電壓調節器范文
時間：2023-03-18 06:53:03
導語：如何才能寫好一篇電壓調節器，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
1引言
硅整流發電機是工程建筑運輸等行走機械的主要電源，它以內燃機為動力源，在結構上是交流同步發電機與整流裝置的組合。與直流發電機相比，交流發電機具有體積小、質量輕、易維修、壽命長、產生的無線電干擾少等優點，所以在包括汽車在內的行走機械中一般使用硅整流發電機，而不是直流發電機。硅整流發電機在內內燃機在正常轉速范圍內時，向機械上除啟動機外的所有用電設備供電。
2硅整流發電機工作原理
交流發電機是基于電磁感應的基本理論而工作的，結構上包括定子（電樞）、轉子、前后端蓋、電刷及傳動帶輪等部分，將機械能轉變成電能。三相定子繞組在結構、匝數及線圈個數上完全相等，排列上分別相差120度的電角度，轉子與傳動帶輪同軸安裝，產生旋轉的磁場，使定子繞組切合磁力線，從而產生三相感應電動勢，這三個電動勢的頻率、幅值相等，相位互差120度。
硅整流發電機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生的交流電整流成直流電，如圖1所示。現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通，連接在一起的陰極作為硅整流發電機對外輸出的正極；VD2、VD4、VD6安裝在在負整流板上，組成共陽極二極管組，在某一瞬間，負極具有最低電壓的那個二極管導通，連接在一起的陽極作為硅整流發電機的負極搭鐵。同一時刻，六個二極管中只有兩個二極管導通，于是輸出一個比較平穩的直流電壓。
硅整流發電機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電機的輸出的功率。
圖1 六管硅整流發電機原理圖
3 電壓調節器的重要性
3.1 交流發電機的工作特性
3.1.1 空載特性
發電機的空載特性是發電機空載時輸出電壓與轉速之間的關系，從特性曲線上可以看出，隨著轉速的升高，端電壓上升很快，在較低轉速就可以從他勵轉入自勵。
3.1.2 外特性
發電機的外特性是發電機轉速一定時，其輸出電壓與輸出電流的變化關系，由外特性曲線可知：發電機的轉速越高，輸出電壓也越高，輸出電流越大，當轉速保持一定時，輸出電壓隨輸出電流的增大而下降[1]。
3.2 電壓調節器的重要性
由發電機的空載特性可知，在發電機的輸出電壓與發電機的轉速及負載的電流均有關，由于硅整流發電機是由內燃機驅動，其轉速由內燃機決定，機械工作時內燃機的轉速變化范圍很大，所以其輸出電壓也會在很大范圍內變化；而由外特性可知，在發電機運轉時，如負載突然變化，電壓也會隨著突然變化，可能會擊穿電子元件或燒毀用電設備。所以，硅整流發電機必須配有具有穩壓性質的電壓調節器。
4 電壓調節器的工作原理
由于發電機的輸出電壓與發電機的轉速及磁通成正比，由轉速變化而影響的端電壓，可以通過改變磁通的大小來調節。因此，電壓調節器的基本工作原理是通過測量電路檢測發電機的端電壓，根據端電壓的具體情況，通過改變勵磁電流的大小，保持發電機的輸出電壓不變。電壓調節器分為觸點式、電子式和集成式三類。其中觸點式調節器利用電磁鐵的原理，控制觸點振動，控制勵磁電路，實現電壓調節。電子式調節器是通過電子元件實現對勵磁電流的控制，由于電子式調節器無觸點，在工作時無機械慣性和磁慣性，且經久耐用、無無線電干擾，已經廣泛應用于汽車及其他機械用交流發電機中。。
4.1 晶體管調節器的基本組成及工作原理
電子式調節器可分為晶體管式和集成式兩大類，國內外晶體管調節器的電路設計原理大致相同，一般由1-2個穩壓管、1-3個二極管、2-3個晶體管、若干個電阻、電容等元件組成。由印制電路板連成電路，外有三個接線柱，“+”（或火線）與發電機正極相連，“-”（或搭鐵）與發電機負極相連，“F”（或磁場）與勵磁繞組相連接。。常用的晶體管調節器有JET126、JFT106A、JTF246等型號。。圖2為晶體管調節器的基本電路圖，其內部電路可分為控制電路（Ⅰ）和電子開關電路（Ⅱ）。
當發電機轉速較低，輸出電壓較低時，蓄電池電壓加在晶體管調節器的正負兩端，由于R2兩端電壓較低，小于穩壓管的反向擊穿電壓，穩壓管截止，VT1截止，VT2導通，蓄電池向勵磁電路供電，即勵磁電流一定，于是發動機的電壓隨轉速的升高而升高。當發電機輸出電壓超過蓄電池電壓后，發電機為包括勵磁繞組在內的用電器供電，由他勵轉為自勵。如發電機電壓超過規定值后，穩壓管兩端電壓超過反向擊穿電壓而擊穿，VT1導通，VT2截止，截斷勵磁電流，使發電機輸出電壓快速下降，降到規定值以下后穩壓管再次截止，如此循環，保持發電機輸出電壓恒定。
圖2 晶體管調節器基本原理圖
4.2 集成電路調節器
集成電路調節器將電壓調節電路中的元件集成一塊芯片上，基本工作原理與晶體管調節器一樣，都是根據發電機的電壓信號，利用三極管的開關特性控制勵磁電流以達到控制電壓的目的，集成電路調節器除了具有晶體管調節器的優點外，還具有精度高、耐振、體積小、可安裝在發電機內部與發電機組成整體式交流發電機等優點。
按檢測電源電壓的方式不同，集成電路調節器可分為硅整流發電機電壓檢測式和蓄電池檢測式兩種，一般大功率發電機多采用改進的蓄電池電壓檢測法，使蓄電池的端電壓得以保證，如圖3所示。
圖3 實用型蓄電池電壓檢測改進電路
4.3 電腦控制調節器
電腦控制調節器是一種新型調節器，由電負載監測儀測量系統總負載后，向發電機電腦發送信號，控制發電機電壓調節器，適時地接通或斷開勵磁電路。在調節電壓之外又能減輕發動機負荷，提高燃料經濟性。
5 結束語
作為行走機械的主要電源，硅整流發電機完成了將交流電整流成直流電，并保持穩定輸出電壓的任務，關鍵部分即整流器和電壓調節器在其工作中任務非常重要，提高發電機的輸出功率，并輸出高精度的、不受干擾的穩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
[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基礎機械工業出版社2008年9月北京
[3]顧永杰電工電子技術基礎高等教育出版社2005年1月北京
篇2
關鍵詞： 汽車發電機； 電壓調節器； 數據采集； 靜態測試
中圖分類號： TN710?34； TM31 文獻標識碼： A 文章編號： 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
汽車發電機電壓調節器，是汽車供電系統的一個關鍵部件，其用途是穩定汽車發電機的輸出電壓，使其不受發電機轉速變化和負載變化的影響。該產品的質量狀況的好壞，直接影響到車輛的正常行駛。
多年來，對汽車發電機電壓調節器的電氣性能測試，一直沿用在發電機測試臺上進行測試的傳統方法。由于整個測試系統設備龐大、價格昂貴、耗電量大、操作復雜[1?3]。所以只有調節器生產廠具備該測試系統，一般的使用單位和汽車電器維修單位都不具備使用該測試系統的條件。所以對汽車發電機電壓調節器的電氣性能測試，一直是困擾各電機廠及維修市場的難題。
汽車發電機電壓調節器多功能電子測試儀器，是多年來汽車行業不論是電機廠還是維修市場，都急需的電氣性能測試儀器。多功能測試儀以計算機為應用平臺，結合最新的集成器件和電子應用技術，具有測試準確、穩定可靠、操作簡單、智能化程度高的特點，它將替代現有龐大的汽車發電機電壓調節器測試系統，是一項填補國內空白的研究課題。
汽車發電機電壓調節器多功能電子測試儀器在相關領域推廣應用后，將取得較高的社會效益和經濟效益。已開發的BL?2型單一功能電壓調節器靜態測試儀已成為國內多家電壓調節器生產廠及發電機生產廠的檢測儀器，但其只適用于中小批量、單一功能電壓調節器的測試，不能滿足市場的功能需求。為此又開發了BL?4型多功能電壓調節器綜合參數靜態測試儀，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品的多項參數的檢測。
1 測試信號采集與轉換電路的設計
汽車電壓調節器的主要參數有調節電壓值、轉速特性、負載特性、溫度補償系數和飽和壓降，其中轉速特性與負載特性是與發電機匹配有關聯的參數，不適合做靜態測試，須在發電機測試臺上進行動態測試。
