基于DSP的复合励磁恒压同步发电机控制器

丁晓峰，刘景林，张鑫

(西北工业大学，陕西西安710072)

    摘要：通过采用数字电压调节器对复合励磁同步发电机进行自适应控制，实现发电机的高精度稳压输出。分析了复合励磁同步发电机的工作原理，设计了一套以DsP2407为控制核心的复合励磁同步发电机控制器，对主功率电路、励磁电路和控制电路进行了分析和设计，并对该套电路进行了试验测试，性能指标符合要求。

  关键词：复合励磁；同步发电机；DsP2407；控制器

  中图分类号：TM341    文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)06—0042—04

0引  言  

    基于DsP的复合励磁恒压同步发电机集电机、电力电子技术、高性能微型处理器、新材料等技术于一体，是兼有高科技含量和市场前景的新型机电一体化产品。与传统的发电机相比，性能指标显著提高。该种发电机电压调整率很小，具有接近水平的外特性，全自动调压，可动态实时调节输出功率，发电机适应负载范围宽，过载能力强，节能效果明显，可显著改善供电品质，提高供电系统的可靠性，使不同的用电负载之间的相互干扰和影响降低到****限度，是未来发电机发展的主要方向之一。

    本文设计了一套以DSP2407为控制核心的复合励磁同步发电机控制器，DsP2407将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，具有灵活的指令集、内部操作灵活性、高速的运算能力、改进的并行结构和有效的成本，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。另外，对+27 V和±13 V主功率电路、±13 V中线调零电路、励磁驱动电路和控制电路进行了分析和设计，并对该套电路进行了试验测试，测试结果符合系统性能指标要求。

1 复合励磁同步发电机

同步电机主要用作发电机，工农业生产和日常生活中所用的电能一般均是由同步发电机供给的。现在广泛应用的是普通的电励磁同步发电机，这种发电机的磁场控制可以方便地通过励磁电流的调节来实现，输出实时胜较好，但运行效率低。永磁发电机制成以后，难以调节磁场以控制其输出电压和功率因数，且永磁材料的温度系数较大，在其原动机、负载或者环境温度变化时将引起发电机输出电压的波动，影响负载的正常工作，从而限制了它的应用范围。

    自适应复合励磁恒压同步发电机的出现，较好地解决了永磁发电机的电压难以调节的困难，综合了永磁发电机和电励磁发电机的特点，使两种模式优势互补，从而获得优越的性能。由于稀土永磁体具有高磁能积和高矫顽力，特别是高内禀矫顽力，采用稀土永磁后可以增大气隙磁密，从而缩小电机体积，减轻质量，提高功率质量比。

    复合励磁稀土永磁同步发电机是一种能解决永磁发电机电压调节问题的新型发电机，这种发电机可以看成是由两部分组成：主要部分和稀土永磁发电机相同，称为主发电机部分；而辅助调节电压的部分类似于电励磁发电机，称为辅助电励磁部分。两部分共有一套电枢绕组，主发电机部分承担主要的能量输出任务，电压调节所需要的磁场变化部分由辅助电励磁部分的电励磁绕组来实现。这种复合励磁稀土永磁同步发电机具有以下特点：

    (1)辅助电励磁部分的损耗小，具有永磁发电机的高效率特点；

    (2)磁场调节方便，解决了永磁发电机电压调节难的问题；

    (3)励磁电流比电励磁发电机小得多，励磁损耗小。

2系统总体设计

    图l为系统总体框图。在本系统中，通过分析系统的功能和比较各微处理器的性能等，最终系统选择DSP2407作为控制系统的核心。控制电路的主要作用是通过对发电机输出量，控制器输出量进行在线测量，将在线测量值送人DsPA407进行数据处理，从而对发电机的励磁及控制器中的主功率驱动电路协调控制，实现闭环及保证在可变负载条件下均能保持输出电压稳定不变，用电设备始终工作在****状态。

3控制器硬件设计

3．1 DSP最小系统及外围电路

    在本最小系统中，选择DSP2407作为它的核心器件，有源晶振的频率为10 MHz，4倍频之后，DSP2407可以达到它的****工作频率40 MHz。如图2所示。JTAG口可以实现DSP2407的在线仿真。由于DSP2407采用高性能静态cMOs技术，使得供电电压降至3．3 V，减小了控制器的功耗，同时外扩存储器时也需选择3．3 v供电的存储器，本系统选择了IS