丁曉峰，劉景林，張?chǎng)?/DIV>
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：通過(guò)采用數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器對(duì)復(fù)合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的高精度穩(wěn)壓輸出。分析了復(fù)合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)了一套以DsP2407為控制核心的復(fù)合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)控制器，對(duì)主功率電路、勵(lì)磁電路和控制電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，并對(duì)該套電路進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，性能指標(biāo)符合要求。
關(guān)鍵詞：復(fù)合勵(lì)磁；同步發(fā)電機(jī)；DsP2407；控制器
中圖分類(lèi)號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)06—0042—04
0引 言
基于DsP的復(fù)合勵(lì)磁恒壓同步發(fā)電機(jī)集電機(jī)、電力電子技術(shù)、高性能微型處理器、新材料等技術(shù)于一體，是兼有高科技含量和市場(chǎng)前景的新型機(jī)電一體化產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比，性能指標(biāo)顯著提高。該種發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整率很小，具有接近水平的外特性，全自動(dòng)調(diào)壓，可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出功率，發(fā)電機(jī)適應(yīng)負(fù)載范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，節(jié)能效果明顯，可顯著改善供電品質(zhì)，提高供電系統(tǒng)的可靠性，使不同的用電負(fù)載之間的相互干擾和影響降低到****限度，是未來(lái)發(fā)電機(jī)發(fā)展的主要方向之一。
本文設(shè)計(jì)了一套以DSP2407為控制核心的復(fù)合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)控制器，DsP2407將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，具有靈活的指令集、內(nèi)部操作靈活性、高速的運(yùn)算能力、改進(jìn)的并行結(jié)構(gòu)和有效的成本，為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一個(gè)理想的解決方案。另外，對(duì)+27 V和±13 V主功率電路、±13 V中線調(diào)零電路、勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路和控制電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，并對(duì)該套電路進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果符合系統(tǒng)性能指標(biāo)要求。
1 復(fù)合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)
同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所用的電能一般均是由同步發(fā)電機(jī)供給的。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是普通的電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)控制可以方便地通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出實(shí)時(shí)勝較好，但運(yùn)行效率低。永磁發(fā)電機(jī)制成以后，難以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)以控制其輸出電壓和功率因數(shù)，且永磁材料的溫度系數(shù)較大，在其原動(dòng)機(jī)、負(fù)載或者環(huán)境溫度變化時(shí)將引起發(fā)電機(jī)輸出電壓的波動(dòng)，影響負(fù)載的正常工作，從而限制了它的應(yīng)用范圍。
自適應(yīng)復(fù)合勵(lì)磁恒壓同步發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，較好地解決了永磁發(fā)電機(jī)的電壓難以調(diào)節(jié)的困難，綜合了永磁發(fā)電機(jī)和電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，使兩種模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而獲得優(yōu)越的性能。由于稀土永磁體具有高磁能積和高矯頑力，特別是高內(nèi)稟矯頑力，采用稀土永磁后可以增大氣隙磁密，從而縮小電機(jī)體積，減輕質(zhì)量，提高功率質(zhì)量比。
復(fù)合勵(lì)磁稀土永磁同步發(fā)電機(jī)是一種能解決永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)問(wèn)題的新型發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)可以看成是由兩部分組成：主要部分和稀土永磁發(fā)電機(jī)相同，稱(chēng)為主發(fā)電機(jī)部分；而輔助調(diào)節(jié)電壓的部分類(lèi)似于電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，稱(chēng)為輔助電勵(lì)磁部分。兩部分共有一套電樞繞組，主發(fā)電機(jī)部分承擔(dān)主要的能量輸出任務(wù)，電壓調(diào)節(jié)所需要的磁場(chǎng)變化部分由輔助電勵(lì)磁部分的電勵(lì)磁繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種復(fù)合勵(lì)磁稀土永磁同步發(fā)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：
(1)輔助電勵(lì)磁部分的損耗小，具有永磁發(fā)電機(jī)的高效率特點(diǎn)；
(2)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)方便，解決了永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)難的問(wèn)題；
(3)勵(lì)磁電流比電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)小得多，勵(lì)磁損耗小。
2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
圖l為系統(tǒng)總體框圖。在本系統(tǒng)中，通過(guò)分析系統(tǒng)的功能和比較各微處理器的性能等，最終系統(tǒng)選擇DSP2407作為控制系統(tǒng)的核心。控制電路的主要作用是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出量，控制器輸出量進(jìn)行在線測(cè)量，將在線測(cè)量值送人DsPA407進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁及控制器中的主功率驅(qū)動(dòng)電路協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)及保證在可變負(fù)載條件下均能保持輸出電壓穩(wěn)定不變，用電設(shè)備始終工作在****狀態(tài)。
3控制器硬件設(shè)計(jì)
3．1 DSP最小系統(tǒng)及外圍電路
在本最小系統(tǒng)中，選擇DSP2407作為它的核心器件，有源晶振的頻率為10 MHz，4倍頻之后，DSP2407可以達(dá)到它的****工作頻率40 MHz。如圖2所示。JTAG口可以實(shí)現(xiàn)DSP2407的在線仿真。由于DSP2407采用高性能靜態(tài)cMOs技術(shù)，使得供電電壓降至3．3 V，減小了控制器的功耗，同時(shí)外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)也需選擇3．3 v供電的存儲(chǔ)器，本系統(tǒng)選擇了IS
