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  1、一种DSP励磁控制器移相触发电路的设计摘要:在同步发电机的励磁控制器中,移相触发模块用来触发整流桥中的晶闸管,使其控制角随着发电机端电压的变化而改变,进而达到自动调节励磁的目的,因此移相触发技术是自动励磁调节装置的一项关键技术。在介绍自动励磁控制器原理的基础上,论述一种基于DSP的移相触发电路的各个组成部分的设计和脉冲故障检测技术。这种数字移相触发器移相范围宽,灵敏度较高,电路结构相对比较简单,安全可靠,可以推广应用于各种同步发电机的励磁控制。关键词:励磁控制器;移相触发;DSP;故障检验测试1引言电力系统的同步发电机励磁控制管理系统中,移相触发单元是很关键的一部

  2、分。以往很多触发电路由模拟芯片组成,不同相序的输入电源、同步变压器及触发脉冲所对应的晶闸管需用示波器严格查对。对诸如缺相保护、软起停等附属电路也需另外设计电路解决,电路较复杂。对于晶闸管自动调节器输出电流要求精度较高的装置,模拟电路是很难达到一定的要求的1。晶闸管触发信号,本质上是一种离散量,可由数字信号实现。数字移相触发模块克了模拟电路输出电流易产生波动等使用上的限制,具有体积小、灵敏度较高,稳定性高,能控制精度和速度等2优点,给生产的全部过程的控制精确度和电路的设计带来方便。一般的微机励磁调节器都是用定时计数器来实现同步信号周期的测量以及产生6相脉冲去触发功率管,这通常要一块至少包含多个定时器的专用脉

  3、冲产生板,不仅硬件电路复杂,而且还会导致脉冲形成不可靠。本设计基于DSP设计一种具有故障检测功能的数字移相式触发单元,同步严格,触发精确度高,移相范围宽,使励磁控制管理系统的性能有了很大的提高。2DSP励磁控制器整体结构同步发电机励磁系统是一种闭环控制管理系统,励磁系统除维持发电机的端电压基本恒定外,而且还要对发电机的无功功率、功率因数进行调节。励磁控制管理系统框图如图1所示。图1微机励磁控制管理系统原理框图励磁控制器首先利用捕捉中断测得机组频率,再用频率计算出采样周期,然后对发电机的机端电压、定子电流、电网电压、励磁变二次电流等模拟量进行高速交流采样,采用快速傅立叶变换算法,计算出机端电压、定子电流、有功功

  4、率、无功功率、功率因数,同时直流采样励磁电流、励磁电压,这些状态反馈信号数据供调节装置进行计算和分析使用;利用DSP的比较单元产生移相触发脉冲,此脉冲经过功率放大后去触发可控硅组件,经过控制发电机转子励磁电流达到控制和调节发电机电压或无功功率的目的。同时,励磁控制器还将根据现场输入的操作和状态信号进行逻辑判断,实现各种运行方式所需的励磁调节和限制、保护、检测、故障判断功能。励磁控制器最重要的包含调差单元、测量比较单元、综合放大单元、移相触发单元及通讯等环节3。本调节器是基于TMS320lf240x做为主处理器,用单片处理器实现直流和交流采样,移相触发脉冲的形成。3移相触发的工作原理移相触发单元是根

  5、据输入电压信号的大小,改变触发角,控制晶闸管电路的输出,从而改变励磁电流。移相触发单元包括同步单元、移相单元、脉冲形成及脉冲放大单元。31同步信号单元励磁控制器要求加在整流电路晶闸管的触发脉冲与加在晶闸管阳极电路上的电压在频率和位上一致。即触发脉冲在晶闸管承受正向电压时发出,才能使晶闸管导通。本励磁控制器采用锁相环频率合成4来实现同步,其原理如图2所示。图2频率合成电路原理框图锁相同步主要是利用锁相环跟踪系统交流电压,输出N倍系统电压频率的脉冲列和与系统保持严格同步的工频同步参考电压,作为移相触发脉冲形成部分产生可控硅触发脉冲的角度量化基准和频率相位基准。锁相环由鉴相器(PD)、低

