功波動(dòng)時(shí)線電壓與無功同向變化。由于220KV系統(tǒng)電壓無明顯變化，說明機(jī)端電壓上升是無功上升硬氣的。有無功率上升時(shí)B相相電壓比A、C相相電壓降低約0.4KV。無功突降時(shí)#2發(fā)電機(jī)機(jī)端B相電壓上升至與A、C相基本一致?？赡苁莿?lì)磁調(diào)節(jié)器采樣回路和發(fā)電機(jī)相電壓檢測(cè)回路均同時(shí)出現(xiàn)了A、C相相電壓降低，導(dǎo)致調(diào)節(jié)器自動(dòng)增磁。5）由于DCS線電壓和相電壓顯示變送器輸入電壓分別為兩組PT，電壓存在差別應(yīng)該與發(fā)變組一次回路無關(guān)是PT及檢測(cè)回路原因。相電壓變送器輸入電壓取自PT2，勵(lì)磁當(dāng)前工作通道為B套，其反饋電壓同樣取自PT2，如果PT2輸出電壓異常波動(dòng)可能導(dǎo)致#2發(fā)電機(jī)無功異常波動(dòng)。

（3）通過以上分析，運(yùn)行懷疑因勵(lì)磁系統(tǒng)采集的B相電壓突變失準(zhǔn)導(dǎo)致調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)動(dòng)作，引起機(jī)組無功波動(dòng)，但由于電壓差值不大不足以啟動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和保護(hù)回路PT斷線報(bào)警。通知檢修對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器機(jī)端電壓采樣輸入電壓，發(fā)變組變送器屏及保護(hù)屏端子PT、發(fā)電機(jī)出線PT端子箱二次電壓進(jìn)行檢查。測(cè)量結(jié)果勵(lì)磁調(diào)節(jié)屏和發(fā)電機(jī)PT端子箱處PT2B相二次電壓約55.6V，A、C相電壓為58.2V，PT1三相電壓均為58.2V左右與DCS顯示對(duì)應(yīng)。檢修進(jìn)一步檢查PT2二次空開處進(jìn)線電壓也存在相間不平衡，應(yīng)為PT柜一二次回路接觸不良所致，最終打開PT2B相前柜門發(fā)現(xiàn)一次插頭處有間隙性微小火花放電現(xiàn)象。

4 處理過程中的注意事項(xiàng)

發(fā)電機(jī)PT回路用于機(jī)端電壓采樣，PT回路檢修工作需將故障PT二次空開斷開及一次手車?yán)?，可能?dǎo)致發(fā)電機(jī)電壓、頻率、發(fā)電機(jī)有無功功率，有無功電能異常，這些參數(shù)關(guān)系到發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、保護(hù)裝置等，必須采取可靠措施才能保證機(jī)組安全。

（1）解除電壓測(cè)量波動(dòng)對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的影響。將雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式由“恒電壓”切換為“恒電流”調(diào)節(jié)模式。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器恒電流調(diào)節(jié)是維持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流為恒定值，實(shí)際是勵(lì)磁手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，在此模式下勵(lì)磁調(diào)節(jié)不受機(jī)端電壓影響但必須加強(qiáng)機(jī)組監(jiān)視。

（2）退出可能受定子電壓采樣值突變而引起誤動(dòng)的保護(hù)和自動(dòng)裝置。發(fā)電機(jī)逆功率、失磁、過激磁、定子接地保護(hù)、匝間保護(hù)、過電壓、低電壓、低頻率等反應(yīng)電壓變化的保護(hù)裝置應(yīng)做好防止誤動(dòng)的措施，退出保護(hù)壓板。

（3）解除有功功率相關(guān)調(diào)節(jié)回路。由于拉出發(fā)電機(jī)PT柜可能造成發(fā)電機(jī)有功功率突變，應(yīng)退出DEH功控回路，改為閥位控制；退出減溫水自動(dòng)，避免汽溫異常變化。同時(shí)由于有功功率顯示異常，應(yīng)暫停負(fù)荷調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)定子電流以及汽溫、汽壓、蒸汽流量等監(jiān)視，維持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定并做好少計(jì)電量記錄。

（4）做好檢修安全措施。機(jī)組PT共第三組，檢修時(shí)注意核對(duì)編號(hào)、端子號(hào)及測(cè)量二次電壓，避免誤動(dòng)正常的PT。PT小車推進(jìn)拉出操作人員帶絕緣手套。

