專利名稱：嵌入式勵磁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
嵌入式勵磁控制裝置
(一) 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵磁控制技術(shù)領(lǐng)域。
(二) 背景技術(shù)
發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，它的基本功能是給同步發(fā) 電機(jī)勵磁繞組提供直流電流，勵磁系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁繞組的直流 電流，控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定，滿足發(fā)電機(jī)正常發(fā)電的需要，'有效地 提高發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行。因此， 同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的性能直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。目前在實(shí) 踐中使用的勵磁控制裝置，主要存在運(yùn)算速度和控制精度較低，很難實(shí) 施復(fù)雜的控制算法，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信能力較差，在勵磁功率單元 方面，采用不可關(guān)斷的可控硅，液晶顯示環(huán)節(jié)只能顯示簡單的字符、數(shù) 字和漢字，不能實(shí)時顯示圖形，在軟件方面一般都不具備操作系統(tǒng)，而 是用前后臺程序運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)，實(shí)時性較差，應(yīng)用程序幾乎不能擴(kuò)展等 問題。所以，嵌入式勵磁控制裝置的設(shè)計具有非常重要的意義，成為同 步發(fā)電機(jī)勵磁控制領(lǐng)域的重要研究課題。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于為電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)提供一種嵌入式勵 磁控制裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是嵌入式勵磁控制裝置由中央處理模塊、 功率開關(guān)模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、液晶顯示模塊等六個模塊組成；交流采 樣模塊的輸入端連接外部電路的互感器，其輸出端連接中央處理模塊的 輸入端，中央處理模塊的輸出端連接功率開關(guān)模塊，功率開關(guān)模塊輸出 端連接發(fā)電機(jī)，數(shù)據(jù)通信模塊雙向連接PC機(jī)與DSP，中央處理模塊的輸 出端連接液晶顯示模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊雙向連接DSP和Internet。
中央處理模塊包括DSP芯片、電源管理電路、晶振電路和電平轉(zhuǎn) 換電路；勵磁控制器的應(yīng)用程序和uC/OS-II經(jīng)過編譯后，被一起下載
到TMS320F2812 DSP的存儲器中，操作系統(tǒng)將整個應(yīng)用程序分解為一系 列的任務(wù)，對6個模塊進(jìn)行管理控制，電源管理電路負(fù)責(zé)提供電能，晶 振電路向DSP芯片提供時鐘信號，電平轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)電平轉(zhuǎn)換，中 央處理模塊對經(jīng)過A/D采樣得到的數(shù)字信號，通過空間矢量算法SVPWM， 計算得到PWM脈沖的觸發(fā)時間，去驅(qū)動功率開關(guān)模塊。
功率開關(guān)模塊采用可關(guān)斷晶體管IGBT， 6個IGBT共同構(gòu)成一個三 相全控整流橋，其門極接收來自中央處理模塊的PWM1-6控制信號，其 輸出連接發(fā)電機(jī)。
數(shù)據(jù)通信模塊通過DSP上擴(kuò)展的RS232串行通信接口 ，將PC機(jī)與 DSP連接起來，完成數(shù)據(jù)的雙向傳送，利用￥〔++程序編制的交互界面可 實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)交換。
液晶顯示模塊包括液晶控制器SED1335和點(diǎn)陣式液晶顯示器 LCD, DSP的控制信號和數(shù)據(jù)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后，輸入到液晶顯示模塊，從 而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一些重要數(shù)據(jù)的顯示。
本實(shí)用新型的工作原理
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的嵌入式勵磁控制 裝置其工作原理為該此裝置主要是對同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓進(jìn)行控制。 高壓信號經(jīng)電壓互感器、電流互感器變成低壓信號，然后通過信號調(diào)理 送入DSP的A/D轉(zhuǎn)換器中，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供DSP處理，DSP 通過空間矢量算法SVPWM，計算得到P麗脈沖的觸發(fā)時間，去驅(qū)動功率 開關(guān)模塊。功率開關(guān)模塊采用可關(guān)斷晶體管IGBT， 6個IGBT共同構(gòu)成 一個三相全控整流橋，其門極接收來自中央處理模塊的PWMl-6控制信 號，其輸出連接發(fā)電機(jī)。另外，為了方便用戶對勵磁控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè) 置、遠(yuǎn)程控制等，利用DSP芯片提供豐富的I/0引腳，設(shè)計了數(shù)據(jù)通信 和網(wǎng)絡(luò)接口電路。