專利名稱：微機發(fā)電機勵磁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于對發(fā)電機、調(diào)相機的勵磁回路電流進行自動手動調(diào)節(jié)、監(jiān)視、顯示設(shè)備。
目前，我國大多數(shù)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制采用礠放大器構(gòu)成的相復(fù)勵裝置，其體積大，成本高，維護工作較繁瑣.從80年代初，我國研制出晶體管發(fā)電機勵磁控制裝置，但由于晶體管元件的分散性和用分立元件組成的單元電路所需元件較多，因而，晶體管發(fā)電機勵磁裝置的可靠性較差，成本較高，體積較大.80年代末，我國研制出集成電路發(fā)電機勵磁控制裝置，改善了系統(tǒng)的可靠性，縮小了體積，但是，系統(tǒng)成本較高，系統(tǒng)的人機接口不理想，不具備事故記錄功能，自檢功能不夠齊全。
本實用新型的任務(wù)在于克服晶體管、集成電路構(gòu)成的發(fā)電機勵磁裝置不足，而設(shè)計一種微機智能型發(fā)電機勵磁控制裝置，該裝置不但適用于發(fā)電機勵磁控制、監(jiān)視、顯示、事故記錄，還可應(yīng)用于變電站調(diào)相機組勵磁，進行無功補償.并且功能齊全、性能穩(wěn)定，操作和安裝簡便、體積小。
本實用新型為上述任務(wù)的完成，是通過下述方式實現(xiàn)的微機發(fā)電機勵磁控制裝置主要結(jié)構(gòu)有外殼、面板、背板、電子電路。如圖一所示，外殼的面板上裝有定值、實時電壓，電流顯示數(shù)碼管(1)，不斷電電源顯示(2)，勵磁正常顯示(3)，功率故障顯示(4)，低勵過勵顯示(5)，低壓斷線顯示(6)，低頻顯示(7)，過流顯示(8)，給定電壓、系統(tǒng)電壓顯示(9)，手動顯示(10)，鍵盤(11)，其中包括給定鍵(11a)，給定上升鍵(11b)，給定下降鍵(11c)，故障復(fù)位鍵(11d)，手動、自動鍵(11e)，手動上升鍵(11f)，手動下降鍵(11g)，備用鍵(11h)，系統(tǒng)復(fù)位鍵(11i)，在位置(12a)處有“電流變送器”字樣，在位置(12b)處有“電壓變送處”字樣，在位置(12c)處有“可編程勵磁調(diào)節(jié)器”字樣。
外殼的背板上裝有微機發(fā)電機勵磁控制裝置的接線端子，它們分別為電壓互感器(173伏組)A相電壓輸入(13)、(14)，C相電壓輸入(15)、(16)；電壓互感器(100伏組)A相電壓輸入(17)、(18)，C相電壓輸入(19)、(20)，勵磁直流輸出電流檢測輸入(21)、(22)，勵磁交流電流檢測輸入(23)、(24)，勵磁頻率檢測輸入(25)、(26)，勵磁裝置脈沖寬度調(diào)節(jié)(稱PWM)功率輸出(27)、(28)，勵磁裝置強勵輸出(29)、(30)，勵磁裝置故障總發(fā)信輸出(31)、(32)。
殼體內(nèi)裝高性能微機可編程控制電路，如圖4.1，4.2，4.3所示，電路組成如下a.控制電路；b.檢測電路；c.PWM功率驅(qū)動電路；d.發(fā)光二極管(3)-(10)顯示電路，e.鍵盤、顯示電路，f.故障發(fā)信輸出和強勵輸出電路。
a.控制電路由高性能準(zhǔn)16位工業(yè)級CPU(U1)，地址鎖存U2、U3，數(shù)據(jù)和指令存儲器U4(EFPRAM)，地址譯碼器U14組成.U1的地址線與U2、U3聯(lián)接，U1的數(shù)據(jù)線與U4的數(shù)據(jù)線聯(lián)接，U2、U3的地址輸出線與U4的地址線聯(lián)接，U14的地址譯碼輸出聯(lián)接至U4、U1的讀、寫信號線與U4聯(lián)接。