篇8

>> GIS開關(guān)油壓監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 基于小型高效直流開關(guān)電源的控制電路設(shè)計(jì) 針對(duì)反激式開關(guān)電源箝位電路設(shè)計(jì)分析 電路設(shè)計(jì)與開關(guān) 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 開關(guān)電源系統(tǒng)穩(wěn)定性補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源無源PFC電路優(yōu)化設(shè)計(jì)探析 開關(guān)電源電路分析與技術(shù)改進(jìn) 硬件電路設(shè)計(jì)流程與方法 開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) MPEG－4的解碼系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)型停車場(chǎng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于M51995A開關(guān)電源保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源并聯(lián)均流系統(tǒng) 數(shù)字機(jī)開關(guān)電源輸出電路檢修方法與實(shí)例 基于反激式開關(guān)電源電路實(shí)現(xiàn)與測(cè)試分析 開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)實(shí)例 通用開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì) 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；UCC3895；測(cè)控系統(tǒng)

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012

引言

大中功率直流開關(guān)電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實(shí)現(xiàn)全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：（1）采用分立器件進(jìn)行邏輯組合；（2）采用DSP或CPLD實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制；（3）采用專用集成控制芯片 。采用分立器件進(jìn)行邏輯組合構(gòu)成的模擬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于開關(guān)電源小型化；采用DSP或CPLD實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的成本較高，且存在數(shù)字電路延遲；采用專用的集成控制芯片電路簡單且成本較低。第三種方法中可以采用UCC3895芯片來產(chǎn)生PWM控制波形，UCC3895是一款優(yōu)良的移相全橋控制芯片，有電壓和電流兩種控制模式，占空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開關(guān)（ZVS）提供高效高頻的解決方案。國內(nèi)外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環(huán)控制電路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。

由于單電壓環(huán)反饋模式簡單有效的優(yōu)點(diǎn)，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的反饋模式和單片機(jī)相結(jié)合設(shè)計(jì)了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測(cè)控系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計(jì)了閉環(huán)系統(tǒng)、控制器參數(shù)、保護(hù)電路，顯示電路，調(diào)壓電路，并對(duì)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

系統(tǒng)方案

采用應(yīng)用廣泛的TI公司生產(chǎn)的UCC3895芯片與單片機(jī)相結(jié)合的方案設(shè)計(jì)了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測(cè)控系統(tǒng)。如圖1所示，利用UCC3895對(duì)DC/DC變化器主電路進(jìn)行PWM移相控制，并與單片機(jī)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的檢測(cè)與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護(hù)。其中，所選單片機(jī)型號(hào)為美國微芯公司生產(chǎn)的PIC16F873單片機(jī)。PIC16F873共28個(gè)引腳，內(nèi)部自帶5個(gè)10位A/D通道，2個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)脈寬調(diào)制（PWM）通道。

UCC3895電路設(shè)計(jì)

如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內(nèi)部誤差放大器反相輸入端，E A O U T腳為誤差放大器輸出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Vo經(jīng)過電阻分壓接到電壓調(diào)節(jié)器反相輸入端構(gòu)成反饋電壓，改變可調(diào)電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率的設(shè)定，A D S腳為自適應(yīng)延遲死區(qū)時(shí)間設(shè)置端，接地表示輸出延遲死區(qū)時(shí)間設(shè)為最大。限流調(diào)節(jié)器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護(hù)電路接到CS腳實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的故障保護(hù)功能。

故障保護(hù)電路設(shè)計(jì)

UCC3895的CS腳有過流保護(hù)功能，當(dāng)CS腳電壓高于2.5V時(shí)，UCC3895芯片將會(huì)被軟關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進(jìn)入下一個(gè)軟啟動(dòng)過程。如圖5所示，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)就是基于CS腳的過流保護(hù)功能，正常情況下保護(hù)電路的輸出為低電平，一旦出現(xiàn)輸出過壓、過流、過溫等故障，相應(yīng)的電壓比較器輸出高電平，同時(shí)故障信號(hào)被單片機(jī)檢測(cè)，通過單片機(jī)數(shù)字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關(guān)管T1導(dǎo)通，輸出一個(gè)高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使主電路停止工作，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的數(shù)字模擬雙重保護(hù)功能。

