一種電機(jī)勵(lì)磁電源控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種為電機(jī)提供直流勵(lì)磁電源的控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]勵(lì)磁電源對(duì)發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到十分重要的作用，勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制是勵(lì)磁系統(tǒng)的核心部分。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制從控制信號(hào)上分為模擬控制、數(shù)字控制和模擬加數(shù)字混合控制。由于數(shù)字控制方式的技術(shù)和性能的逐漸成熟和穩(wěn)定，數(shù)字勵(lì)磁控制在新、舊發(fā)電廠正逐步取代有模擬控制方式的勵(lì)磁調(diào)節(jié)。近幾年數(shù)字信號(hào)處理器DSP在控制領(lǐng)域的使用發(fā)展很快，它具有運(yùn)行速度快、開發(fā)環(huán)境優(yōu)良和高性價(jià)比等特點(diǎn)。特別是TI公司為電機(jī)控制開發(fā)的TMS320F2812型DSP，它內(nèi)部集成了為電機(jī)控制應(yīng)用所需的一些外圍設(shè)備，如定時(shí)器、串行通訊接口、高速模塊(A/D)轉(zhuǎn)換器和PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器等，目前采用DSP的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)正在興起，而在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制中正在起步。
[0003]近年來，隨著電力電子的技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)作為功率器件的微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)開始用于水力、火力發(fā)電機(jī)組。目前，可控硅勵(lì)磁幾乎占據(jù)全部發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，但是隨著大電流高電壓IGBT的出現(xiàn)，用IGBT構(gòu)成大功率開關(guān)式勵(lì)磁功率單元完全可以滿足中小型發(fā)電機(jī)的需要。IGBT是M0SFET與雙晶體二極管的復(fù)合器件，它既有M0SFET易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，又有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于M0SFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占有主導(dǎo)地位。
[0004]隨著半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置的數(shù)字化趨勢(shì)已經(jīng)母庸置疑，同時(shí)數(shù)字化也為新的控制理論在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起到了關(guān)鍵的作用。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究主要集中在兩個(gè)方面:一是勵(lì)磁器件的改進(jìn)，二是勵(lì)磁控制方式的的改進(jìn)。
[0005]現(xiàn)有的勵(lì)磁電源存在兩個(gè)缺點(diǎn):
[0006]1、常規(guī)勵(lì)磁主要器件是整流二極管或者可控硅，采用二極管時(shí)整流二極管直接給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁時(shí)，整流二極管在電壓反向時(shí)不能快速關(guān)斷，導(dǎo)致勵(lì)磁電源輸出到發(fā)電機(jī)有很大的電壓尖峰，很容易損壞勵(lì)磁機(jī)及其內(nèi)部整流二極管；采用可控硅時(shí)，可控硅勵(lì)磁6組驅(qū)動(dòng)和三相交流同步回路故障率相對(duì)較高，可控硅換相時(shí)同樣產(chǎn)生很大的尖峰電壓且勵(lì)磁容量要求較大。
[0007]2、勵(lì)磁系統(tǒng)故障是發(fā)電機(jī)故障停機(jī)和非計(jì)劃停機(jī)的主要原因之一，保證勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行意義重大。目前常規(guī)的控制方式采用數(shù)字勵(lì)磁控制的處理器主要采用微型計(jì)算機(jī)的處理器CPU或者微處理器MCU。前者系統(tǒng)較復(fù)雜，成本較高，后者的處理速度較慢，對(duì)控制系統(tǒng)的響應(yīng)相對(duì)慢些。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有電壓尖峰大、系統(tǒng)復(fù)雜、處理速度慢等技術(shù)缺點(diǎn)，提出一種電機(jī)勵(lì)磁電源控制電路。
[0009]本實(shí)用新型電機(jī)勵(lì)磁電源控制電路包括控制回路、主供電回路、整流回路和IGBT斬波回路。
[0010]控制回路分別連接主供電回路、整流回路和IGBT斬波回路。所述的控制回路控制主供電回路的接觸器的吸合，通過RS232串口通訊連接到上位機(jī)監(jiān)控界面；主供電回路將外接AC400V電壓傳遞給整流電路，整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓輸出供給IGBT斬波回路。
[0011]主供電回路由第一斷路器、第二接觸器、第三斷路器、第四斷路器和電源模塊組成。所述第一斷路器和第二接觸器串聯(lián)組成控制整流回路的400VAC交流電源回路。第三斷路器的上端口并聯(lián)在第二接觸器的下端口，第三斷路器的下端口與電源模塊的輸入端連接，電源模塊的輸出端與控制回路連接，第三斷路器和電源模塊組成控制回路的供電回路。第四斷路器的上端口與第一斷路器的下端口并聯(lián)，第四接觸器的下端口與控制回路連接，第四接觸器是控制回路的交流輸入電壓的接觸器。