b.檢測電路分別由電壓檢測電路、電流檢測電路、頻率檢測電路組成.電壓檢測電路由發(fā)電機高壓側(cè)互感器輸出(100伏和173伏)送至外殼的背板，本裝置將此電壓再經(jīng)過電壓互感器變換成0～10伏信號，經(jīng)整流、濾波、電位器分壓獲得0～5伏的直流信號，送至模擬開關(guān)U7，由U7送至CPU(U1).電流檢測電路由勵磁側(cè)的電流互感器輸出(0～5安)送至外殼的背板，本裝置將此電流再經(jīng)過電流互感器變換成0～10mA信號，電流變電壓電阻、整流、濾波、電位器分壓獲得0～5伏的直流信號，送至模擬開關(guān)U7，由U7送至CPU(U1).頻率檢測電路在本裝置內(nèi)的電壓互感器上取電壓輸入信號，經(jīng)U9B構(gòu)成的比較器獲得方波信號，此方波信號經(jīng)光電隔離U10送到1。
c.PWM功率驅(qū)動電路由U1產(chǎn)生的PWM信號，經(jīng)U8E放大，U12光電隔離，復(fù)合三極管M1，M2驅(qū)動控制勵磁電流。
d.發(fā)光二極管(3)-(10)顯示電路；U5為本控制裝置的輸入輸出并行口，U5數(shù)據(jù)讀、寫線接U1，片選線接U14，U5的C口通過電阻接發(fā)光二極管(3)-(10)。
e.鍵盤、顯示電路由U6、U17、U18、U19、U20、鍵盤、數(shù)碼管等組成，U6的數(shù)據(jù)讀、寫控制線接U1，U14的地址譯碼輸出接U6，U6的輸出接U17、U18、U19、U20的輸入，U17、U18、U19、U20的輸出分別驅(qū)動七段數(shù)碼管.鍵盤接成行、列鍵方式，接U6的鍵盤掃描輸入線。
f.故障發(fā)信輸出和強勵輸出電路故障發(fā)信輸出信號由U1輸出經(jīng)U8D，光電隔離U11驅(qū)動，控制發(fā)信輸出，報警器報警.強勵輸出由U1輸出信號，U5并行口輸出，控制強勵輸出動作。
綜上所述，本實用新型裝置由于采用高性能單片機組成控制核芯，并經(jīng)一年多的現(xiàn)場實際運行表明，它與國內(nèi)目前的勵磁裝置相比，具有以下優(yōu)點1.本實用新型采用高性能、工業(yè)級CPU為核芯，控制功能強，可靠性高，抗干擾能力高，性能價格比高，價格僅同類進口產(chǎn)品的1/7左右.其推廣應(yīng)用可為國家節(jié)省大量外匯；2.本實用新型功能齊全，具有勵磁自動、手動調(diào)節(jié)、自動無擾動切換到手動，手動無擾動切換到自動，強勵，勵磁電流上、下限幅、電壓顯示、頻本檢測、同期控制等多種功能；
3.本實用新型體積小，重量輕，安裝，維護方便，數(shù)據(jù)整定、顯示直觀。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作一步詳細(xì)的描述

圖1是本實用新型外形圖；圖2是圖1面板布置圖；圖3是圖1背板布置圖；圖4.1，4.2，4.3是本實用新型電路原理圖參照圖1，微機發(fā)電機勵磁控制裝置的結(jié)構(gòu)為箱體，有外殼(33)、面板(34)，背板(35)、底座(36)。
參照圖2，外殼的面板上裝有定值、實時電壓、電流顯示數(shù)碼管(1)，不斷電電源顯示(2)，勵磁正常顯示(3)，功率故障顯示(4)，低勵、過勵顯示(5)，低壓、斷線顯示(6)，低頻顯示(7)，過流顯示(8)，給定電壓系統(tǒng)電壓顯示(9)，手動顯示(10)，鍵盤(11)，鍵盤有給定鍵(11a)，手動上升鍵(11b)，手動下降鍵(11c)，故障復(fù)位鍵(11d)，手動、自動轉(zhuǎn)換鍵(11e)，手動上升鍵(11f)，手動下降鍵(11g)，系統(tǒng)復(fù)位鍵(11i)，備用鍵(11h)，“電流變送器”字樣(12a)，“電壓變送器”字樣(12b)，“可編程勱磁調(diào)節(jié)器”字樣(12c)。
參照圖3，外殼的背板上裝有微機發(fā)電機勵磁控制裝置的接線端子，它們分別為電壓互感器(173伏組)A相電壓輸入(13)、(14)，C相電壓輸入(15)、(16)；電壓互感器(100伏組)A相電壓輸入(17)、(18)，C相電壓輸入(19)、(20)，勵磁直流輸出電流檢測輸入(21)、(22)，勵磁交流電流檢測輸入(23)、(24)，勵磁頻率檢測輸入(25)、(26)，勵磁裝置PWM功率輸出(27)、(28)，勵磁裝置強勵輸出(29)、(30)，勵磁裝置故障總發(fā)信輸出(31)、(32)。