限流值可調(diào)的限流環(huán)電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)與電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)部分電路和電源狀態(tài)顯示電路分別如圖7和圖8所示。單片機(jī)部分引腳功能分配如下：AN0腳是限流信號(hào)檢測(cè)，AN1腳是輸出電壓檢測(cè)，AN2腳是輸出電流檢測(cè)，AN4腳是溫度檢測(cè)，其中AN0、AN1、AN2、AN4腳均為A/D轉(zhuǎn)換端口。CCP2腳（PWM端口）提供可調(diào)的限流調(diào)節(jié)器的限流參考值，CCP1腳（PWM端口）提供可調(diào)的電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓參考值，SCK、SDO、RB4腳用于電源狀態(tài)顯示，RB1腳（I/ O口）為單片機(jī)數(shù)字控制。單片機(jī)通過SPI（同步串行通訊）向移位寄存器SN74HC164發(fā)送電源當(dāng)前工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，由移位寄存器把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并輸出給顯示模塊。單片機(jī)RB4腳（I/O口）控制發(fā)光二極管的供電電壓，在剛開機(jī)還沒有采集工作狀態(tài)之前，保證所有二極管不工作。單片機(jī)SCK（時(shí)鐘）腳接在三個(gè)移位寄存器的脈沖輸入口（CLK）作為脈沖輸入。單片機(jī)SDO（SPI通訊數(shù)據(jù)輸出）腳接到移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入口（A、B腳），并把三個(gè)移位寄存器接到一起串聯(lián)使用。通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示輸出電流值，通過4個(gè)LED燈圖11 突加突減負(fù)載電壓波形的亮滅表示電源當(dāng)前的工作狀態(tài)，其中發(fā)光二極管D4（綠燈）燈亮表示電源正常工作，D3（紅燈）燈亮表示輸出過壓故障，D2（紅燈）燈亮表示輸出限流，D1（紅燈）燈亮表示過溫故障。

調(diào)壓電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)CCP1腳為PWM波端口，可以通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比產(chǎn)生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號(hào)經(jīng)過濾波電路由數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸入到由運(yùn)放5構(gòu)成的電壓跟隨器進(jìn)行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構(gòu)成分壓電路，分壓信號(hào)輸入到由運(yùn)放6構(gòu)成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經(jīng)過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調(diào)節(jié)器參考電壓端（EAP）。改變CCP1的PWM波占空比即可調(diào)整電壓調(diào)節(jié)器參考電壓，進(jìn)而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構(gòu)成的分壓電路可以設(shè)定PWM占空比為最低時(shí)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出?？烧{(diào)電阻R2的作用是調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓的范圍，改變R2的值，在輸出占空比范圍不變的情況下，輸出參考電壓的范圍可以進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而改變電源輸出電壓的范圍。圖12 過載限流波形

實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

圖10是直流開關(guān)電源上電輸出電壓瞬態(tài)波形，上電輸出瞬態(tài)電壓的超調(diào)量為1.1%，調(diào)整時(shí)間為50ms，穩(wěn)態(tài)誤差為0.5V。圖11是直流開關(guān)電源突加突減負(fù)載輸出電壓瞬態(tài)波形，突加突減負(fù)載輸出瞬態(tài)電壓的恢復(fù)時(shí)間為30ms，電壓動(dòng)態(tài)降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環(huán)起作用，通過調(diào)節(jié)輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。

篇9

關(guān)鍵詞：鳳凰水電廠；立式混流水輪發(fā)電機(jī)組；勵(lì)磁系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TV734.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）11-0093-02

鳳凰水電廠二級(jí)電站位于廣東省潮州市鳳凰鎮(zhèn)，是韓江一級(jí)支流鳳凰流域中鳳凰水庫的引水式二級(jí)電站，裝二臺(tái)12 MW的立式混流水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)端電壓10.5kV，通過變壓站升壓110 kV后并入110 kV橋東站，機(jī)組勵(lì)磁方式為自并勵(lì)磁。

1 工作原理

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源由接于發(fā)電機(jī)出口端的勵(lì)磁變壓器供給，勵(lì)磁變壓器提供的交流電源在調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號(hào)和調(diào)節(jié)準(zhǔn)則的控制下，經(jīng)過功率柜整流為直流電源，再經(jīng)滅磁柜送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的滑環(huán)上，為同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)提供直流勵(lì)磁電流，只要發(fā)電機(jī)運(yùn)行，就能提供可靠性高的勵(lì)磁電源，接線較為簡單（圖1）。

2 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由1 臺(tái)勵(lì)磁變壓器、1 臺(tái)調(diào)節(jié)器、1 臺(tái)功率整流柜、1 臺(tái)滅磁柜組成。