DSP的控制信號和數(shù)據(jù)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后，輸入到液晶 顯示模塊，從而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一些重要數(shù)據(jù)的顯示。更重要的是，將 實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)uC/OS-II移植到DSP中，將應(yīng)用程序分解成若干 任務(wù)，對6個模塊進(jìn)行管理控制，從而使軟件的設(shè)計更加的簡單，工作 更加穩(wěn)定可靠。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性和技術(shù)效果的顯著特點(diǎn)是集當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)、 操作系統(tǒng)原理和軟件編程于一身，提高了同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的性
能。①DSP代替單片機(jī)作為中央處理器，顯著提高了處理速度和控制精 度，能實(shí)現(xiàn)并完成更復(fù)雜的算法；②DSP可以通過串行通信總線RS232 與PC機(jī)進(jìn)行通信，利用VC++程序編制的交互界面實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP之間 的數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)對程序的運(yùn)行控制，并可對數(shù)據(jù)進(jìn)行査詢和賦值 等；③在勵磁功率單元方面，采用大功率可關(guān)斷的IGBT代替不可關(guān)斷 的可控硅；④液晶顯示模塊采用點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD，具有低功耗、低 輻射、體積小、可以顯示字符、漢字和圖形等優(yōu)點(diǎn)；通過液晶顯示控制 器SED1335與DSP相連，從而實(shí)現(xiàn)DSP直接對LCD的控制；⑤實(shí)時多任 務(wù)操作系統(tǒng)uC/OS-II移植到DSP之后，當(dāng)應(yīng)用程序需要擴(kuò)展時會變得 非常容易，同時代碼的可移植性大大增強(qiáng)，可復(fù)用率顯著提高。


圖1為本實(shí)用新型嵌入式勵磁控制裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖 圖2為本實(shí)用新型嵌入式勵磁控制裝置的中央數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu) 示意圖
圖3為本實(shí)用新型嵌入式勵磁控制裝置的功率開關(guān)模塊結(jié)構(gòu)圖 圖4為本實(shí)用新型嵌入式勵磁控制裝置的數(shù)據(jù)通信模塊結(jié)構(gòu)圖 圖5為本實(shí)用新型嵌入式勵磁控制裝置的液晶顯示結(jié)構(gòu)框圖
(五) 實(shí)施例
圖l所示嵌入式勵磁控制裝置，它是由中央處理模塊、功率開關(guān)器 件模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、液晶顯示模塊等六個模塊組成。交流采樣模塊 的輸入端連接外部電路的互感器，其輸出端連接中央處理模塊的輸入 端，中央處理模塊的輸出端連接功率開關(guān)模塊，功率開關(guān)模塊的輸出端 連接發(fā)電機(jī)，數(shù)據(jù)通信模塊雙向連接PC機(jī)與DSP,中央處理模塊的輸出 端連接液晶顯示模塊，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊雙向連接DSP和Internet。為了對 勵磁控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程控制等，利用DSP芯片提供豐富的I/O 引腳，設(shè)計了數(shù)據(jù)通信模塊和網(wǎng)絡(luò)接口電路。DSP的控制信號和數(shù)據(jù)經(jīng) 過電平轉(zhuǎn)換后，輸入到液晶顯示模塊，從而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一些重要數(shù)
據(jù)的顯示。由于將實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)uC/OS-II移植到DSP中，則將 應(yīng)用程序分解成若干任務(wù)，對6個模塊進(jìn)行管理控制。
圖1中的交流采樣模塊輸入端連接互感器，輸出端連接中央處理模 塊。交流采樣模塊將釆集發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和機(jī)端電流等數(shù)據(jù)，經(jīng)過中 央處理模塊DSP的A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供DSP的邏 輯運(yùn)算單元處理。
圖2的中央處理模塊包括DSP芯片、電源管理電路、石英晶體電路 和電平轉(zhuǎn)換電路。所編應(yīng)用程序和uC/OS-II經(jīng)過編譯后，被一起下載 到TMS320F2812 DSP的存儲器中，其操作系統(tǒng)將整個應(yīng)角程序分解為一 系列的任務(wù)，對6個模塊進(jìn)行管理控制。電源管理模塊負(fù)責(zé)提供電能， 石英晶體電路向DSP芯片提供時鐘信號，電平轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)電平轉(zhuǎn) 換，中央處理模塊對經(jīng)過A/D采樣得到的數(shù)字信號，通過空間矢量算法 SVP麗，計算得到PWMl-6脈沖的觸發(fā)時間，去驅(qū)動功率開關(guān)模塊。
圖3的功率開關(guān)模塊采用可關(guān)斷晶體管IGBT， 6個IGBT共同構(gòu)成 一個三相全控整流橋，其門極接收來自中央處理模塊的PWM1-6控制信 號，其輸出連接發(fā)電機(jī)。