1.1 多引腳多功能電壓調節器的靜態測試
該調節器的特點適合裝配無激磁整流管的發電機，調節器具有雙重功能，即調節器功能和指示燈功能，其中的典型產品是夏利發電機用的7引腳調節器，其外電路的連接如圖1所示。由于調節器功能和充電指示燈控制功能相互獨立，可對兩個功能分別進行靜態測試。
圖1 7引腳調節器外接電路
調節器功能：可將B+、IG、S、W并在一起接測試儀+極，F、E分別接測試儀的相應接線端子（如圖1所示），L串接指示燈后接正極，電壓表指示的數值即為調節電壓值。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 三引腳單功能調節器的測試
1.2.1 調節電壓值的測試
測試電路如圖2所示。測試原理：將電源輸入電子模擬發電機，不接調節器時，發電機+、-極輸出電瓶電壓，測量14 V調節器時約8～10 V，測量28 V調節器時約16～20 V，將調節器的引腳按極性分別接到電子模擬發電機上時，電壓表顯示的數值即為調節器的調節電壓值。用此方法測量調節電壓值，不須手動調節，數據準確，效率高。測量精度取決于電子模擬發電機。
圖2 三引腳單功能調節器調節電壓值測試
1.2.2 輸出端導通壓降的測量
輸出端導通壓降（即功率管導通壓降）的測試電路如圖3所示。調節電阻[R]至電流規定值，此時電壓表讀數即為調節器導通壓降。該壓降越低，調節器的自身消耗也越小。
1.3 多引腳單功能調節器的靜態測試
多引腳單功能調節器也可以用靜態方法進行測試，因為任何一個電壓調節器，只有三個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，只要將輔助引腳進行技術處理，都可以用靜態方法進行測試。
圖3 輸出端導通壓降測試
2 數據采集系統的設計
2.1 硬件設計
數據采集系統由信號調理電路、多路切換電路、采樣保持電路、A/D轉換電路、信號處理電路組成。其硬件結構框圖如圖4所示。A/D轉換模塊采用ADC0809芯片，其為CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，具有8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關型D/A轉換器和逐次逼近寄存器，滿足本系統要求。信號處理模塊采用AT89C51單片機，其為一種低功耗、高性能的8位單片機，片內帶有一個4 KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲器（PEROM），采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器（NURAM）技術，而且其輸出引腳和指令系統都與MCS?51兼容，是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，適合本系統使用。通信接口采用RS 232異步串行通信標準接口，并利用MAX232芯片進行RS 232與TTL電平之間的轉換。
圖4 數據采集系統硬件結構框圖
2.2 數據采集系統軟件設計
系統的支持軟件分為匯編服務程序和人機界面高級語言處理程序兩類， 兩者的有機結合達到了高速控制、操作界面簡便、交互友好、功能齊全的目的。
匯編服務程序主要包括主程序、A/D轉換程序及其中斷服務程序、ASCII碼轉換程序、串口通信程序[4?5]。程序設計中采用模塊化設計方法，各功能模塊相對獨立，由主控模塊調用。模塊層次分明、思路清晰，可讀性強，極大地方便了軟件調試和移植工作。這里給出主程序和ASCII碼轉換子程序。主程序主要完成調用各子程序以及中斷服務程序的準備工作，其程序流程如圖5所示。ASCII碼轉換子程序采集卡采集到的數據在輸出到計算機之前，必須先轉換成ASCII碼，才能在屏幕上顯示。程序流程如圖6所示。
圖5 匯編服務主程序流程 圖6 ASCII碼轉換流程
3 可視界面的軟件設計
為給用戶提供方便的圖形界面和全面的數據信息，采用Visual Basic 語言進行人機界面設計，包括參數設定、數據顯示、數據輸出三個主要功能，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行時，需要對屏幕右下角功能配置區進行相應設置。全局設定包括采集頻率、取值周期、是否自動保存和自動保存取值次數等內容的設定。電壓值校準是為了保證軟件顯示數據和測試儀面板顯示數據一致，進行電壓值校準設置時，必須先開啟測試儀電源，并保證采集卡已經正確連接到電腦上。產品維護是配置所測試產品數據的合格范圍，在此范圍外的測試數據為不合格記錄，必須正確配置。
4 測試結果分析
BL?4多功能電壓調節器靜態測試儀如圖9所示，由測試部分和數據采集部分組成。測試部分用來測試汽車電壓調節器的電氣性能參數，并可以顯示輸出數據，其原理結構如圖10所示，包括電源、電子模擬發電機、控制、輸出、操作及可調負載6個模塊。電源部分設置3組開關，用于測試不同系列產品的不同參數。數據采集系統的作用是將電壓調節器測試系統的測試結果傳輸到計算機中，并通過人機界面記錄、保存數據，以便進行成批分析、處理數據。
測試室溫為23 ℃，發電機轉速為6 000轉/分，14 V調節器負載電流為9 A，28 V調節負載電流為5 A時，動態測試與靜態測試的調節電壓值見表1。說明靜態測試結果接近于動態測試結果，相對誤差小于0.14%，滿足調節器標準要求[6]。
圖7 操作界面流程
圖8 電壓值采集界面
圖9 BL?4型電壓調節器測試儀
圖10 測試儀原理結構
表1 靜態測試與動態測試結果
[調節器＼&調節電壓＼&相對
誤差 /V＼&型號＼&電壓系列 ＼&發電機
類型＼&動態
測試 /V＼&靜態
測試 /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 論
經過一年多的試用，BL?4多功能電壓調節器綜合參數測試儀，同時操作方便，成本低，既適用于中小批量、單一功能電壓調節器的測試，也適用于大批量生產、多功能電壓調節器的測試，并可以進一步統計、分析和預測大批量產品的性能和可靠性，測試精度可以達到動態測試的0.1%，高于市場上同類產品，具有很強的推廣性。
參考文獻
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篇3
一、前言
核電汽輪機的特點是功率大、進汽參數低，因此轉子重量大，軸承所需油量大。為了保證安全、穩定的軸承供油，油系統采用主軸驅動式主油泵直接供油，壓力調節閥調節系統油壓。
核電汽輪機主油泵為齒輪泵，齒輪泵結構相對簡單，油系統安全、穩定性高，在工程應用經驗核電汽輪機主油泵的試驗研究為其國產化提供了理論依據。
二、目的
對于首次研制的主油泵，按照機械行業標準要求須對其進行型式試驗，以檢驗其性能是否達到設計指標，能否滿足使用要求。
為了完成試驗，設計一套試驗系統來進行測試。
三、試驗項目及試驗方法
根據機械行業標準要求以及核電汽輪機油系統的運行特點，確定主油泵、壓力調節閥的試驗項目以及試驗方法，本試驗項目包括：
1、排量驗證試驗
測量泵在空載穩態工況下設定轉速的流量和轉速，轉速測量分3檔，額定轉速、停輔助油泵轉速及二者中間轉速；
2、效率試驗（容積效率、總效率）
在額定轉速至最低轉速范圍內的六個等分轉速下，分別測量空載壓力至額定壓力范圍內至少六個等分壓力點（包括空載壓力和額定壓力）的有關效率的流量、壓力、轉速、輸入扭矩等各組數據；
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
檢驗泵的吸油能力，在額定轉速、空載壓力工況下，測量被試泵吸入口真空度為零時的排量。以此為基準，逐漸增加吸入阻力，直至排量下降1%時，測量其真空度；
5、噪聲試驗
在額定轉速下，進口壓力在-16kPa至設計規定最高的進口壓力的范圍內，分別測量被試泵空載壓力至額定壓力范圍內，至少六個等分壓力點（包括空載壓力和額定壓力）的噪聲值；
6、低速試驗
在輸出穩定的額定壓力，連續運轉10分鐘以上測量流量、壓力數據，計算容積效率并記錄最低轉速；
7、超速試驗
分別在空載壓力及額定壓力下，逐漸升速至額定轉速的115%，各自連續運轉15分鐘以上；
8、超載試驗