①勵(lì)磁變壓器戶內(nèi)干式，三相，環(huán)氧樹脂澆注絕緣，500 kV，Y/-11接線，10.5 kV/0.182 kV。

②調(diào)節(jié)器。主要由3個(gè)調(diào)節(jié)通道，適配器STD總線、人機(jī)界面、接口電路等組成。其硬件包括：1套人機(jī)界面、1塊模擬量適配器、1塊現(xiàn)地操作單元板、1個(gè)獨(dú)立的手動(dòng)控制通道，2個(gè)微機(jī)調(diào)節(jié)通道（每個(gè)調(diào)節(jié)通道包括：1塊A/D轉(zhuǎn)換，2塊I/O板）、1塊智能 板及相應(yīng)的繼電路輸出板。

三個(gè)調(diào)節(jié)通道由兩個(gè)數(shù)字式自動(dòng)通道和模擬式手動(dòng)通道組成，采用微機(jī)／微機(jī)／模擬三通道型。三個(gè)通道通過兩條外部總線聯(lián)結(jié)。這三個(gè)通道從測(cè)量回路到脈沖輸出回路完全獨(dú)立，以主從方式工作，其中1個(gè)數(shù)字式為主通道，另一個(gè)數(shù)字通道和模擬式手動(dòng)通道作為第一備用，第二備用通道。

③功率柜。每個(gè)功率柜的主要部件包括：6個(gè)可控硅組件(含可控硅、散熱器、脈沖變壓器、6個(gè)帶接點(diǎn)指示的快速溶斷器、可控硅阻容保護(hù)裝置、冷卻風(fēng)機(jī)及其控制單元、脈沖功放單元、交流側(cè)進(jìn)壓保護(hù)單元。

④滅磁柜。滅磁柜主要元件有滅磁開關(guān)，耗能電阻、快速熔斷器、可控觸發(fā)器、二極管可控硅、過電壓動(dòng)作檢測(cè)器。

3 系統(tǒng)功能

3.1 調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)器是勵(lì)磁系統(tǒng)的核心部分，為保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性，采用了三通道主從方式運(yùn)行，二個(gè)數(shù)字自動(dòng)通道和1個(gè)人工通道，正常方式為第一自動(dòng)通道工作，第二自動(dòng)通道及人工通道作為第一備用, 第二備用。調(diào)節(jié)器按發(fā)電機(jī)電壓偏差或勵(lì)磁電流偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持發(fā)電機(jī)端電壓或勵(lì)磁電流恒定。

調(diào)節(jié)器主要包括數(shù)據(jù)條件、脈沖形成，起勵(lì)控制、滅磁控制、監(jiān)測(cè)保護(hù)等功能。

①數(shù)據(jù)采樣。采用D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換處理器，通過采集裝在機(jī)端的電壓、電流互感器的交流量，用傅氏算法算出調(diào)節(jié)所需的有功功率、無功功率、相角等交流信號(hào)量，為調(diào)節(jié)器提供自動(dòng)調(diào)節(jié)、保護(hù)的有關(guān)數(shù)據(jù)。

②脈沖形成。由電壓互感器采集系統(tǒng)的電壓波形，用觸發(fā)電器產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并經(jīng)過脈沖放大器放大后來觸發(fā)整流裝置的晶用管，通過改變觸發(fā)控制角來調(diào)整整流裝置輸出的勵(lì)磁電流。

③起勵(lì)控制。勵(lì)磁系統(tǒng)的起勵(lì)主要是利用機(jī)組剩磁所產(chǎn)生的殘壓來實(shí)現(xiàn)殘壓起勵(lì)，當(dāng)機(jī)組的殘壓值太低時(shí)，則由助起勵(lì)電源和起勵(lì)回路來提供初始勵(lì)磁，當(dāng)機(jī)組電壓達(dá)到勵(lì)磁裝置工作的電壓值時(shí)，則斷開起勵(lì)回路，通過自勵(lì)建立發(fā)電機(jī)的電壓。

④滅磁控制。正常停機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)逆變滅磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)保護(hù)或勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，在跳開機(jī)端斷路器的同時(shí)，給滅磁柜的滅磁裝置發(fā)出跳開滅磁開關(guān)的信號(hào)。

⑤監(jiān)測(cè)保護(hù)。若監(jiān)測(cè)到是調(diào)節(jié)器本身出現(xiàn)故障，通過硬件“看門狗”和單片機(jī)的故障檢測(cè)自動(dòng)切換至備用通道運(yùn)行。如果是監(jiān)測(cè)到勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障，如：電源故障、軟硬件故障、PT斷線、整流橋故障、脈沖故障、轉(zhuǎn)子過熱、通信故障等，并傳給發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。由發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作出故障式事故保護(hù)的快速反應(yīng)。