參照圖4.1，4.2，4.3，殼體內(nèi)裝有以高性能工業(yè)級CPU為核心的微機發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)，它們是由以下幾個電路組成a.控制電路；b.檢測電路；c.PWM功率驅(qū)動電路；d.發(fā)光二極管(3)-(10)顯示電路；e.鍵盤、顯示電路；f.故障發(fā)信輸出和強勵輸出電路。
a.控制電路由高性能準(zhǔn)16位工業(yè)級CPU(U1)，地址鎖存器U2、U3，數(shù)據(jù)和指令存儲器U4(EEPROM)，地址譯碼器U14組成.U1的16根地址線A0～A15與U2、U3聯(lián)接，U1的數(shù)據(jù)線D0～D7與U4聯(lián)接，U2、U3的輸出A0～A15分別接U4和U14，U14的輸出接U4，U1的讀、寫信號線聯(lián)接U4。
b.檢測電路由電壓檢測電路、電流檢測電路、頻率檢測電路組成.電壓檢測電路由發(fā)電機高壓測的互感器輸出(100伏和173伏組)送至外殼的背板，本裝置將此電壓再經(jīng)過電壓互感器變換成0～10伏電壓信號，經(jīng)二極管D1-D16構(gòu)成四組橋式整流，整流為直流，經(jīng)R1，C1，R3，C2，R5，C3，R7，C4濾波，R56，D32，R57，D33，R58，D34，R5，D35非線性校正，R2，R4，R6分壓取出0～5伏直流電壓送至模擬開關(guān)U7，由U7送至CPU(U1).電流檢測由勵磁側(cè)的電流互感器輸出(0～5安)送至外殼的背板，本裝置將此電流再經(jīng)過電流互感器變換成0～10mA電流信號，經(jīng)R9，R12將電流變換成直流，經(jīng)D11～20，D24～27橋式整流，R7，C4，R20，C6濾波，R11，R22取出輸出0-5伏電壓送至模擬開關(guān)U7，由U7送至CPU(U1).頻率檢測電路在本裝置內(nèi)的電壓互感器上取電壓輸入信號，經(jīng)U9B構(gòu)成的電壓比較器獲得方波信號，此方波信號經(jīng)光電隔離U10送到1的脈沖采樣端。
C.PWM功率驅(qū)動電路U1的PWM信號聯(lián)接到U8E的輸入端，U8E的輸出驅(qū)動光電隔離U12的輸入，U12的輸出聯(lián)接到復(fù)合管M1、M2的輸入，由M1，M2和勵磁直流電壓驅(qū)動勵磁線圖。
d.發(fā)光二極管(3)-(10)顯示電路U1的數(shù)據(jù)讀、寫線聯(lián)接到U5，U14的輸出聯(lián)接到U5，U5的C口通過電阻分別聯(lián)接到發(fā)光二極管(3)-(10)的正極，發(fā)光二極管的負(fù)極接地。
e.鍵盤、顯示電路U1的數(shù)據(jù)、讀、寫線聯(lián)接到U6，U14的輸出聯(lián)接到U6，U6的數(shù)碼管顯示信號聯(lián)接到U17、U18、U19、U20的輸入，由U17、U18、U19、U20的輸出聯(lián)接到數(shù)碼管，驅(qū)動七段數(shù)碼管顯示.鍵盤聯(lián)接成行、列鍵方式，聯(lián)接到U6的行、列掃描信號輸入線。
f.故障發(fā)信輸出和強勵輸出電路U1的輸出聯(lián)接到U8D的輸入，U8D輸出聯(lián)接U11的輸入，U11驅(qū)動故障發(fā)信輸出，使報警器報警.U1的輸出信號送至U5，U5的輸出驅(qū)動強勵輸出動作。
本實用新型的工作狀況描述如下本實用新型聯(lián)接電壓互感器、電流互感器、勵礠線圈功率驅(qū)動回路，給供電電源后，即可投入運行.本實用新型發(fā)電機勵磁電流的自動調(diào)節(jié)過程如下若電網(wǎng)電壓低于給定值，U1通過運行U4的程序，采樣給定值和電網(wǎng)電壓反饋值，由U1計算出偏差，U1執(zhí)行U4的控制算法，增加脈寬調(diào)制輸出寬度，使功率驅(qū)動晶體管M1、M2導(dǎo)測時間增加，從而使勵磁電流上升，發(fā)電機輸出電壓上升，電網(wǎng)電壓上升，使給定的電網(wǎng)電壓與反饋的電網(wǎng)電壓偏差逐漸下降，只到偏差為零.若電網(wǎng)電壓高于給定值，與上述類似，只是U1將減小脈沖調(diào)制輸出寬度，使勵磁電流下降，發(fā)電機輸出電壓下降，使偏差逐步下降為零。