在被試泵的進口溫度為52～55℃、額定轉速和125%額定壓力下作連續運轉1分鐘以上；
9、效率檢查
完成上述規定項目試驗后測量額定工況下的容積效率和總效率。
10、壓力調節閥試驗
測量壓力調節閥在不同壓力下對應的流量。
四、試驗系統設計
1、系統主要組成及功能
該試驗系統主要由變頻電機、液壓系統、儀器儀表、控制等組成。
變頻電機用于向被試泵提供動力并調節轉速；主油泵試驗系統提供被試泵的各種工況；儀器儀表用于測量壓力、流量、溫度、轉速、扭矩等參數并遠傳信號；集控中心實現油溫控制、壓力控制、轉速控制、數據采集和計算機通信等。
2、主油泵試驗系統工作原理
針對主油泵試驗需要驗證的項目，模擬核電汽輪機油系統實際布置情況，設計本試驗系統。
試驗系統主要設備：
1）變頻電機、主油泵試驗箱體
變頻電機向主油泵提供動力，與泵減速齒輪之間采用撓性聯軸器連接，同時安裝扭矩儀和速度傳感器。變頻電機可根據試驗需要調節轉速并穩定在設定值。
為了模擬主油泵在油系統中的正常運行工況，變頻電機與主油泵安裝在油箱液面大約4.5米高的平臺上，以檢驗泵的自吸性能。
根據主油泵的結構特點設計試驗箱體，泵進、出油管均在箱體下方。試驗時箱體密閉，防止油泄漏。
2）流量調節閥
使用流量調節閥可調節系統回油箱的流量，通過調節流量以達到給系統加載的目的，實現主油泵出口壓力的調節。
3）壓力調節閥
壓力調節閥與主油泵同屬于油系統設備，也是被試對象。
汽輪機油系統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，在供油管道上并聯一壓力調節閥，使過量的油經過旁路回到主油箱以調節油供油母管壓力。在進行主油泵試驗時，壓力調節閥可用于穩定系統壓力。
4）儀器儀表
包括壓力傳感器、熱電阻、流量計、扭矩儀、速度傳感器等，儀表精度應符合相應規范要求并能實現信號遠傳。
流量計安裝在直管段上，其前后直管段長度要求：前10D，后5D（D管道公稱直徑）。
5）供油設備
包括油箱、供油泵、冷油器、電加熱器、溫度計、油箱等。
3、試驗結果驗證
通過調整泵的轉速和出口壓力從而得出對應的流量，記錄試驗數據，試驗完畢后將得出的數據進行整理，編制詳細的試驗報告，繪制相關特性曲線。
1）流量-轉速曲線
齒輪泵是容積泵，其流量隨著轉速增加而增大，理論上是成正比關系。
2）流量-壓力曲線
齒輪泵理論上在轉速一定的情況下流量不變，泵的結構特性，實際上泵齒間、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
在額定轉速下，泵的容積效率隨工作壓力的增大而降低；泵的機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、結語
隨著我國核電事業的不斷發展，核電項目不斷增多，從長遠利益考慮，核電汽輪機主油泵的自主化設計勢在必行，主油泵試驗系統以及試驗規程必不可少，因此本試驗研究具有很大的實際意義。由于本試驗系統是全新設計且較復雜，在試驗過程中還需不斷摸索、完善。
參考文獻
[1] 國家發展和改革委員會，《液壓齒輪泵》（JB/T 7041-2006），機械行業標準.
[2] 國家機械工業委員會，《液壓泵、馬達空載排量 測定方法》（GB7936-87），國家標準.
篇4
【關鍵詞】單片機；空調壓縮機控制器；低耗節能
0 前言
空調系統的能耗在現實生活中是一個不可忽視的問題。因此，研究設計低能耗空調系統對于節能來說非常重要。空調壓縮機控制器是空調系統中的一個重要組成部分。采用基于單片機控制的電動空調壓縮機控制器是一種有效的低功耗節能手段。電動空調壓縮機是由電機、電子控制單元和壓縮機等組成，壓縮機由電機驅動，電子控制單元控制電機的運轉。永磁無刷直流電機因為性能優良等特點在諸多行業備受重視，尤其在節能方面具有巨大優勢。無刷直流電機在空調壓縮機中采用變頻等技術，很大程度上降低了噪音和損耗，從而達到節能的目的。采用基于單片機控制的控制器節能效果明顯，具有廣泛發展前景。
1 電動空調壓縮機工作過程
壓縮機是電動空調系統中一個非常重要的部件，它為空調系統的正常工作提供了保障。空調壓縮機在空調系統中主要用來壓縮驅動制冷劑。空調壓縮機的工作過程有蒸發和冷凝過程，壓縮機把制冷劑壓縮后進行冷卻，同時通過散熱片向空氣中散熱，制冷劑也發生形態變化，壓力也同時升高。制冷劑隨后被送到到蒸發器中，壓力下降。此時散熱片吸收空氣中大量的熱量。經過這樣一個循環過程，空調壓縮機不斷工作，就不斷把熱量散發到空氣中，從而進行調節氣溫的工作。電動空調壓縮機一般都采用電機驅動，而且現在空調壓縮機的電機多采用無刷直流電機進行驅動。無刷直流電動機，是一種用電子換向的小功率直流電動機。這種電動機的特點是結構簡單，運行可靠，工作效率高。無刷直流電動機中采用的是自控式逆變器，它的輸出頻率不是獨立調節的，而是受安裝在同步電動機軸上的轉子位置檢測器控制。這也是電動空調壓縮機的具體工作方式。電動空調壓縮機主要通過單片機控制器進行相關的控制和調節，對空調系統的一些設定參數進行控制，并進一步控制電動空調的低功耗和節能效果。
2 控制器低功耗節能設計途徑
控制器是控制電動空調的的主要部件。要想使空調的功耗低從而達到節能的目的，必須對控制器進行全面的設計，主要包括硬件設計和軟件設計兩大部分。硬件和軟件的雙重設計和結合使低功耗成為常態，并為節能提供了保障。
2.1 單片機的合理選擇
單片機在現代生活和工業中的電子產品中廣泛應用。單片機實質上是一種微控制器，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，單片機的最大優點就是不用外接其它的硬件，從而節約了制造成本。單片機有很多顯著的特點，比如單片機的結構比較簡易、方便用戶使用，可通過模塊化進行編程；單片機可靠性很強，可以連續進行長時間的工作。此外，單片機本身需要的電壓較低，因而能耗也比較低。單片機本身可以做成小規模產品，便于使用者攜帶。可以說單片機的功能是十分強大的，能夠滿足現實中很多實際需求。單片機應用在電動空調的壓縮機控制時需要進行相應的匹配和合理選擇。只有這樣才能充分發揮單片機的優勢，進而達到節能的目的。整個空調壓縮機系統的控制器要采用合適的單片機，以期滿足需要的供電電壓等相關要求。單片機具體在空調待機不需要正常工作時進行控制，降低空調能耗，從而節約電能。在空調其它工作狀態下時單片機再進行對應的控制。單片機作為一個核心部件，它性能的優劣直接關系到空調的工作效率以及低功耗的實現甚至減小能源消耗等，所以在進行單片機的選擇時要合理、規范而有效。
2.2 電路的全面統籌
空調系統作為一個系統的整體，缺少不了電路的設計。而空調壓縮機控制系統的電路設計也非常復雜，電路的設計包括主控電源電路設計、低功耗電源電路設計以及模式切換電路設計等相關設計，必須全面統籌進行合理有效的設計。在主控電源電路的設計環節，多采用雙路供電工作方式，并采取電子開關轉換方式實現相應工作模式的切換。主控電源根據電機工作模式的需要，進行相應電壓的供應，以提高電源轉換效率。在低功耗電源電路設計環節，電源可采用低功耗直流電-直流電，從而滿足相應的電壓和電流的要求。兩路電源都可以產生相應的電壓給單片機供電，當單片機進行工作模式的轉換時，電子開關能夠切換到要使用的電源。在設計電子開關時，依據控制器的輸入電流和輸入電壓來進行選擇，同時考慮到散熱體積、散熱效果和成本，選擇合適的晶體管來作為電子開關的材料。空調系統的工作模式其實可以分為兩大類，就是低功耗模式以及其它功耗工作模式，根據實際需求，單片機需要在這兩大類工作模式之間進行相應的切換，因此必須設計相應的模式切換電路。其中喚醒電路是模式切換電路的一種有效方式。使用者可以通過調節外部信號來控制控制器中的相應程序。控制器通過外部速度信號以及不同占空比來調節電機的轉速，并同時調節相應的電壓和電流在一定范圍內變化。總而言之，電路的設計在空調系統中是一個十分重要的設計環節，需要根據實際情況和設計目標做好各電路的設計以及各電路之間的全面統籌協調，從而提高工作效率，達到低功耗和節能的效果。
2.3 控制軟件的編程