[0012]控制回路由電流及溫度采集板、控制板、交流電壓測(cè)量板、第一電流互感器、第一繼電器組成。電流及溫度采集板與主供電回路電源模塊的輸出端連接，組成控制回路的電源回路。電流采集及溫度采集板與控制板連接，由電流及溫度采集板為控制板提供直流電源。電流及溫度采集板與IGBT斬波回路的勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板連接，將電流及溫度采集板發(fā)出的PWM斬波信號(hào)傳遞到勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板?？刂瓢迮c交流電壓測(cè)量板連接，由電流及溫度采集板為交流電壓測(cè)量提供直流電源。控制板與第一電流互感器連接，采集第一電流互感器的電流信號(hào)。控制板與第一繼電器連接，由第一繼電器的一組常開觸點(diǎn)控制主供電回路的第二接觸器。交流電壓測(cè)量板與主供電回路的第四接觸器連接采集交流輸入的電壓信號(hào)；控制板通過232串口通訊連接上位機(jī)監(jiān)控界面，控制板接收上位機(jī)開關(guān)量信號(hào)，發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制電流及溫度采集板輸出24V電壓，控制第一繼電器線圈，第一繼電器的一組常開觸點(diǎn)控制主供電回路第二接觸器線圈，控制主供電回路第二接觸器的斷開吸合。主供電回路的電源模塊與控制回路的電流及溫度采集板連接，向控制回路供電。交流電壓測(cè)量板采集控制回路的電壓；第一電流互感器和電流及溫度采集板連接，采集控制回路的電流。
[0013]整流回路由第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容、第三電容組成；第一二極管、第二二極管、第三二極管組成三相全波整流橋，該三相全波整流橋?yàn)檎骰芈返慕恢绷髯儞Q回路。第一電容、第二電容、第三電容并聯(lián)在三相整流橋的直流端，組成整流回路的直流母線支撐回路。
[0014]IGBT斬波回路由IGBT及IGBT驅(qū)動(dòng)板、勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板、NTC溫度傳感器、IGBT散熱風(fēng)機(jī)組成。IGBT驅(qū)動(dòng)板與IGBT連接；勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板與IGBT驅(qū)動(dòng)板連接；NTC溫度傳感器連接在勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板上；IGBT散熱風(fēng)機(jī)并聯(lián)在第三斷路器端口。
[0015]本實(shí)用新型的工作過程:
[0016]閉合主供電回路的第一斷路器、第三斷路器，主供電回路的電源模塊開始正常工作，為控制回路的電流采集及溫度采集板、控制板、交流電壓測(cè)量板、IGBT斬波回路的勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板、驅(qū)動(dòng)板提供直流電源。閉合主供電回路的第四斷路器，控制回路的交流電壓測(cè)量板開始采集到勵(lì)磁電源電路的交流輸入電壓，控制回路的交流電壓測(cè)量板通過排線將采集到的交流電壓信號(hào)傳遞到控制回路的控制板，控制回路的控制板接收到交流電壓測(cè)量板采集的交流電壓信號(hào)，通過控制板的輸出24V控制第一繼電器的線圈，使第一繼電器動(dòng)作，由第一繼電器的一組常開點(diǎn)控制第二繼電器動(dòng)作、第二繼電器吸合后，整流回路得到400VAC交流電，開始工作；整流回路通過由第一二極管、第二二極管、第三二極管組成的三相全波整流橋?qū)?00VAC的交流電整流成直流，并由并聯(lián)在三相整流橋直流端的第一電容、第二電容、第三電容支撐整流回路的母線電壓，斬波回路開始工作，將電機(jī)參數(shù)通過上位機(jī)輸入到控制回路的控制板中?？刂苹芈返腄SP采用電壓調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，當(dāng)發(fā)電機(jī)的滅磁開關(guān)動(dòng)作，控制回路的DSP發(fā)出PWM波，由控制板的X6端子通過排線傳遞到電流采集及溫度采集板的X6端子，由電流采集及溫度采集板對(duì)PWM波轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，由電流采集及溫度采集板通過光纖傳遞到斬波回路的勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板，斬波回路的勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成PWM波電信號(hào)，由勵(lì)磁轉(zhuǎn)接板傳遞到斬波回路的IGBT驅(qū)動(dòng)板，IGBT驅(qū)動(dòng)板接收到由控制回路的控制板發(fā)出的PWM波，開始控制IGBT的通斷，將整流回路的直流母線斬成不同幅值和頻率的直流電壓，通過PWM波對(duì)IGBT通斷時(shí)間的控制，即可控制勵(lì)磁直流電壓的幅值，勵(lì)磁直流電壓加在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)勵(lì)磁電流的控制。
[0017]本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn):
[0018]1、硬件電路接線簡單，省去了傳統(tǒng)的可控硅功率單元所需的同步要求，因而使得系統(tǒng)的可靠性高、控制簡單、易于維護(hù)。并且，勵(lì)磁主要器件選擇IGBT作為整流回路中的整流器件，IGBT只有二極管，不存在換相產(chǎn)生的尖峰電壓，同時(shí)它既有M0SFET易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，又有功率晶體管電壓、電流容量大