本實用新型發(fā)電機勵磁電流的手動調(diào)節(jié)過程如下按面板上的手動鍵，微機控制器將從自動調(diào)節(jié)算法轉(zhuǎn)為手動調(diào)節(jié)算法，按一次手動上升鍵，控制器使脈寬調(diào)制輸出寬度增加一個當(dāng)量，連續(xù)按上升鍵，輸出脈寬將逐步增寬，即勵磁電流逐步上升。反之，按手動下降鍵，輸出脈寬逐步下降，輸出勵磁電流逐步下降。
本實用新型微機發(fā)電機勵磁裝置在投入運行后，將采取下述二種情況保護、監(jiān)視勵磁系統(tǒng)的運行。
一、正常運行情況本實用新型微機發(fā)電機勵磁裝置經(jīng)(13)-(26)輸入電流、電壓、頻率信號，微機控制器不但進行電壓實時調(diào)節(jié)，使給定電壓與反饋電壓相等，而且監(jiān)視系統(tǒng)的運行情況，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，面板上的數(shù)碼管顯示電網(wǎng)電壓或給定電壓，勵磁正常指示燈(3)亮，電源指示燈(2)亮。
二、不正常情況本實用新型微機發(fā)電機勵磁裝置經(jīng)(13)-(26)輸入電流、電壓、頻率信號，微機控制器不但進行電壓實時調(diào)節(jié)，使給定電壓與反饋電壓相等，而且監(jiān)視系統(tǒng)的運行情況，當(dāng)系統(tǒng)處于異常時，微機控制器根據(jù)故障情況分別作出不同的處理。
a.功率故障當(dāng)微機控制檢測到輸出的PWM信號與輸出的勵磁電流相差甚遠，或勵磁電流不能被PWM控制，控制器將切斷PWM輸出，驅(qū)動報警器報警，并使功率故障發(fā)光二極管(4)亮.并記錄功率故障。
b.當(dāng)微機控制器在調(diào)節(jié)過程中，檢測到勵磁回路電流低于或高于規(guī)定值，控制器將驅(qū)動報警器報警，并使低勵、過勵發(fā)光二極管(5)亮；并自動調(diào)節(jié)PWM使勵磁電流在規(guī)定范圍內(nèi).并記錄電流值。
c.當(dāng)微機控制器在調(diào)節(jié)過程中，檢測到電壓互感器電壓過低，控制器將驅(qū)動報警器報警，并使低壓斷線發(fā)光二極管(6)亮.并記錄電壓值。
d.當(dāng)微機控制器在調(diào)節(jié)過程中，檢測到頻率低于規(guī)定值時，為防止調(diào)節(jié)器過分勵磁引起過勵情況，控制器驅(qū)動報警器報警，并使低頻發(fā)光二極管(8)亮.并記錄頻率值。
e.當(dāng)微機控制器在調(diào)節(jié)過程中，檢測到發(fā)電機定子電流超過規(guī)定值，控制器將驅(qū)動報警器報警，使過流發(fā)光二極管(8)亮；并自動調(diào)節(jié)PWM的輸出使電流限定在規(guī)定的范圍內(nèi).并記錄過流值。
權(quán)利要求1.微機發(fā)電機勵磁控制裝置具有外殼、面板、背板、電子電路，其特征在于外殼的面板上裝有定值、實時電壓、電流顯示數(shù)碼管(1)；不斷電電源顯示(2)；勵磁正常顯示(3)；功率故障顯示(4)；低勵過勵顯示(5)；低壓斷線顯示(6)；低頻顯示(7)；過流顯示(8)；給定電壓、系統(tǒng)電壓顯示(9)；手動顯示(10)；鍵盤(11)，其中包括給定鍵(11a)，給定上升鍵(11b)，給定下降鍵(11c)，故障復(fù)位鍵(11d)，手動、自動鍵(11e)，手動上升鍵(11f)，手動下降鍵(11g)，備用鍵(11h)，系統(tǒng)復(fù)位鍵(11i)，在位置(12a)處有“電流變送器”字樣，在位置(12b)處有“電壓變送處”字樣，在位置(12c)處有“可編程