任何一個電子產品的成功運行，除了在硬件上進行相應的保證和升級，軟件的設計和編程也非常重要。必須對硬件進行相應的軟件控制才能使硬件正常甚至高效工作。控制軟件在編程的時候可以采用模塊化的編程方式，從而控制電機的待機、起動、停止、低功耗等工作模式。控制軟件除了使空調進行相應模式的工作之外，使空調進行安全的正常工作也十分重要。因此在控制軟件的編程環節，也需要針對現實生活中常見的安全問題進行合理有效編程。比如要避免在空調剛通電時出現過壓、過載、過流、過溫等情況，從而保證空調系統起動正常。因此在軟件編程的時候要考慮到各種保護機制，防止在系統工作的時候產生故障影響安全。控制軟件的編程也可以降低空調系統的功耗。其中在編程的時候采取限流降速的方法來降低功耗。也就是控制軟件根據使用者的具體需要，限制壓縮機的工作電流，并且可以調整相應的限流值。如果壓縮機的電流超過了限制的電流，控制器會則根據之前設定好的程序來降低電機轉速，減少能耗，從而實現節能。通過軟件的編程，可以根據實際情況，使控制器執行相應的程序，從而控制電機的運行，使空調系統在待機等環節實現低功耗，從而達到節能的目的。
3 結語
采用單片機來進行電動空調壓縮機的控制是一種有效的低功耗節能方式。本研究在空調系統節能的必要性以及壓縮機工作過程的背景下，具體提出了三種控制器低功耗節能設計措施。要合理選擇單片機，進行相應工作模式的控制和切換。要全面統籌電路，在主控電源電路設計、低功耗電源電路設計以及模式切換電路做好設計和協調。軟件在控制時編程環節要考慮實際情況，并要保障空調系統的安全問題。這些措施的實施都為空調系統的低功耗和節能提供了有效思路和合理建議。
【參考文獻】
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電流調節器主要作用是穩定電流，電路如圖4示．當IdUi=－Us+Ufi=(－Us+Id)＞0UkUdId．當系統穩定時，Ui=(－Us+Id)=0，即Id=Us/，所以Us一定時，Id將保持在Us/的數值上．通過調節W6可以調節LT的時間常數，調節W7可以整定Id的最大值．
參數設定
電流調節器參數的設定。取輸入電阻R22=R23=10kΩ，濾波時間常數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時間T0=1．7ms，則電流環小時間常數T∑i=Tfi+T0=3．7ms，Ti=4T∑i=14．8ms．現取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．
速度調節器參數的設定。取輸入電阻R13=R14=10kΩ，速度濾波時間常數Tfn=10ms，則濾波電容C6=4Tfn/(R13+R14)=0．2μF．因電流環為典“Ⅱ”系統設計，則速度環小時間常數T∑n=Tfn+Ti=10+14．8=24．8ms，Tn=4T∑n=99．2ms，現取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．
雙閉環調速系統的控制過程
在軋制帶鋼的過程中，當遇到帶鋼的焊接口或帶鋼比較厚的地方時，雙閉環調速系統對主機進行控制和調節的過程如圖5示．
轉速n下降，電流Id上升．在軋鋼過程中遇到上述現象時，轉速n會下降，電流Id會上升，因為MfzMd＜MfzM合=(Md－Mfz)＜0nUn=(Ug2－an)＞0|－Us|Ui=(－Us+Id)＜0UkUdIdMd，同時IdUi=(－Us+Id)＞0UkUdId．在速度調節器的作用下，轉速n的繼續下降會得到阻止，同時電流調節器的作用也使電流Id的繼續上升會被其抑制，因ST是外環在調節過程中起主導作用，而LT是內環起跟隨作用，所以電流的變化始終跟隨著速度的變化，因此轉速n下降，電流Id上升．
轉速n上升，電流Id繼續上升．隨著Id的上升，Md繼續上升，當Md=Mfz時，轉速n不再下降，但n仍然小于n1，U仍然大于零，所以Md繼續上升，Md＞Mfz，轉速n回升，同時電流Id也繼續上升．
轉速n繼續上升，電流Id下降．當n回升n1時，Md不再上升，則電流Id也不再上升，但Md＞Mfz，因此馬達繼續加速，轉速n繼續上升，使轉速n＞n1．這樣又使U＜0|－Us|Ui=(－Us+Id)＞0UkUdIdMd，所以電流Id下降．
轉速n下降，電流Id繼續下降．隨著Md的下降，當Md=Mfz時，n此時仍然大于n1，U仍然小于零，U＜0|－Us|Ui=(－Us+Id)＞0UkUdIdMd，所以電流Id繼續下降．3．5轉速n下降，電流Id上升．因為Md繼續下降，使Md＜Mfz，此時系統將重復上述的過程．當系統經過一些小震蕩后，Md、Id和轉速n將會趨于穩定，即Md=Mfz2，n=n1，I=I1．雖然此系統要經過一些小震蕩后才能穩定，但在LT和ST的作用下，其震蕩的幅值比較小，同時系統調節的時間非常短，只有零點零幾秒，所以在軋制帶鋼的過程中觀察不到主機轉速的變化和鋼帶“拉扯”的現象，這樣軋出來帶鋼的質量比較理想．同理當帶鋼由厚變薄時，此系統將會進行反過程的調節，使其達到新的平衡，調節過程不再陳述．
故障分析與處置
在一次軋制帶鋼的過程中，主機的運行速度從平穩狀態突然上升到到最大值，并且不可控制．緊急停機后檢查發現，用來測定主機運行速度的發電機燒毀，致使轉速負反饋的作用突然消失，也就是說Ufn=an=0，那么加在速度調節器輸入端的偏差電壓Un=Ug2－Ufn=(Ug2－an)=Ug2，而此時Ug2的電壓是4．2伏，遠遠大于正常輸入時的偏差電壓Un，Ug2的電壓直接加在速度調節器輸入端，使速度調節器飽和，輸出的電壓Us為－9．5伏，為主機轉速n的最大限幅值，主機轉速突然上升到最大值．更換測速發電機，調整其在速度調節器輸入端的反饋電壓Ufn，主機的運行狀態恢復正常．
主機空載啟動正常，軋鋼時，主機的運轉速度不穩定，出現“顫抖”的現象．調節電流反饋量時發現，反饋量越小，主機“顫抖”越嚴重，檢查發現電流調節器的積分電容短路，導致電流調節器由比例－積分調節器變成了比例調節器．當主機軋鋼時，主機的電樞電流升高，電流反饋量增大，電流調節器的輸入電壓Ui=(－Us+Id)減小，因為電流調節器變成了比例調節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，導致晶閘管整流裝置的輸出電壓減小，主機的速度降低．主機的速度降低導致其轉速反饋量Ufn減小，速度調節器的輸入電壓Un=Ug2－Ufn升高，其輸出電壓Us增大，結果電流調節器的輸入電壓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，主機的速度升高．主機的速度升高使其轉速反饋量Ufn增大，結果又使Uk減小，主機的速度降低，因此主機的運轉速度出現“顫抖”的現象．更換積分電容C11后，控制恢復正常．
篇6
[關鍵詞]自動裝置；靜態；自并勵；勵磁系統
一、技術性能
勵磁系統在發電機變壓器組高壓側對稱或不對稱短路時，保證AVR正確動作；當發電機的勵磁電壓和勵磁電流不超過其額定值的1.1倍時，勵磁系統能保持連續運行，勵磁設備的短時過負荷能力大于發電機轉子繞組短時過負荷能力，強勵倍數不小于2，允許強勵時間不小于10秒。勵磁系統電壓響比即電壓上升速度不低于3.5PU/S，勵磁系統電壓響時間≤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）。勵磁系統設備在電廠所在地最惡劣的環境條件下，能可靠、安全、連續地正常工作。
二、主要部件技術性能