3.2 功率柜

功率柜的整流裝置是一個(gè)執(zhí)行元件，在調(diào)節(jié)器的觸發(fā)脈沖控制下，調(diào)整整流電路晶匣管的導(dǎo)通角，輸出滿足系統(tǒng)需要的勵(lì)磁電流值。根據(jù)機(jī)組勵(lì)磁容量的要求，選用了2個(gè)三相全控式整流橋。均流系數(shù)85%以上。退出一個(gè)整流橋時(shí)，剩余整流橋仍能滿足機(jī)組額定運(yùn)行的要求。

3.3 滅磁柜

滅磁柜的滅磁裝置主要職能是防止非正常停機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生過高的感應(yīng)電壓損壞晶閘管。滅磁裝置原理如圖2所示。

勵(lì)磁系統(tǒng)正常停機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)逆變滅磁;事故停機(jī)時(shí)，跳滅磁開關(guān)將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)移到耗能電阻滅磁。工作原理如下：當(dāng)發(fā)電機(jī)處于滑極等非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，此時(shí)安裝在轉(zhuǎn)子回路的轉(zhuǎn)子過電壓檢測(cè)單元A1模塊檢測(cè)到轉(zhuǎn)子正向過電壓信號(hào)，馬上觸發(fā)V2可控硅元件，將耗能電阻并入轉(zhuǎn)子回路，通過耗能電阻的吸能作用，將產(chǎn)生的過電壓能量消除;而轉(zhuǎn)子回路的反向過電壓信號(hào)則直接經(jīng)過V1二極管接于耗能電阻吸能，以確保發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子始終不會(huì)出現(xiàn)開路，從而可靠地保護(hù)轉(zhuǎn)子絕緣不會(huì)遭受破壞。而且這種保護(hù)的存在，轉(zhuǎn)子繞組會(huì)產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)，抵消定子負(fù)序電流產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，保護(hù)轉(zhuǎn)子表面及轉(zhuǎn)子護(hù)壞不至于燒壞。

3.4 勵(lì)磁變壓器

勵(lì)磁變壓器一次側(cè)接于發(fā)電機(jī)端，二次側(cè)接至整流裝置，為勵(lì)磁系統(tǒng)提供交流勵(lì)磁電源。

4 結(jié) 語

鳳凰水電廠二級(jí)電站2臺(tái)機(jī)組自投入運(yùn)行以來，發(fā)電機(jī)自并勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間短，起勵(lì)速度快，并且因接線簡單，沒有主輔勵(lì)磁機(jī)，軸向尺寸短而節(jié)省了投資成本。但是勵(lì)磁電源取于發(fā)電機(jī)端，當(dāng)發(fā)電廠側(cè)的線路端發(fā)生三相短路時(shí)，對(duì)于保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是衡量其性能的重要指標(biāo)，相信通過先進(jìn)的繼保技術(shù)和斷路器技術(shù)能彌補(bǔ)自身的弱點(diǎn)。

篇10

關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機(jī)；微機(jī)勵(lì)磁；ARM920T單片機(jī)；PLD；CAN總線

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2012）06-0156-02

1 引言

現(xiàn)如今，自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在逐漸在水電廠開始普及，效果成績顯著，同時(shí)也為以后發(fā)展積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這使得水電廠綜合自動(dòng)化水平得到很大提高，許多類型的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制方面大量涌現(xiàn)。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器以其硬件結(jié)構(gòu)簡單、清晰、設(shè)備通用性好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、軟件靈活、能夠方便實(shí)現(xiàn)多種功能和滿足各種控制規(guī)律的要求等優(yōu)點(diǎn)廣泛運(yùn)用。但是，現(xiàn)有的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器大多只是單方面的利用計(jì)算機(jī)取代了常規(guī)模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，不論是在界面顯示、通訊能力還是可靠性兼容性方面都不能滿足當(dāng)下的水電廠的要求。本文在調(diào)研和總結(jié)了之前所有的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)之上，研究開發(fā)了一種基于ARM920T的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理

自并勵(lì)靜止可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的原理是可控硅整流裝置整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的方法是通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)的端電壓（或無功功率）與給定值進(jìn)行比較運(yùn)算來改變可控硅的控制角α。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

