專利名稱：一種全數(shù)字式的在線變參數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全數(shù)字式的在線變參數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，更確切地說(shuō)，它是屬于一種利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)交流或直流功率輸入變換為直流功率輸出的同步電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。
根據(jù)檢索文獻(xiàn)可知微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器80年代中已在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)，對(duì)中小型電機(jī)均采用PID控制。在PID控制中其控制算法目前多數(shù)是采用理想的PID控制，有些文獻(xiàn)提出用積分分離法，也有的文獻(xiàn)認(rèn)為應(yīng)采用在線變總增益的變參數(shù)法，前者控制方式在大偏差時(shí)，將積分項(xiàng)去除；后者控制方式，是在大擾動(dòng)時(shí)，加大微分比例因子，同時(shí)積分因子也增大，這會(huì)引起振蕩及超調(diào)。本實(shí)用新型采用的在線變參數(shù)是在線變積分因子，同時(shí)變微分因子。防止了在大擾動(dòng)時(shí)，微分信號(hào)急劇升、降引起振蕩，同時(shí)也防止了積分系數(shù)太大使積分飽和超調(diào)。
觀察目前勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的測(cè)量單元，目前多數(shù)采用電壓變送器、電流變送器，有功功率變送器，無(wú)功功率送器及勵(lì)流變送器。其中無(wú)功率送器是恒無(wú)功及調(diào)差單元所必須的，有功變送器是作為低勵(lì)限制用的。由于無(wú)功變送器存在很多缺點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)人與陳樹(shù)棠等在專利CN2166559Y提出一種“無(wú)功率變送器的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器”，利用模擬式調(diào)節(jié)器的電阻補(bǔ)償法構(gòu)成無(wú)功電流測(cè)量單元，此方法保留了補(bǔ)償電阻，不同的是調(diào)差系數(shù)的改變不是調(diào)電阻，而是用數(shù)字給定。此方法該電阻選擇必須恰當(dāng)，否則有功電流會(huì)對(duì)無(wú)功測(cè)量產(chǎn)生影響。
本實(shí)用新型目的就是設(shè)計(jì)一種全數(shù)字式的在線變參數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，它主要由測(cè)量單元、調(diào)差單元、電壓/無(wú)功比較單元、運(yùn)算控制單元、同步與觸發(fā)控制單元、脈沖放大單元及功率單元組成，其硬件結(jié)構(gòu)主要由中央控制器，模擬量輸入通道，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道、脈沖輸出通道、通信接口及人機(jī)對(duì)話設(shè)備等組成，其測(cè)量單元用相位差檢測(cè)回路，取代無(wú)功功率變送器及使用硬件電阻構(gòu)成的模擬式補(bǔ)償裝置，相位差測(cè)量環(huán)節(jié)一端與調(diào)差單元相連，另一端分別與電流變送器和電壓變送器相連。
本實(shí)用新型具有以下的特點(diǎn)其調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括測(cè)量比較單元、調(diào)差單元、運(yùn)算控制單元、移相觸發(fā)單元及功率單元。調(diào)差單元不用無(wú)功變送器，亦不依賴于模擬式的補(bǔ)償裝置，其調(diào)差特性用軟件實(shí)現(xiàn)、調(diào)差系數(shù)用數(shù)字給定，同時(shí)采用交流采樣；調(diào)節(jié)規(guī)律采用不完全微分算式，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況在線變積分和變微分、比例因子。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，調(diào)節(jié)特性好，成本低，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于中小型電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)例作進(jìn)一步的描述

圖1為數(shù)字式自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理框圖圖2為數(shù)字式自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件結(jié)構(gòu)框圖圖3為數(shù)字式自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)圖圖4為測(cè)量單元結(jié)構(gòu)框圖圖5為相位差測(cè)量環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖圖1中，A為測(cè)量單元、B為調(diào)差單元、C為電壓/無(wú)功比較單元、D為運(yùn)算控制單元、E為同步與觸發(fā)控制單元、F為脈沖放大單元。
圖2中，G0為光耦，K0為開(kāi)關(guān)量，T/M為同步/觸發(fā)脈沖，MF為脈沖放大。
圖4中，BA為電流變送器；BV為電壓變送器；Φ為相位差測(cè)量單元圖5中，A為濾波器；B為比較器；C為反相器本實(shí)用新型推出的一種全數(shù)字式在線變參數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它不用無(wú)功變送器，有功變送器，亦不借助于電阻硬件等構(gòu)成模擬式補(bǔ)償裝置來(lái)取得無(wú)功電流。在控制規(guī)律上采用不完全微分在線改變積分、微分和比例因子，但此三者不是同時(shí)增大或減小，在大擾動(dòng)時(shí)后者作用方向是相反的。本實(shí)用新型是將一般的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的測(cè)量單元A，不用無(wú)功功率變送器，亦不用電阻、變送器等構(gòu)成的無(wú)功電源測(cè)量單元A，無(wú)功電流、無(wú)功功率的取得是利用測(cè)量發(fā)電機(jī)端線電壓與線電流的相位差。