（1）勵磁變壓器。勵磁變壓器額定容量根據勵磁系統需要確定，三相式，頻率50Hz，星/三角-11接線，安裝在戶內。勵磁變壓器采用干式、環氧樹脂、自冷、F級絕緣型式，其高低壓繞組之間有靜電屏蔽，能適帶整流負荷的要求，并能承受出口三相短路和不對稱短路，而不產生有害變形。高壓側保護用CT引至保護設備，用于可靠探測變壓器高壓側出口短路故障，并發出相關信號至報警和啟動發電機程序跳閘。高壓側測量用CT引出至我廠提供的測量系統，用于可靠檢測變壓器的工況。（2）可控硅整流裝置。可控硅整流裝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口設備，有至少25%的備用容量。功率整流裝置并聯支路數不小于3。整流裝置的每個功能元件都有快速熔斷器保護。并聯整流柜交直流側均設斷路器或刀閘，能與主電路及其它控制回路隔斷。整流裝置及其風機有良好的減噪設備，整流裝置柜門1米遠處嘈音小于65dB。（3）勵磁調節器。勵磁調節器（AVR）采用32位以上工控雙微機并聯冗余容錯的開放式結構，有良好的抗震、抗沖擊、抗電磁干擾能力；有與電廠計算機監控系統進行通訊接口的設備；兩套微機構成的雙通道從輸入到輸出均可完全獨立工作，雙機之間相互診斷、相互跟蹤、相互通訊、相互切換、相互備用。勵磁調節器具備下列5種運行方式：機端恒壓運行方式、恒勵磁電流運行方式、恒無功功率運行方式、恒功率因數運行方式、空載跟蹤網壓運行方式。自動電壓調節AVR：常規調節模式，以機端電壓作為反饋進行閉環調節。磁場電流調節FCR：以轉子電流作為反饋量進行閉環調節，在電壓反饋量測故障時，調節器由AVR方式自動切換至FCR方式，在正常情況下，可由AVR方式手動切換至FCR方式。恒無功調節：恒無功控制方式設定為只能在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值來實現的。恒功率因數調節：恒功率因數控制方式設定為只能在AVR方式下投入，它是通過修改AVR的電壓給定而使功率因數保持為給定常數值來實現的。通過軟件可實現下列輔助功能：欠勵磁瞬時限制功能、瞬時/延時過勵磁功能，定子過電流反時限限制功能，電壓頻率比限制功能，PSS限制功能，PT斷線監測和保護功能，誤強勵檢測限制功能，空載過壓保護功能，在線自檢功能，具有脈沖丟失及脈沖異常檢測功能，斷口自恢復式的軟硬件雙重WATCHDOG功能。過勵磁限制單元能與發電機轉子繞組發熱特性匹配的反時限特性；低勵限制特性由系統靜穩定極限和發電機端部發熱限制條件確定；電壓頻率比限制特性與發電機和主變壓器鐵心的過勵磁特性匹配。勵磁調節器除配置有雙通道的自動勵磁調節器外，還配置一套手動勵磁調節器。勵磁調節裝置能夠接受自動準同期裝置的調節信號，能夠接受無功功率自動成組調節信號，能夠實現起停的自動控制。能夠進行就地、遠方的滅磁開關分合。調節方式和通道的切換以及增減勵磁操作。手動調壓范圍保證發電機勵磁電壓能從空載勵磁電壓的20%到額定勵磁電壓的110%范圍內穩定平滑的調節。自動勵磁調節器穩壓電源裝置由兩路獨立的直流電源供電，電源取自220V直流系統。（4）勵磁系統其他設備。勵磁系統配置轉子滅磁裝置、轉子過電壓裝置以及起勵設備。正常停機采用逆變滅磁的方式，事故停機采用磁場斷路器加氧化鋅滅磁電阻滅磁的方式。把“手動逆變”打到“逆變”位置，則調節器強制逆變滅磁。在可控硅整流橋交流側、直流側及發電機轉子側設有過電壓保護裝置，用以保護可控硅及發電機轉子。起勵裝置采用交流整流起勵和直流蓄電池起勵兩種方式，起勵電流的大小按發電機空載勵磁電流的15%確定。
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【關鍵詞】 NES5100 勵磁調節 無功波動原因 PT
1 引言
旗能電廠2*330MW火電機組，采用國電南瑞NES5100自動勵磁系統，2012年投產以來運行正常。2015年9月16日至20日間集控運行人員多次發現#1發電機無功功率突然增加18MVAR，#2發電機無功功率下降25MVAR，#2有功功率上升或者#1發電機無功功率突然下降，#2發電機無功功率突然上升約25MVAR至30MVAR，期間無任何調整操作，系統電壓也無明顯變化，無異常報警。對勵磁系統及發電機碳刷集電環檢查并未發現異常，匯報調度，系統無異常擾動。但有無、功負荷頻繁出現異常波動，外部檢查又沒有發現異常，遂對運行數據進行搜集分析，最終找出了故障原因，并采取相應措施消除了異常，保證了機組安全。
2 可能影響發電機無功負荷波動的因素
（1）AVC模式下機組無功負荷受外界指令控制影響：發電廠AVC子站接收AVC主站系統下發的發電廠高壓母線電壓/全廠總無功目標值或設定的電壓控制曲線，按照一定的控制策略，合理分配各機組的無功，AVC子站直接或通過DCS向發電機的勵磁系統發送增減磁信號以調節發電機無功，達到主站控制目標，實現全廠機組的電壓/無功自動控制。
（2）附加模式下PSS異常調節：電力系統穩定器（pps）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術。它在勵磁電壓調節器中，引入領先于軸速度的附加信號，產生一個正阻尼轉矩，去克服原勵磁電壓調節器中產生的負阻尼轉矩作用。用于提高電力系統阻尼、解決低頻振蕩問題。當增加發電機原動機輸入功率或降低輸入功率時，PSS“反調”則會導致無功負荷較大幅度的減少或增加。
（3）發電機PT及采樣回路異常或調節器故障：勵磁調節器通過發電機機端PT1和PT2回路采樣后的量作為勵磁調節器模擬量板輸入，通過模數轉換作為發電機定子電壓測量值，通過與AVR給定電壓比較形成偏差，此偏差信號經PID閉環調節，再經差分放大等，形成新的控制電壓，從而作用于整流橋通過對整流橋觸發脈沖的控制達到調整發電機電壓穩定的目的。如果發電機PT一、二次回路出現觸頭、接線或熔斷器接觸不良，勵磁調節器采樣回路故障等也會影響機組無功，導致無功負荷波動。
（4）系統電壓異常波動影響：本廠發電機勵磁調節器雙通道均選用“恒電壓”控制模式，以維持定子電壓穩定在給定電壓運行。當系統電壓發生波動時，發電機定子電壓也會受影響，此時勵磁調節器會自動調節無功功率以維持發電機定子電壓恒定。
（5）勵磁回路異常：發電機勵磁碳刷接觸不良打火花嚴重等也會造成發電機勵磁電流、電壓及無功負荷異常波動，
3 無功負荷異常波動的檢查分析
（1）我廠接入地方電網，目前調度未要求投入AVR運行；勵磁調節器為國電南瑞NES5100勵磁調節系統，其PSS采用PSS2B型，PSS試驗及國內使用經驗，未出現反調現象，且目前調度并未要求投入PSS運行。
（2）運行數據分析：1）發電機勵磁碳刷和集電環檢查溫度正常，無打火花等異常現象，調節器無異常報警；2）兩臺有、無功功率波動時，勵磁電流、定子電流對應發生變化，說明無功變化并非純粹因為變送器輸出異常，確為真實波動；3）#2發電機無功波動時，#1機無功同時出現波動，但波動方向與#2機相反，幅度略小；如果是系統電壓變化引起無功異常波動，#1、2機組波動方向應一致，#2機組無功波動明顯大于#1機且與#1機方向相反，由此可基本排除系統電壓波動引起。#1機無功波動應為#2機無功波動影響系統電壓導致的正常調整。4）查運行數據曲線發現出現#2機有、無功功率異常上升時，#2機機端三相線電壓基本平衡，略有上升，且無功波動時線電壓與無功同向變化。由于220KV系統電壓無明顯變化，說明機端電壓上升是無功上升硬氣的。有無功率上升時B相相電壓比A、C相相電壓降低約0.4KV。無功突降時#2發電機機端B相電壓上升至與A、C相基本一致。可能是勵磁調節器采樣回路和發電機相電壓檢測回路均同時出現了A、C相相電壓降低，導致調節器自動增磁。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，電壓存在差別應該與發變組一次回路無關是PT及檢測回路原因。相電壓變送器輸入電壓取自PT2，勵磁當前工作通道為B套，其反饋電壓同樣取自PT2，如果PT2輸出電壓異常波動可能導致#2發電機無功異常波動。
（3）通過以上分析，運行懷疑因勵磁系統采集的B相電壓突變失準導致調節器調節動作，引起機組無功波動，但由于電壓差值不大不足以啟動勵磁調節器和保護回路PT斷線報警。通知檢修對勵磁調節器機端電壓采樣輸入電壓，發變組變送器屏及保護屏端子PT、發電機出線PT端子箱二次電壓進行檢查。測量結果勵磁調節屏和發電機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顯示對應。檢修進一步檢查PT2二次空開處進線電壓也存在相間不平衡，應為PT柜一二次回路接觸不良所致，最終打開PT2B相前柜門發現一次插頭處有間隙性微小火花放電現象。
4 處理過程中的注意事項
發電機PT回路用于機端電壓采樣，PT回路檢修工作需將故障PT二次空開斷開及一次手車拉出，可能導致發電機電壓、頻率、發電機有無功功率，有無功電能異常，這些參數關系到發電機功率調節、勵磁調節、保護裝置等，必須采取可靠措施才能保證機組安全。
（1）解除電壓測量波動對勵磁調節的影響。將雙通道勵磁調節方式由“恒電壓”切換為“恒電流”調節模式。勵磁調節器恒電流調節是維持發電機勵磁電流為恒定值，實際是勵磁手動調節模式，在此模式下勵磁調節不受機端電壓影響但必須加強機組監視。