調(diào)節(jié)器運(yùn)用冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)、兩套微機(jī)構(gòu)成的雙通道，從輸入到控制輸出均可完全獨(dú)立工作。一套作為系統(tǒng)工作使用，另一套設(shè)備作為備用設(shè)備，雙方的通訊方式用的是CAN總線設(shè)備。單套系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包ARM920T單片機(jī)及芯片；A/D轉(zhuǎn)換電路；輸入輸出電路；頻率測(cè)量電路；CAN總線通訊電路；顯示電路；交直流供電電源。系統(tǒng)共用設(shè)備有鎖相同步與可控硅觸發(fā)脈沖形成電路、脈沖放大電路。

2.2 工作原理

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行時(shí)，主通道調(diào)節(jié)，備用通道熱備用。調(diào)節(jié)器首先利用中斷測(cè)得機(jī)組頻率，通過頻率得到采樣的周期，然后對(duì)發(fā)電機(jī)的機(jī)端模擬量進(jìn)行高速交流采樣，經(jīng)過計(jì)算算出機(jī)端電壓、定子電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)。與此同時(shí)直流采樣勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓，目的是將這些狀態(tài)反饋信號(hào)數(shù)據(jù)供調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行計(jì)算和分析；調(diào)節(jié)器還有特殊功能，它會(huì)將現(xiàn)實(shí)的操作和信號(hào)進(jìn)行分析判斷，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行方式所需的勵(lì)磁調(diào)節(jié)和限制、保護(hù)、檢測(cè)、故障判斷功能。為了保證調(diào)節(jié)器控制的實(shí)時(shí)性，程序在計(jì)算模塊中首先對(duì)采集到的最新模擬量進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算的結(jié)果推算出可控硅的移相觸發(fā)角的增量，CPU將此觸發(fā)角增量以串行脈沖的形式通過輸出口送入脈沖形成回路，脈沖形成回路中通過一個(gè)雙向計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，從而獲得表征移相角的脈沖數(shù)。當(dāng)同步信號(hào)到來后進(jìn)行移相并產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)過功率放大后去觸發(fā)可控硅組件，通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流來控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓或無功功率的目的。綜上所述，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器完成一次調(diào)節(jié)任務(wù)。而微機(jī)調(diào)節(jié)器輸出的可控硅移相觸發(fā)角則需要滿足整流橋輸出電流連續(xù)可控運(yùn)行及逆運(yùn)行。

2.3 ARM920T單片機(jī)系統(tǒng)

CPU是自動(dòng)調(diào)節(jié)通道的核心，起主控作用，PLD由高16位地址線控制，為各個(gè)器件分配地址空間，執(zhí)行片選功能，同時(shí)作為I/O口的擴(kuò)展，用于開關(guān)量輸出和發(fā)光二極管顯示。鎖存器，由ARM920T單片機(jī)低八位地址與八位數(shù)據(jù)總線共用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放調(diào)節(jié)運(yùn)算中的各種數(shù)據(jù)。模擬多路轉(zhuǎn)換器，作為模擬量輸入的選擇開關(guān)。雙12位高速低功耗并行A/D轉(zhuǎn)換器，用于把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量供CPU調(diào)節(jié)計(jì)算。CAN總線通訊控制器，用于CAN總線通訊。4k SPIEEPROM，用作定值器件，而且內(nèi)部具有Watchdog Timer circuit，可用于監(jiān)視微控制器。

單片機(jī)系統(tǒng)還包括以下幾個(gè)回路：

（1）測(cè)頻回路：頻率測(cè)量的基本方法是利用示波器觀測(cè)波形信號(hào)并讀取，然后利用信號(hào)周期T來獲得頻率。這樣做的主要目的是利用頻率確定采樣周期。本文測(cè)量機(jī)組頻率的方法將正弦的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，然后將方波信號(hào)放大后送入單片機(jī)的外中斷引腳，當(dāng)方波信號(hào)的每個(gè)上升沿到來時(shí)，即引起外中斷產(chǎn)生中斷效果，此時(shí)在中斷處理程序中讀出并記下定時(shí)器上的計(jì)數(shù)值，每次中斷就以此操作，兩次計(jì)數(shù)值之差就是方波的周期，也即是正弦電壓的周期。