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓與電流相位差為零時(shí)，即各相電源的相電壓與相電電流相位差為零時(shí)，即Φ=0,sinΦ=0,cosΦ=1,IQ=0；當(dāng)發(fā)電機(jī)相電壓與電流相位差不為零時(shí)，即cosΦ≠0時(shí)，IQ≠0。此時(shí)，若發(fā)電機(jī)電流越前于電壓，在0～90°，發(fā)電機(jī)呈容性，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)感性無(wú)功電流(即進(jìn)相運(yùn)行)；若發(fā)電機(jī)電流遲后于電壓，在0～90°，呈感性，發(fā)電機(jī)發(fā)感性無(wú)功功率。無(wú)功電流、無(wú)功功率、有功功率的測(cè)量是利用機(jī)端線電壓與其線電流之間的向量關(guān)系，通過(guò)一相位差檢測(cè)單元檢測(cè)其相位差，并變?yōu)闀r(shí)間及相應(yīng)電角度，而求得Φ,sinΦ、cosΦ求出無(wú)功電流有無(wú)功功率及有功功率，相位差測(cè)量單元A主要用于求得無(wú)功功率及有功功率。先通過(guò)低濾波比較器獲得低頻信號(hào)，然后通過(guò)比較器得到方波信號(hào)，最后接計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較。測(cè)量單元A中的無(wú)功電流、無(wú)功功率、有功功率的測(cè)量采用交流采樣的交流電壓電流變送器，取代了通常的I/U變換電阻及整流型電壓變送器，其測(cè)量單元A中一般只需電壓、電流兩個(gè)交流變送器，此外還有測(cè)勵(lì)流用的直流變送器。在采用雙機(jī)系統(tǒng)時(shí)，兩機(jī)電流、電壓變送器接至不同相的電壓、電流互感器。
其硬件結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)差單元B不用無(wú)功變送器亦不用硬件電阻等構(gòu)成的模擬式補(bǔ)償裝置。其控制算法采用不完全微分在線變積分，同時(shí)變微分和比例因子。
無(wú)功電流、無(wú)功功率、有功功率的測(cè)量是利用機(jī)端線電壓與其線電流之間的向量關(guān)系，通過(guò)一檢測(cè)比較電路檢測(cè)其相位差，并變?yōu)闀r(shí)間及相應(yīng)電角度，而求得Φ,sinΦ、cosΦ并求出無(wú)功電流有無(wú)功功率及有無(wú)功功率作為調(diào)差計(jì)算，恒無(wú)功調(diào)節(jié)及低勵(lì)限制等用。
采用新的一種在線變參數(shù)法，即積分因子隨電網(wǎng)擾動(dòng)量大小變化，擾動(dòng)大時(shí)積分因子小，擾動(dòng)小時(shí)積分因子大。而微分因子在大擾動(dòng)時(shí)是增大。
本機(jī)調(diào)節(jié)控制運(yùn)算單元D，采用不完全微分的改進(jìn)型的PID算式，本調(diào)節(jié)器用的不完全微分控制算式是△(k)=p(k)-p(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+kIe(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+a[pd(k-1)-pd(k-2)]=kp[e(k)-e(k-1)]+KD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+kIe(k)+a[pd(k-1)-pd(k-2)]式中kp、K1為變參數(shù)因子，kI按變速積分因子，偏差越大，積分越慢，反之越快。
同時(shí)采用一種新的在線變參數(shù)的參數(shù)自適應(yīng)系統(tǒng)，即在線變速積分，此變積分因子自適于電網(wǎng)的擾動(dòng)量而變化，當(dāng)擾動(dòng)大時(shí)積分因子小，而擾動(dòng)小時(shí)積分因子大，而微分因子隨擾動(dòng)是增大而增大。
變積分的PID算式如下設(shè)置一個(gè)函數(shù)f[e(k)]，當(dāng)e(k)增大時(shí)，f減小，反之增大。f與e(n)的系統(tǒng)設(shè)為線性關(guān)系。
其積分因子算式如下設(shè)置一個(gè)函數(shù)f[e(k)]，當(dāng)｜e(k)｜增大時(shí)，f減小，反之增大。每次采樣后用f[e(k)]乘e(k)，再累加。
設(shè)PID輸出為P(K)=Pp(k)+PI(K)+PD(k)其中積分項(xiàng)輸出為 f值在[0,1]變化，當(dāng)e(k)＞分離區(qū)間(M+N)時(shí)，f=0，不再累加當(dāng)e(k)小于N時(shí)f=1，累加速度最快。
權(quán)利要求1．一種全數(shù)字式的在線變參數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它主要由測(cè)量單元(A)、調(diào)差單元(B)、電壓/無(wú)功比較單元(C)、運(yùn)算控制單元(D)、同步與觸發(fā)控制單元(E)、脈沖放大單元(F)及功率單元組成，其硬件結(jié)構(gòu)主要由中央控制器，模擬量輸入通道，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道、脈沖輸出通道、通信接口及人機(jī)對(duì)話設(shè)備等組成，其特征在于其測(cè)量單元(A)用相位差檢測(cè)回路，取代無(wú)功功率變送器及使用硬件電阻構(gòu)成的模擬式補(bǔ)償裝置，相位差測(cè)量單元(A)一端與調(diào)差單元(B)相連，另一端分別與電流變送器和電壓變送器相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種全數(shù)字式在線變參數(shù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括測(cè)量單元、調(diào)差單元、運(yùn)算控制單元、移相觸發(fā)單元及功率單元。其調(diào)差單元不用無(wú)功變送器,亦不依賴于模擬式的補(bǔ)償裝置,調(diào)差特性用軟件實(shí)現(xiàn)、調(diào)差系數(shù)用數(shù)字給定,同時(shí)采用交流采樣;調(diào)節(jié)規(guī)律采用不完全微分算式,同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況在線變積分和變微分、比例因子。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠,成本低,調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),特別適用于中小型電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H02P5/00GK2444342SQ0022112
公開(kāi)日2001年8月22日 申請(qǐng)日期2000年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月18日
發(fā)明者戴樹(shù)梅, 戴超波, 施隆照 申請(qǐng)人:福建省智海自動(dòng)化科技有限公司