（2）退出可能受定子電壓采樣值突變而引起誤動的保護和自動裝置。發電機逆功率、失磁、過激磁、定子接地保護、匝間保護、過電壓、低電壓、低頻率等反應電壓變化的保護裝置應做好防止誤動的措施，退出保護壓板。
（3）解除有功功率相關調節回路。由于拉出發電機PT柜可能造成發電機有功功率突變，應退出DEH功控回路，改為閥位控制；退出減溫水自動，避免汽溫異常變化。同時由于有功功率顯示異常，應暫停負荷調整，加強對發電機定子電流以及汽溫、汽壓、蒸汽流量等監視，維持機組負荷穩定并做好少計電量記錄。
（4）做好檢修安全措施。機組PT共第三組，檢修時注意核對編號、端子號及測量二次電壓，避免誤動正常的PT。PT小車推進拉出操作人員帶絕緣手套。
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>> GIS開關油壓監控系統硬件電路設計 基于小型高效直流開關電源的控制電路設計 針對反激式開關電源箝位電路設計分析 電路設計與開關 開關電源設計 開關電源系統穩定性補償電路的設計 開關電源無源PFC電路優化設計探析 開關電源電路分析與技術改進 硬件電路設計流程與方法 開關電源模塊并聯供電系統設計 超聲波導盲系統硬件電路設計 MPEG－4的解碼系統硬件電路設計 網絡型停車場控制系統硬件電路設計與實現 基于M51995A開關電源保護電路的設計 開關電源并聯均流系統 數字機開關電源輸出電路檢修方法與實例 基于反激式開關電源電路實現與測試分析 開關電源EMC設計實例 通用開關電源的設計 開關電源電磁兼容設計 常見問題解答 當前所在位置：
關鍵詞：開關電源；UCC3895；測控系統
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012
引言
大中功率直流開關電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實現全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：（1）采用分立器件進行邏輯組合；（2）采用DSP或CPLD實現數字控制；（3）采用專用集成控制芯片 。采用分立器件進行邏輯組合構成的模擬控制電路結構復雜，不利于開關電源小型化；采用DSP或CPLD實現數字控制的成本較高，且存在數字電路延遲；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芯片來產生PWM控制波形，UCC3895是一款優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（ZVS）提供高效高頻的解決方案。國內外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環控制電路復雜，不易實現。
由于單電壓環反饋模式簡單有效的優點，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環加限流環的反饋模式和單片機相結合設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統，詳細設計了閉環系統、控制器參數、保護電路，顯示電路，調壓電路，并對測控系統進行了實驗。
系統方案
采用應用廣泛的TI公司生產的UCC3895芯片與單片機相結合的方案設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進行PWM移相控制，并與單片機相結合來實現對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護。其中，所選單片機型號為美國微芯公司生產的PIC16F873單片機。PIC16F873共28個引腳，內部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數器，2個脈寬調制（PWM）通道。
UCC3895電路設計
如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內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構成了閉環控制系統的電壓調節器，輸出電壓Vo經過電阻分壓接到電壓調節器反相輸入端構成反饋電壓，改變可調電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實現開關頻率的設定，A D S腳為自適應延遲死區時間設置端，接地表示輸出延遲死區時間設為最大。限流調節器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護電路接到CS腳實現電源系統的故障保護功能。
故障保護電路設計
UCC3895的CS腳有過流保護功能，當CS腳電壓高于2.5V時，UCC3895芯片將會被軟關斷，驅動脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進入下一個軟啟動過程。如圖5所示，保護電路的設計就是基于CS腳的過流保護功能，正常情況下保護電路的輸出為低電平，一旦出現輸出過壓、過流、過溫等故障，相應的電壓比較器輸出高電平，同時故障信號被單片機檢測，通過單片機數字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關管T1導通，輸出一個高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅動信號，從而使主電路停止工作，實現電源系統的數字模擬雙重保護功能。
限流值可調的限流環電路設計
單片機與電路設計
單片機部分電路和電源狀態顯示電路分別如圖7和圖8所示。單片機部分引腳功能分配如下：AN0腳是限流信號檢測，AN1腳是輸出電壓檢測，AN2腳是輸出電流檢測，AN4腳是溫度檢測，其中AN0、AN1、AN2、AN4腳均為A/D轉換端口。CCP2腳（PWM端口）提供可調的限流調節器的限流參考值，CCP1腳（PWM端口）提供可調的電壓調節器的輸出電壓參考值，SCK、SDO、RB4腳用于電源狀態顯示，RB1腳（I/ O口）為單片機數字控制。單片機通過SPI（同步串行通訊）向移位寄存器SN74HC164發送電源當前工作狀態數據，由移位寄存器把串行數據轉換為并行數據并輸出給顯示模塊。單片機RB4腳（I/O口）控制發光二極管的供電電壓，在剛開機還沒有采集工作狀態之前，保證所有二極管不工作。單片機SCK（時鐘）腳接在三個移位寄存器的脈沖輸入口（CLK）作為脈沖輸入。單片機SDO（SPI通訊數據輸出）腳接到移位寄存器的數據輸入口（A、B腳），并把三個移位寄存器接到一起串聯使用。通過數碼管實時顯示輸出電流值，通過4個LED燈圖11 突加突減負載電壓波形的亮滅表示電源當前的工作狀態，其中發光二極管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。
調壓電路設計
單片機CCP1腳為PWM波端口，可以通過調節PWM波的占空比產生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號經過濾波電路由數字量轉變為模擬量輸入到由運放5構成的電壓跟隨器進行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構成分壓電路，分壓信號輸入到由運放6構成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調節器參考電壓端（EAP）。改變CCP1的PWM波占空比即可調整電壓調節器參考電壓，進而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構成的分壓電路可以設定PWM占空比為最低時電壓調節器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出。可調電阻R2的作用是調節電壓調節器參考電壓的范圍，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行調整，進而改變電源輸出電壓的范圍。圖12 過載限流波形