（2）開關(guān)量輸入/輸出回路：輸入端模擬量經(jīng)過光電隔離器隔離后送入驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出連接到數(shù)據(jù)總線上，CPU通過數(shù)據(jù)總線讀取驅(qū)動(dòng)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容，判斷高低電平，確定有無開關(guān)量變位。輸出端模擬量經(jīng)pld輸出，經(jīng)過光電隔離后送入驅(qū)動(dòng)電路，從而輸出去驅(qū)動(dòng)繼電器的節(jié)點(diǎn)。

（3）模擬量輸入及A/D轉(zhuǎn)換電路：交流電信號(hào)的預(yù)處理：發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、電流需要用與發(fā)電機(jī)直接連接的電壓互感器和電流互感器采集。交流信號(hào)的采集工作則需要用小型精密電壓、電流互感器實(shí)現(xiàn)對(duì)交流信號(hào)的變換，同時(shí)還要采取硬件抗干擾技術(shù)和濾波處理。

2.4 移相觸發(fā)單元

鎖相同步與移相觸發(fā)脈沖形成回路。微機(jī)勵(lì)磁中主機(jī)計(jì)算出的是數(shù)字量，要把它轉(zhuǎn)換為觸發(fā)脈沖，這就需要數(shù)字/脈沖電路。它是主機(jī)與脈沖輸出過程通道間的一個(gè)接口電路，包括同步、數(shù)字移相和脈沖形成三個(gè)環(huán)節(jié)。

為了進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)器的可靠性，在本文中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的鎖相同步采用了硬件鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)，而移相和觸發(fā)脈沖形成運(yùn)用PLD來實(shí)現(xiàn)。鎖相同步的目的是用鎖相環(huán)跟蹤系統(tǒng)交流電壓，輸出若干倍系統(tǒng)電壓頻率的脈沖列和與系統(tǒng)保持嚴(yán)格同步的參考電壓，基于此作為移相觸發(fā)脈沖形成部分產(chǎn)生可控硅觸發(fā)脈沖的角度量化基準(zhǔn)和頻率相位基準(zhǔn)。

本文中移相觸發(fā)脈沖的形成是在可編程邏輯器件基礎(chǔ)之上利用VHDL硬件描述語言來完成的。調(diào)節(jié)器的移相觸發(fā)脈沖形成回路硬件結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格便宜。

脈沖放大回路：由移相觸發(fā)脈沖形成回路形成的六路可控硅觸發(fā)脈沖，首先通過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后通過光電隔離器進(jìn)行光電隔離，隔離后的信號(hào)由放大器放大再經(jīng)脈沖變壓器輸出，觸發(fā)相應(yīng)的可控硅導(dǎo)通。

2.5 顯示單元

本勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的顯示回路分兩大部分，第一部分為發(fā)光二極管顯示，另一部分為液晶顯示。二極管顯示主要是一些特殊的狀態(tài)顯示，點(diǎn)亮或熄滅發(fā)光二極管可顯示的信息如：斷路器分合狀態(tài)信號(hào)；勵(lì)磁變壓器不對(duì)稱信號(hào)；過勵(lì)限制動(dòng)作信號(hào)；欠勵(lì)限制動(dòng)作信號(hào)；各種通訊信號(hào)等，非常方便調(diào)試。

液晶顯示主要與觸摸屏結(jié)合用于系統(tǒng)控制參數(shù)的顯示與設(shè)置，狀態(tài)參數(shù)的顯示，以及調(diào)節(jié)器或系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀況。液晶顯示控制器為S3C2440A，液晶顯示的調(diào)節(jié)器當(dāng)前狀態(tài)信息及對(duì)觸摸屏輸入信號(hào)的采樣都是通過與其相連的ARM920T來完成的，由于芯片內(nèi)帶有CAN控制器，可方便地與兩個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)通道中的主處理器內(nèi)部集成的CAN控制器組成現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)的將調(diào)試運(yùn)行人員通過觸摸屏設(shè)置的各種控制參數(shù)實(shí)時(shí)地傳到調(diào)節(jié)器，同時(shí)又將調(diào)節(jié)通道所得的各種運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)信息及時(shí)送往液晶屏顯示。發(fā)光二極管能將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的重要狀態(tài)顯示出來，二者配合可共同反映當(dāng)前發(fā)電機(jī)及調(diào)節(jié)器運(yùn)行狀態(tài)及故障點(diǎn)，便于運(yùn)行人員掌握當(dāng)前情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并作出判斷、處理。

2.6 通信單元

本勵(lì)磁調(diào)節(jié)器選用了CAN總線。CAN 即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來越受到人們的重視。由于CAN總線本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。其典型的應(yīng)用協(xié)議有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件設(shè)計(jì)