  6、频滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)组成。系统交流同步电压信号经过零检测电路变成方波信号,这个信号的频率Fr和系统电压频率相同。然后将这个方波信号Fr送到相位比较器的一个输入端作为比较基准,另外,由VCO产生频率为Fs的方波信号经一个分频器N分频后送到相位比较器的另一端作比较。因此如果被测信号的频率Fr发生明显的变化,则Fs频率也随之变化,这样就达到了锁相同步的目的。3.2数字脉冲的形成和移相移相触发脉冲的形成有硬件法和软件法,硬件法虽成熟但器件较多,易引起触发不可靠,而且不容易与电网同步。本设计中采用软件分相法来实现可控硅的移相触发。利用DSP中事件管理器EVA的比较单元CMP1、CMP2

  7、和捕获单元CAP1,CMP1用于前3个移相触发脉冲的产生,CMP2用于后3个移相触发脉冲的产生。以定时器T1作为时间基准,因本设计同步信号取自相电压,相电压与自然换相点之间差30度,因此控制算法计算出来的控制角都须加上30度的延时。当有比较中断产生时,首先进行中断保护,然后判断是否为CMP1中断,若为是CMP1中断,判断是第几次中断并进行一定的比较寄存器CMP1设置(CMP1=T1CNT+T/6);若为是CMP2中断,判断是第几次中断并进行一定的比较寄存器CMP2设置(CMP2=T1CNT+T/6)。当第一个比较中断到来时PWM1为1,PWM6为0;当第二个比较中断到来时PWM1为0,PWM2

  8、为1;当第三个比较中断到来时PWM3为1,PWM2为0;当第四个比较中断到来时PWM4为1,PWM3为0;当第五个比较中断到来时PWM5为1,PWM4为0;当第六个比较中断到来时PWM6为1,PWM1为0,脉冲计数设为1,最后清除本次的中断标志退出中断,这样在六个管腿上便可产生六个相差60度的宽脉冲。33脉冲放大脉冲变压器只可以通过窄脉冲,因此宽脉冲先过微分电路将脉冲的上升沿变为0.20.4ms宽的窄脉冲,然后通过二极管与门电路形成双窄脉冲。这样可防止错误的宽脉冲或高电平通过脉冲变压器,从而保护了脉冲变压器,也保护了功率单元5。脉冲放大电路如图3所示。为避免干扰和满足晶闸管的门极对

  9、触发脉冲功率的要求移相触发脉冲经过光电隔离器后,再经过MC1413提高驱动能力,然后驱动三极管。最后使晶闸管触发导通。4脉冲故障检验测试触发脉冲是不是正常关系到励磁控制器是否能正常工作。所以要求当有脉冲丢失时,控制器能出报警信号并能够做出处理。本次设计采用了脉冲检测单元来检恻触发脉冲,根据检测结果励磁控制器做出相应的处理,若是励磁控制器没办法恢复故障则停止发触发脉冲,以免使发电机的运行出现危险。图4所示的脉冲故障检验测试电路,主要部分为74LS123双单稳态多谐振荡器构成的可重复触发的单稳态触发器。光电耦合器的输入端取自脉冲变压器的次级。当CLR管脚电平由低到高的跳变时,其输出端Q就产生一个脉冲。脉冲的高

  10、电平宽度由R3、R4和电容C1决定。当移相触发脉冲正常时,Q端一直为高电平,不会引起功率驱动保护引脚(/PDPINT)中断。当因为异常使得移相触发输出一直为低电平或高电平时,Q端的输出为低电平,将引起(/PDPIN引脚中断,促使DSP做出相应处理。5结束语本DSP励磁控制器已经配合DES励磁控制器软件进行了调试应用。控制器中的移相触发单元使用了数字式触发,硬件电路少且操作方便。设计中利用PWM产生器,可编程通用计时器,以及捕捉译码器接口等功能,通过相应寄存器参数设定,严格的实现信号的同步,移相脉冲的形成。经调试发现该电路性能可靠,灵敏度较高,移范围宽,接近0180,触发角

  11、的分辨率可达0.10.01,整流后的电压非常整齐,从而也提高了励磁控制器的性能指标和运行效率。参考文献1韩英铎,谢小荣.同步发电机励磁控制研究的现状与走J.清华大学学报,2001,41(7):13-16.2金轶锋.晶闸管移相触发电路的设计J.渭南师范学院学报,2004,19(5):19-20.3邵宝福.基于DSP的PWM整流器在励磁控制管理系统中的应用研究D.天津:天津理工大学,2007.4何彦民.基于DSP的自动励磁控制装置的研究D.天津:天津理工大学,2005.5马幼捷,邵宝福.自动励磁控制器移相触发电路的研究J .电气传动,2007,37(2):61-64.

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