實驗及結果
圖10是直流開關電源上電輸出電壓瞬態波形，上電輸出瞬態電壓的超調量為1.1%，調整時間為50ms，穩態誤差為0.5V。圖11是直流開關電源突加突減負載輸出電壓瞬態波形，突加突減負載輸出瞬態電壓的恢復時間為30ms，電壓動態降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環起作用，通過調節輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。
篇9
關鍵詞：鳳凰水電廠；立式混流水輪發電機組；勵磁系統
中圖分類號：TV734.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）11-0093-02
鳳凰水電廠二級電站位于廣東省潮州市鳳凰鎮，是韓江一級支流鳳凰流域中鳳凰水庫的引水式二級電站，裝二臺12 MW的立式混流水輪發電機組，機端電壓10.5kV，通過變壓站升壓110 kV后并入110 kV橋東站，機組勵磁方式為自并勵磁。
1 工作原理
發電機的勵磁電源由接于發電機出口端的勵磁變壓器供給，勵磁變壓器提供的交流電源在調節器根據輸入信號和調節準則的控制下，經過功率柜整流為直流電源，再經滅磁柜送到發電機轉子的滑環上，為同步發電機磁場提供直流勵磁電流，只要發電機運行，就能提供可靠性高的勵磁電源，接線較為簡單（圖1）。
2 系統的組成
系統主要由1 臺勵磁變壓器、1 臺調節器、1 臺功率整流柜、1 臺滅磁柜組成。
①勵磁變壓器戶內干式，三相，環氧樹脂澆注絕緣，500 kV，Y/-11接線，10.5 kV/0.182 kV。
②調節器。主要由3個調節通道，適配器STD總線、人機界面、接口電路等組成。其硬件包括：1套人機界面、1塊模擬量適配器、1塊現地操作單元板、1個獨立的手動控制通道，2個微機調節通道（每個調節通道包括：1塊A/D轉換，2塊I/O板）、1塊智能 板及相應的繼電路輸出板。
三個調節通道由兩個數字式自動通道和模擬式手動通道組成，采用微機／微機／模擬三通道型。三個通道通過兩條外部總線聯結。這三個通道從測量回路到脈沖輸出回路完全獨立，以主從方式工作，其中1個數字式為主通道，另一個數字通道和模擬式手動通道作為第一備用，第二備用通道。
③功率柜。每個功率柜的主要部件包括：6個可控硅組件(含可控硅、散熱器、脈沖變壓器、6個帶接點指示的快速溶斷器、可控硅阻容保護裝置、冷卻風機及其控制單元、脈沖功放單元、交流側進壓保護單元。
④滅磁柜。滅磁柜主要元件有滅磁開關，耗能電阻、快速熔斷器、可控觸發器、二極管可控硅、過電壓動作檢測器。
3 系統功能
3.1 調節器
調節器是勵磁系統的核心部分，為保護勵磁系統的可靠性，采用了三通道主從方式運行，二個數字自動通道和1個人工通道，正常方式為第一自動通道工作，第二自動通道及人工通道作為第一備用, 第二備用。調節器按發電機電壓偏差或勵磁電流偏差進行調節，以保持發電機端電壓或勵磁電流恒定。
調節器主要包括數據條件、脈沖形成，起勵控制、滅磁控制、監測保護等功能。
①數據采樣。采用D/A模數轉換處理器，通過采集裝在機端的電壓、電流互感器的交流量，用傅氏算法算出調節所需的有功功率、無功功率、相角等交流信號量，為調節器提供自動調節、保護的有關數據。
②脈沖形成。由電壓互感器采集系統的電壓波形，用觸發電器產生觸發脈沖，并經過脈沖放大器放大后來觸發整流裝置的晶用管，通過改變觸發控制角來調整整流裝置輸出的勵磁電流。
③起勵控制。勵磁系統的起勵主要是利用機組剩磁所產生的殘壓來實現殘壓起勵，當機組的殘壓值太低時，則由助起勵電源和起勵回路來提供初始勵磁，當機組電壓達到勵磁裝置工作的電壓值時，則斷開起勵回路，通過自勵建立發電機的電壓。
④滅磁控制。正常停機時，調節器自動逆變滅磁，當發電機保護或勵磁系統保護動作時，在跳開機端斷路器的同時，給滅磁柜的滅磁裝置發出跳開滅磁開關的信號。
⑤監測保護。若監測到是調節器本身出現故障，通過硬件“看門狗”和單片機的故障檢測自動切換至備用通道運行。如果是監測到勵磁系統內部出現故障，如：電源故障、軟硬件故障、PT斷線、整流橋故障、脈沖故障、轉子過熱、通信故障等，并傳給發電機監控系統。由發電機監控系統作出故障式事故保護的快速反應。
3.2 功率柜
功率柜的整流裝置是一個執行元件，在調節器的觸發脈沖控制下，調整整流電路晶匣管的導通角，輸出滿足系統需要的勵磁電流值。根據機組勵磁容量的要求，選用了2個三相全控式整流橋。均流系數85%以上。退出一個整流橋時，剩余整流橋仍能滿足機組額定運行的要求。
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時，轉子產生過高的感應電壓損壞晶閘管。滅磁裝置原理如圖2所示。
勵磁系統正常停機時，調節器自動逆變滅磁;事故停機時，跳滅磁開關將磁場能量轉移到耗能電阻滅磁。工作原理如下：當發電機處于滑極等非正常運行狀態時，在轉子回路中產生很高的感應電壓，此時安裝在轉子回路的轉子過電壓檢測單元A1模塊檢測到轉子正向過電壓信號，馬上觸發V2可控硅元件，將耗能電阻并入轉子回路，通過耗能電阻的吸能作用，將產生的過電壓能量消除;而轉子回路的反向過電壓信號則直接經過V1二極管接于耗能電阻吸能，以確保發電機轉子始終不會出現開路，從而可靠地保護轉子絕緣不會遭受破壞。而且這種保護的存在，轉子繞組會產生相反的磁場，抵消定子負序電流產生的反轉磁場，保護轉子表面及轉子護壞不至于燒壞。
3.4 勵磁變壓器
勵磁變壓器一次側接于發電機端，二次側接至整流裝置，為勵磁系統提供交流勵磁電源。
4 結 語
鳳凰水電廠二級電站2臺機組自投入運行以來，發電機自并勵磁系統運行穩定，調節響應時間短，起勵速度快，并且因接線簡單，沒有主輔勵磁機，軸向尺寸短而節省了投資成本。但是勵磁電源取于發電機端，當發電廠側的線路端發生三相短路時，對于保持系統的暫態穩定是衡量其性能的重要指標，相信通過先進的繼保技術和斷路器技術能彌補自身的弱點。
篇10
關鍵詞：同步發電機；微機勵磁；ARM920T單片機；PLD；CAN總線
中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2012）06-0156-02
1 引言
現如今，自動控制理論和計算機技術飛速發展，計算機控制技術得到了廣泛的應用，現在逐漸在水電廠開始普及，效果成績顯著，同時也為以后發展積累了豐富的經驗，這使得水電廠綜合自動化水平得到很大提高，許多類型的微機勵磁調節器在發電機勵磁控制方面大量涌現。微機勵磁調節器以其硬件結構簡單、清晰、設備通用性好、標準化程度高、軟件靈活、能夠方便實現多種功能和滿足各種控制規律的要求等優點廣泛運用。但是，現有的微機勵磁調節器大多只是單方面的利用計算機取代了常規模擬式勵磁調節器，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下的水電廠的要求。本文在調研和總結了之前所有的勵磁調節器的優缺點基礎之上，研究開發了一種基于ARM920T的微機勵磁調節器。
2 勵磁調節器的工作原理
自并勵靜止可控硅勵磁系統的原理是可控硅整流裝置整流后供給發電機勵磁電流。調節發電機勵磁電流的方法是通過檢測發電機的端電壓（或無功功率）與給定值進行比較運算來改變可控硅的控制角α。
2.1 硬件結構
調節器運用冗余容錯結構、兩套微機構成的雙通道，從輸入到控制輸出均可完全獨立工作。一套作為系統工作使用，另一套設備作為備用設備，雙方的通訊方式用的是CAN總線設備。單套系統的內部結構主要包ARM920T單片機及芯片；A/D轉換電路；輸入輸出電路；頻率測量電路；CAN總線通訊電路；顯示電路；交直流供電電源。系統共用設備有鎖相同步與可控硅觸發脈沖形成電路、脈沖放大電路。
2.2 工作原理
