諧波勵磁同步發(fā)電機數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的研究
朱更軍1,2，蕭蘊詩1，劉靜2
(1 同濟大學，上海200092；2 浙江師范大學，浙江金華321004)
摘要：介紹了基于dsp(tms320lf2407a)的諧波勵磁發(fā)電機數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器工作原理：運用pwm技術(shù)、高頻開關(guān)管和變參數(shù)pid算法實現(xiàn)對發(fā)電機輸出電壓的控制，并使用delphi設計了上位機監(jiān)控界而。實際運行結(jié)果表明該調(diào)節(jié)器具有調(diào)聲速度快、精度高、性能可靠等特點。
關(guān)鍵詞：諧波勵磁；電壓調(diào)節(jié)器；dsp；delphi
中圖分類號：tm341 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018(2009)11-0021-12
0引 言
柴油發(fā)電機組作為備用電源、移動電源廣泛地應用于野外無電網(wǎng)的場合，其中諧波勵磁無刷同步發(fā)電機由于具有同有的電壓調(diào)節(jié)方便、故障少、可靠性高等優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。勵磁調(diào)節(jié)器是發(fā)電機的重要組成部分，它對保證供電質(zhì)量具有關(guān)鍵作用。現(xiàn)有的模擬勵磁電壓調(diào)節(jié)器具有對電路工藝性要求高、存在溫漂現(xiàn)象、功能少、維護不方便等缺點，難以滿足用電設備的要求。目前，國內(nèi)一些科研單位研制了一些基于單片機的勵磁電壓調(diào)節(jié)器，但由于單片機性能的限制，較難滿足國家規(guī)定的電壓調(diào)節(jié)器的性能指標。本文介紹了一種基于dsp和delphi的諧波勵磁同步發(fā)電機數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。它具有控制精度高、抗干擾能力強、響應速度快等優(yōu)點，因而具有廣泛的工業(yè)應用前景。
1工作原理
每種數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器采用的處理器(cpu)不同，具體電路也會有所差別。但對于柴油發(fā)電機這種小型諧波勵磁無刷同步發(fā)電機而言，它的勵磁調(diào)節(jié)器的主要結(jié)構(gòu)和原理是相似的，基本原理和結(jié)構(gòu)如圖1所示。
諧波勵磁無刷同步發(fā)電機的工作原理是發(fā)電機的諧波繞組產(chǎn)生的三次諧波電壓經(jīng)過不可控全橋整成直流，為勵磁機的勵磁繞組提供電源，相應地在勵磁機的電樞繞組上感應出三相電，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器整成的直流供給主發(fā)電機的勵磁繞組。對主發(fā)電機而言，勵磁機起電流放大的作用，給主發(fā)電機的勵磁繞組供電，由于使用了勵磁機和旋轉(zhuǎn)整流器，使電機勵磁實現(xiàn)了無刷化。電機端電壓通過電壓采樣環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成適合于ad變換端口要求的正電壓(o～5v)，另外，發(fā)電機負載電流通過電流采樣環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為dsp接受的0～5 v電壓。數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的工作原理是：電壓傳感器測量的同步發(fā)電機端電壓與給定值進行比較，根據(jù)端電壓偏差和一定的控制算法計算出控制量來改變半導體開關(guān)管上脈沖寬度占空比，從而改變勵磁機的勵磁電流達到減小發(fā)電機端電壓偏差的目的。同時，勵磁調(diào)節(jié)器還可以通過測量發(fā)電機的無功電流實現(xiàn)發(fā)電機的并聯(lián)運行。
2系統(tǒng)設計
2.1勵磁調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)
根據(jù)調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和原理，可以確定dsp勵磁調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。它包含如下幾個
模塊：
(1)輸入檢測模塊。其功能是實現(xiàn)電壓信號的采集工作，通過dsp的ad變換通道，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，放人指定單元，供程序調(diào)用；
(2)pwm輸出模塊。其功能是實現(xiàn)送出控制方波驅(qū)動mosfet開關(guān)管，它包含隔離放大電路；
(3)串行通信模塊。其功能是實現(xiàn)dsp與pc機通信，通過dsp的串口通信接口模塊(sci)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路，連接到pc機；
(4)實時存儲模塊。其功能是實現(xiàn)在線存儲一些重要的控制數(shù)據(jù)，通過dsp的數(shù)字輸入輸出模塊
2.2變參數(shù)pid算法的應用
dsp的采用解決了勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的快速性問題。系統(tǒng)除了有快速性要求之外，還有控制精度的要求，而要達到較好的控制精度，必須采用一種好的控制算法。本文采用分段增量式pid算法。經(jīng)過pid運算計算出pwm波的占空比變化量△pk。當前應輸出的占空比等于前一次輸出的占空比加上△pk。即：
為了解決系統(tǒng)快速性和超調(diào)之間的矛盾，kp、ki、kd三個參數(shù)在整個調(diào)節(jié)過程中需要根據(jù)系統(tǒng)靜差的變化而有所改 |