圖4數(shù)據(jù)通信模塊通過DSP上擴(kuò)展的RS232串行通信接口，將PC 機(jī)與DSP連接起來，完成數(shù)據(jù)的雙向傳送。利用￥〔++程序編制的交互界 面實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)交換，從而對程序運(yùn)行進(jìn)行控制，并可 對數(shù)據(jù)進(jìn)行査詢和賦值等。數(shù)據(jù)通信模塊的PC機(jī)的串行接口RXD、 TXD 連接MAX232， MAX232連接DSP芯片TMS320F2812的SCITXD、 SCIRXD。
圖5液晶顯示模塊LCM包括液晶控制器SED1335和點(diǎn)陣式液晶顯示 器LCD, DSP的控制信號和數(shù)據(jù)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后，輸入到液晶顯示模塊， 從而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一些重要數(shù)據(jù)的顯示。
圖1中的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和中央處理模塊雙向連接，使勵磁控制器通 過以太網(wǎng)接入Internet。根據(jù)TCP/IP協(xié)議棧，完成數(shù)據(jù)的雙向傳送，
使得系統(tǒng)的每個控制器不再工作于孤立的環(huán)境中，而是能夠相互交換信 息，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度與安排，甚至可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的遙控， 整個系統(tǒng)結(jié)合更加緊密。
權(quán)利要求1、 一種嵌入式勵磁控制裝置，是由中央處理模塊、功率開關(guān)模 塊、數(shù)據(jù)通信模塊、液晶顯示模塊等6個模塊組成，其特征是中央處理模塊采用數(shù)字信號處理器DSP，功率開關(guān)模塊采用了可關(guān)斷晶體 管IGBT，數(shù)據(jù)通信模塊采用串行通信總線，液晶顯示模塊采用點(diǎn)陣 式液晶顯示器LCD，實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)uC/0S-II，將整個應(yīng)用程 序分解為一系列的任務(wù)，從而對6個模塊進(jìn)行控制管理，中央處理模 塊的輸入端連接交流采樣模塊，中央處理模塊的輸出端連接功率開關(guān) 模塊，數(shù)據(jù)通信模塊與PC機(jī)和DSP雙向連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊雙向連 接DSP和Internet,中央處理模塊的輸出端連接液晶顯示模塊，實(shí) 時多任務(wù)操作系統(tǒng)uC/OS-II和應(yīng)用程序一起編譯后，下載到DSP的 存儲器中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種嵌入式勵磁控制裝置，其特征在 于中央處理模塊包括DSP芯片TMS320F2812、電源管理芯片 TPS73HD301、石英晶體電路和電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC16245,電源管理 芯片TPS73HD301的輸出端連接DSP芯片TMS320F2812，石英晶體電 路的輸出端連接DSP芯片TMS320F2812， DSP芯片TMS320F2812的輸 出端連接電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC16245。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種嵌入式勵磁控制裝置，其特征在 于采用可關(guān)斷晶體管IGBT， 6個IGBT共同構(gòu)成一個三相全控整流 橋，其門極接收來自中央處理模塊的PWM1-6控制信號，其輸出連接 發(fā)電機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種嵌入式勵磁控制裝置，其特征在 于數(shù)據(jù)通信模塊的PC機(jī)的串行接口 RXD、 TXD連接MAX232， MAX232 連接DSP芯片TMS320F2812的SCITXD、 SCIRXD。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種嵌入式勵磁控制裝置，其特征在 于DSP芯片的輸出端連接電平轉(zhuǎn)換芯片74ALVC16245，電平轉(zhuǎn)換芯 片74ALVC16245的輸出端連接包含液晶顯示器控制芯片SED1335D的 LCM。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種嵌入式勵磁控制裝置，是由中央處理模塊、功率開關(guān)模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、液晶顯示模塊等6個模塊組成，其特征是中央處理模塊采用數(shù)字信號處理器DSP，功率開關(guān)模塊采用了可關(guān)斷晶體管IGBT，數(shù)據(jù)通信模塊采用串行通信總線，液晶顯示模塊采用點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD，實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)uC/OS-II，將整個應(yīng)用程序分解為一系列的任務(wù)，從而對6個模塊進(jìn)行控制管理。本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于該裝置集當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)、操作系統(tǒng)原理和軟件編程于一身，顯著提高了同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的性能，保證了系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時性和可靠性，而且顯著提高了系統(tǒng)處理速度和控制精度，同時使系統(tǒng)功能更加完善并易于擴(kuò)展。
文檔編號H02P9/14GK201039070SQ20062002805
公開日2008年3月19日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者吳平安, 周雪松, 安曉東, 康文廣, 張躍均, 邵寶福, 馬幼捷 申請人:天津理工大學(xué)