勵磁調節器運行時，主通道調節，備用通道熱備用。調節器首先利用中斷測得機組頻率，通過頻率得到采樣的周期，然后對發電機的機端模擬量進行高速交流采樣，經過計算算出機端電壓、定子電流、有功功率、無功功率、功率因數。與此同時直流采樣勵磁電流、勵磁電壓，目的是將這些狀態反饋信號數據供調節裝置進行計算和分析；調節器還有特殊功能，它會將現實的操作和信號進行分析判斷，實現各種運行方式所需的勵磁調節和限制、保護、檢測、故障判斷功能。為了保證調節器控制的實時性，程序在計算模塊中首先對采集到的最新模擬量進行計算，由計算的結果推算出可控硅的移相觸發角的增量，CPU將此觸發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雙向計數器進行加減計數，從而獲得表征移相角的脈沖數。當同步信號到來后進行移相并產生觸發脈沖，此脈沖經過功率放大后去觸發可控硅組件，通過控制發電機轉子勵磁電流來控制和調節發電機電壓或無功功率的目的。綜上所述，勵磁調節器完成一次調節任務。而微機調節器輸出的可控硅移相觸發角則需要滿足整流橋輸出電流連續可控運行及逆運行。
2.3 ARM920T單片機系統
CPU是自動調節通道的核心，起主控作用，PLD由高16位地址線控制，為各個器件分配地址空間，執行片選功能，同時作為I/O口的擴展，用于開關量輸出和發光二極管顯示。鎖存器，由ARM920T單片機低八位地址與八位數據總線共用。數據存儲器，存放調節運算中的各種數據。模擬多路轉換器，作為模擬量輸入的選擇開關。雙12位高速低功耗并行A/D轉換器，用于把模擬量轉換為數字量供CPU調節計算。CAN總線通訊控制器，用于CAN總線通訊。4k SPIEEPROM，用作定值器件，而且內部具有Watchdog Timer circuit，可用于監視微控制器。
單片機系統還包括以下幾個回路：
（1）測頻回路：頻率測量的基本方法是利用示波器觀測波形信號并讀取，然后利用信號周期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。本文測量機組頻率的方法將正弦的交流電壓信號轉變成方波信號，然后將方波信號放大后送入單片機的外中斷引腳，當方波信號的每個上升沿到來時，即引起外中斷產生中斷效果，此時在中斷處理程序中讀出并記下定時器上的計數值，每次中斷就以此操作，兩次計數值之差就是方波的周期，也即是正弦電壓的周期。
（2）開關量輸入/輸出回路：輸入端模擬量經過光電隔離器隔離后送入驅動器，驅動器的輸出連接到數據總線上，CPU通過數據總線讀取驅動器中存儲的內容，判斷高低電平，確定有無開關量變位。輸出端模擬量經pld輸出，經過光電隔離后送入驅動電路，從而輸出去驅動繼電器的節點。
（3）模擬量輸入及A/D轉換電路：交流電信號的預處理：發電機機端電壓、電流需要用與發電機直接連接的電壓互感器和電流互感器采集。交流信號的采集工作則需要用小型精密電壓、電流互感器實現對交流信號的變換，同時還要采取硬件抗干擾技術和濾波處理。
2.4 移相觸發單元
鎖相同步與移相觸發脈沖形成回路。微機勵磁中主機計算出的是數字量，要把它轉換為觸發脈沖，這就需要數字/脈沖電路。它是主機與脈沖輸出過程通道間的一個接口電路，包括同步、數字移相和脈沖形成三個環節。
為了進一步提高調節器的可靠性，在本文中勵磁調節器的鎖相同步采用了硬件鎖相環（PLL）技術，而移相和觸發脈沖形成運用PLD來實現。鎖相同步的目的是用鎖相環跟蹤系統交流電壓，輸出若干倍系統電壓頻率的脈沖列和與系統保持嚴格同步的參考電壓，基于此作為移相觸發脈沖形成部分產生可控硅觸發脈沖的角度量化基準和頻率相位基準。
本文中移相觸發脈沖的形成是在可編程邏輯器件基礎之上利用VHDL硬件描述語言來完成的。調節器的移相觸發脈沖形成回路硬件結構簡單，抗干擾能力強，可靠性高，價格便宜。
脈沖放大回路：由移相觸發脈沖形成回路形成的六路可控硅觸發脈沖，首先通過驅動器進行驅動，然后通過光電隔離器進行光電隔離，隔離后的信號由放大器放大再經脈沖變壓器輸出，觸發相應的可控硅導通。
2.5 顯示單元
本勵磁調節器的顯示回路分兩大部分，第一部分為發光二極管顯示，另一部分為液晶顯示。二極管顯示主要是一些特殊的狀態顯示，點亮或熄滅發光二極管可顯示的信息如：斷路器分合狀態信號；勵磁變壓器不對稱信號；過勵限制動作信號；欠勵限制動作信號；各種通訊信號等，非常方便調試。
液晶顯示主要與觸摸屏結合用于系統控制參數的顯示與設置，狀態參數的顯示，以及調節器或系統的各種運行狀況。液晶顯示控制器為S3C2440A，液晶顯示的調節器當前狀態信息及對觸摸屏輸入信號的采樣都是通過與其相連的ARM920T來完成的，由于芯片內帶有CAN控制器，可方便地與兩個自動調節通道中的主處理器內部集成的CAN控制器組成現場總線網絡，及時的將調試運行人員通過觸摸屏設置的各種控制參數實時地傳到調節器，同時又將調節通道所得的各種運行參數及狀態信息及時送往液晶屏顯示。發光二極管能將勵磁調節器的重要狀態顯示出來，二者配合可共同反映當前發電機及調節器運行狀態及故障點，便于運行人員掌握當前情況，及時發現問題并作出判斷、處理。
2.6 通信單元
本勵磁調節器選用了CAN總線。CAN 即控制器局域網絡，屬于工業現場總線的范疇。與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。由于CAN總線本身的特點，其應用范圍目前已不再局限于汽車行業，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及傳感器等領域發展。CAN已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。其典型的應用協議有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。
3 勵磁調節器軟件設計
微機勵磁調節器軟件采用模塊化結構設計，各種功能都由相應的子程序來完成。調節器上電后執行初始化和自檢，初始化結束后，表明勵磁調節器已經準備就緒，接著程序進入起勵的設置和起勵條件的判別，然后進入主程序。首先是數據采集和處理部分；主要由電機出流電壓采樣子模塊、電機出流電流采樣處理子模塊和勵磁電壓采樣處理子模塊三部分組成。然后進入功率因數測算模塊和PID調節模塊；其中，采用數字濾波的方式求得功率因數cosφ，再通過PID調節計算出可控硅的導通角。由于勵磁控制系統比較復雜，需要測量的量比較多，因此該系統電壓及電流的采集，使用直流采樣法和數字PID控制調節法。PID調節計算根據采集的數據結果與額定值進行比較，從而進行PID調節計算出可控硅的觸發角α；PID算法采用了一種智能受模態控制規律，根據系統偏差信號的大小、方向及變化趨勢做出相應的決策，以選擇適當的控制模式進行控制，具有良好的適應能力和極強的魯棒性。
4 勵磁系統可靠性分析
4.1 系統結構的簡化
（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口的擴展，代替了常規的邏輯譯碼器和并行I/O口擴展器件。
（2）采用了高速低功耗并行同步雙12位A/D轉換器。
（3）脈沖形成回路同樣也采用了可編程邏輯器件。本文設計時充分利用了其具有的大量PLD門、通用口和寄存器，采用VHDL硬件描述語言來實現移相觸發脈沖的形成，而且還完成了互為備用的三相同步信號的故障檢測、切換和相位補償。硬件結構大大簡化，且抗干擾能力強，可靠性高。
4.2 硬件結構容錯冗余技術
本調節器采用備用系統的冗余結構。兩套系統，一套工作，另一套熱備用。兩套系統在軟、硬件設計上都完全相同，但是兩套系統在工作中執行的程序卻不一樣。整個軟件由工作程序與備用程序組成，正常情況下工作系統執行工作程序，備用系統執行備用程序.工作程序包括測頻、采樣，調節機端電壓或勵磁電流，進行自檢，向備用系統和顯示傳送數據等；備用程序除了進行測頻、采樣、調節計算和自檢外，還監測工作系統的工作情況和接收工作系統傳送來的故障信息，向顯示單元傳送數據。一旦工作系統自檢出故障，備用系統將接收到表明工作系統出故障的信息，或者備用系統監測到工作系統故障，如果此時備用系統自檢無故障，則備用系統自動轉為工作系統，執行工作程序，而原工作系統退出，發出相應的報警信號。如果兩套自動系統都出錯，則兩套自動系統都退出，由常規手動通道人工調節，同時在顯示單元顯示故障信號。
4.3 提高調節器的抗干擾能力
（1）硬件設計時的抗干擾措施。
（2）軟件設計時的抗干擾措施。
5 結束語
本文詳細介紹了基于單片機的勵磁調節器系統，分析了當前發展大趨勢下勵磁系統在電力系統中的地位，此勵磁調節器系統硬件結構簡化，高可靠性和實用性，為水電廠綜合自動化水平的提高奠定基礎。
參考文獻
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