勵磁調(diào)節(jié)器”字樣，外殼的背板上裝有微機發(fā)電機勵磁控制裝置的接線端子，它們分別為電壓互感器(173伏組)A相電壓輸入(13)、(14)，C相電壓輸入(15)、(16)；電壓互感器(100伏組)A相電壓輸入(17)、(18)，C相電壓輸入(19)、(20)，勵磁直流輸出電流檢測輸入(21)、(22)；勵磁交流電流檢測輸入(23)、(24)；勵磁頻率檢測輸入(25)、(26)；勵磁裝置脈沖寬度調(diào)節(jié)功率輸出(27)、(28)；勵磁裝置強勵輸出(29)、(30)；勵磁裝置故障總發(fā)信輸出(31)、(32).殼體內(nèi)裝有高性能微機可編程控制電路，它由以下幾個電路組成；a.控制電路；b.檢測電路；c.PWM功率驅(qū)動電路；d.發(fā)光二管(3)-(10)顯示電路；e.鍵盤、顯示電路；f.故障發(fā)信輸出和強勵輸出電路，a.控制電路U1的地址線A0～A15與U2、U3聯(lián)接，U1的數(shù)據(jù)線A0～A7與U4聯(lián)接，U2、U3的輸出與U4和U14聯(lián)接，U14的輸出與U4聯(lián)接，U1的讀、寫信號與U4聯(lián)接，b.檢測電路分別由電壓、電流頻率檢測電路組成，電壓、電流檢測電路由電壓互感器、橋式整流、濾波，電阻分壓構(gòu)成，電阻分壓輸出與U7聯(lián)接，U7與U5聯(lián)接，U7的輸出與U1聯(lián)接.頻率檢測電路在本裝置內(nèi)的電壓互感器上取電壓輸入信號，與U9B聯(lián)接，U9B與U10聯(lián)接，U10與U1聯(lián)接，由U1采樣頻率脈沖并計算頻率值，c.PWM功率驅(qū)動電路U1的PWM輸出信號與U8E的輸入端聯(lián)接，U8E的輸出與U12聯(lián)接，U12的輸出與M1、M2聯(lián)接，由M1、M2的輸出和勵磁直流電壓驅(qū)動勵磁線圈，d.發(fā)光二極管(3)-(10)顯示電路U1的數(shù)據(jù)線、讀、寫信號線聯(lián)接至U5，U14的輸出聯(lián)接至U5，U5的C口通過電阻分別聯(lián)接至發(fā)光二極管(3)-(10)的正極，發(fā)光二極管的負(fù)極接地，e.鍵盤、顯示電路U1的數(shù)據(jù)線、讀、寫線聯(lián)接至U6，U14的輸出聯(lián)接至U6，U6的數(shù)碼管顯示信號聯(lián)接至U17、U18、U19、U20的輸入，U17、U18、U19、U20的輸出聯(lián)接至數(shù)碼管，驅(qū)動七段數(shù)碼管顯示，鍵盤聯(lián)接成行、列鍵方式，聯(lián)接至U6的行、列掃描信號輸入線，f.故障發(fā)信輸出和強勵電路U1的輸出聯(lián)接至U8D的輸入，U8D輸出聯(lián)接至U11的輸入，U11驅(qū)動故障發(fā)信輸出，使報警器報警.U1與U15聯(lián)接，U5的輸出驅(qū)動強勵輸出動作。
專利摘要微機發(fā)電機勵磁控制裝置是用于發(fā)電機、調(diào)相機的勵磁回路電流進行自動、手動調(diào)節(jié)、監(jiān)視、顯示設(shè)備。其特征在于:殼體內(nèi)裝有微機發(fā)電機勵磁裝置的核芯部分——a.控制電路、b.檢測電路、c.PWM功率驅(qū)動電路、d.發(fā)光二極管顯示電路、e.鍵盤、顯示電路、f.故障發(fā)信輸出和強勵輸出路。經(jīng)工程實際應(yīng)用表明,該設(shè)備具有以下優(yōu)點:工作穩(wěn)定、可靠性高,自動和手動調(diào)節(jié)性能好,數(shù)據(jù)檢測精度高,并具有事故記錄;功能齊全,體積小,安裝維護，調(diào)試方便,顯示直觀;人機接口良好,具有自檢測功能。
文檔編號H02P9/14GK2272631SQ9423770
公開日1998年1月14日 申請日期1994年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月6日
發(fā)明者羅安 申請人:羅安