谐波励磁同步发电机数字电压调节器的研究

朱更军1,2，萧蕴诗1，刘静2

(1 同济大学，上海200092；2 浙江师范大学，浙江金华321004)

    摘要：介绍了基于dsp(tms320lf2407a)的谐波励磁发电机数字电压调节器工作原理：运用pwm技术、高频开关管和变参数pid算法实现对发电机输出电压的控制，并使用delphi设计了上位机监控界而。实际运行结果表明该调节器具有调声速度快、精度高、性能可靠等特点。

    关键词：谐波励磁；电压调节器；dsp；delphi

中图分类号：tm341    文献标识码：a  文章编号：1004-7018(2009)11-0021-12

0引  言

 

    柴油发电机组作为备用电源、移动电源广泛地应用于野外无电网的场合，其中谐波励磁无刷同步发电机由于具有同有的电压调节方便、故障少、可靠性高等优点而得到迅速发展。励磁调节器是发电机的重要组成部分，它对保证供电质量具有关键作用。现有的模拟励磁电压调节器具有对电路工艺性要求高、存在温漂现象、功能少、维护不方便等缺点，难以满足用电设备的要求。目前，国内一些科研单位研制了一些基于单片机的励磁电压调节器，但由于单片机性能的限制，较难满足国家规定的电压调节器的性能指标。本文介绍了一种基于dsp和delphi的谐波励磁同步发电机数字电压调节器。它具有控制精度高、抗干扰能力强、响应速度快等优点，因而具有广泛的工业应用前景。

 

1工作原理

 

    每种数字电压调节器采用的处理器(cpu)不同，具体电路也会有所差别。但对于柴油发电机这种小型谐波励磁无刷同步发电机而言，它的励磁调节器的主要结构和原理是相似的，基本原理和结构如图1所示。

    谐波励磁无刷同步发电机的工作原理是发电机的谐波绕组产生的三次谐波电压经过不可控全桥整成直流，为励磁机的励磁绕组提供电源，相应地在励磁机的电枢绕组上感应出三相电，经过旋转整流器整成的直流供给主发电机的励磁绕组。对主发电机而言，励磁机起电流放大的作用，给主发电机的励磁绕组供电，由于使用了励磁机和旋转整流器，使电机励磁实现了无刷化。电机端电压通过电压采样环节转换成适合于ad变换端口要求的正电压(o～5v)，另外，发电机负载电流通过电流采样环节转换为dsp接受的0～5 v电压。数字电压调节器的工作原理是：电压传感器测量的同步发电机端电压与给定值进行比较，根据端电压偏差和一定的控制算法计算出控制量来改变半导体开关管上脉冲宽度占空比，从而改变励磁机的励磁电流达到减小发电机端电压偏差的目的。同时，励磁调节器还可以通过测量发电机的无功电流实现发电机的并联运行。

 

2系统设计

 

2.1励磁调节器的基本结构

 

    根据调节器的结构和原理，可以确定dsp励磁调节器的基本结构，如图2所示。它包含如下几个

模块：

    (1)输入检测模块。其功能是实现电压信号的采集工作，通过dsp的ad变换通道，将模拟量转换成数字量，放人指定单元，供程序调用；

    (2)pwm输出模块。其功能是实现送出控制方波驱动mosfet开关管，它包含隔离放大电路；

    (3)串行通信模块。其功能是实现dsp与pc机通信，通过dsp的串口通信接口模块(sci)，经电平转换电路，连接到pc机；

    (4)实时存储模块。其功能是实现在线存储一些重要的控制数据，通过dsp的数字输入输出模块

2.2变参数pid算法的应用

 

    dsp的采用解决了励磁调节器系统的快速性问题。系统除了有快速性要求之外，还有控制精度的要求，而要达到较好的控制精度，必须采用一种好的控制算法。本文采用分段增量式pid算法。经过pid运算计算出pwm波的占空比变化量△pk。当前应输出的占空比等于前一次输出的占空比加上△pk。即：

    为了解决系统快速性和超调之间的矛盾，kp、ki、kd三个参数在整个调节过程中需要根据系统静差的变化而有所改