微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種功能都由相應(yīng)的子程序來完成。調(diào)節(jié)器上電后執(zhí)行初始化和自檢，初始化結(jié)束后，表明勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，接著程序進(jìn)入起勵(lì)的設(shè)置和起勵(lì)條件的判別，然后進(jìn)入主程序。首先是數(shù)據(jù)采集和處理部分；主要由電機(jī)出流電壓采樣子模塊、電機(jī)出流電流采樣處理子模塊和勵(lì)磁電壓采樣處理子模塊三部分組成。然后進(jìn)入功率因數(shù)測(cè)算模塊和PID調(diào)節(jié)模塊；其中，采用數(shù)字濾波的方式求得功率因數(shù)cosφ，再通過PID調(diào)節(jié)計(jì)算出可控硅的導(dǎo)通角。由于勵(lì)磁控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要測(cè)量的量比較多，因此該系統(tǒng)電壓及電流的采集，使用直流采樣法和數(shù)字PID控制調(diào)節(jié)法。PID調(diào)節(jié)計(jì)算根據(jù)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果與額定值進(jìn)行比較，從而進(jìn)行PID調(diào)節(jié)計(jì)算出可控硅的觸發(fā)角α；PID算法采用了一種智能受模態(tài)控制規(guī)律，根據(jù)系統(tǒng)偏差信號(hào)的大小、方向及變化趨勢(shì)做出相應(yīng)的決策，以選擇適當(dāng)?shù)目刂颇Ｊ竭M(jìn)行控制，具有良好的適應(yīng)能力和極強(qiáng)的魯棒性。

4 勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性分析

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化

（1）采用可編程邏輯器件，用于CPU器件的邏輯譯碼（即地址分配）和I/O口的擴(kuò)展，代替了常規(guī)的邏輯譯碼器和并行I/O口擴(kuò)展器件。

（2）采用了高速低功耗并行同步雙12位A/D轉(zhuǎn)換器。

（3）脈沖形成回路同樣也采用了可編程邏輯器件。本文設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了其具有的大量PLD門、通用口和寄存器，采用VHDL硬件描述語言來實(shí)現(xiàn)移相觸發(fā)脈沖的形成，而且還完成了互為備用的三相同步信號(hào)的故障檢測(cè)、切換和相位補(bǔ)償。硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，且抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

4.2 硬件結(jié)構(gòu)容錯(cuò)冗余技術(shù)

本調(diào)節(jié)器采用備用系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)。兩套系統(tǒng)，一套工作，另一套熱備用。兩套系統(tǒng)在軟、硬件設(shè)計(jì)上都完全相同，但是兩套系統(tǒng)在工作中執(zhí)行的程序卻不一樣。整個(gè)軟件由工作程序與備用程序組成，正常情況下工作系統(tǒng)執(zhí)行工作程序，備用系統(tǒng)執(zhí)行備用程序.工作程序包括測(cè)頻、采樣，調(diào)節(jié)機(jī)端電壓或勵(lì)磁電流，進(jìn)行自檢，向備用系統(tǒng)和顯示傳送數(shù)據(jù)等；備用程序除了進(jìn)行測(cè)頻、采樣、調(diào)節(jié)計(jì)算和自檢外，還監(jiān)測(cè)工作系統(tǒng)的工作情況和接收工作系統(tǒng)傳送來的故障信息，向顯示單元傳送數(shù)據(jù)。一旦工作系統(tǒng)自檢出故障，備用系統(tǒng)將接收到表明工作系統(tǒng)出故障的信息，或者備用系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到工作系統(tǒng)故障，如果此時(shí)備用系統(tǒng)自檢無故障，則備用系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為工作系統(tǒng)，執(zhí)行工作程序，而原工作系統(tǒng)退出，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。如果兩套自動(dòng)系統(tǒng)都出錯(cuò)，則兩套自動(dòng)系統(tǒng)都退出，由常規(guī)手動(dòng)通道人工調(diào)節(jié)，同時(shí)在顯示單元顯示故障信號(hào)。

4.3 提高調(diào)節(jié)器的抗干擾能力

（1）硬件設(shè)計(jì)時(shí)的抗干擾措施。

（2）軟件設(shè)計(jì)時(shí)的抗干擾措施。

5 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，分析了當(dāng)前發(fā)展大趨勢(shì)下勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的地位，此勵(lì)磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡化，高可靠性和實(shí)用性，為水電廠綜合自動(dòng)化水平的提高奠定基礎(chǔ)。

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