專利名稱：用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)模擬，是通過在RTDS (實(shí)時(shí)數(shù)字仿真裝置)或?qū)嶋H等值系統(tǒng)上模擬實(shí)際電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況及故障狀態(tài)，對在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的保護(hù)和控制裝置的功能和性能進(jìn)行考核，以確保保護(hù)和控制裝置在現(xiàn)場的可靠運(yùn)行的試驗(yàn)。調(diào)速裝置是保證發(fā)電機(jī)組電源性能指標(biāo)的重要組成部分，其基本方法是改變單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力元素。早期用的調(diào)速器是機(jī)械型的，用一只離心飛擺直接控制進(jìn)汽閥，這種形式的調(diào)速器至今還用于柴油機(jī)上。機(jī)械液壓型調(diào)速器是后來發(fā)展起來的，至20世紀(jì)30年代已相當(dāng)完善。然而，機(jī)械液壓型調(diào)速器死區(qū)較大，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)較差，且難于綜合其它信號參與調(diào)節(jié)，于是發(fā)展了電液型調(diào)速器。按電子器件的不同，又有模擬與數(shù)字電液調(diào)速器之分?，F(xiàn)在投運(yùn)的大型汽輪發(fā)電機(jī)組已采用數(shù)字電液控制(Digital Electro-Hydraulic Control) 0現(xiàn)有的柴油發(fā)電機(jī)組電動(dòng)伺服調(diào)整裝置多是以齒輪傳動(dòng)或蝸輪蝸桿傳動(dòng)，這種調(diào)速裝置存在以下的問題首先，其裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工、安裝精度要求高；其次，高位限速和低位限速的問題不易解決；第三，這種裝置只有電動(dòng)和手動(dòng)。目前，市場上生產(chǎn)的調(diào)速裝置體積大，價(jià)格昂貴，而對于小型發(fā)電機(jī)組來說，體積有限，利潤有限。由于存在上述問題，使得自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組或遠(yuǎn)程控制操作不方便、不安全，且對各種機(jī)型安裝、調(diào)整不能通用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，使得電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸連接，通過將PWM信號轉(zhuǎn)變成電流信號，控制變頻器頻率，從而控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，包括一電壓互感器和一電流互感器，以及與所述電壓互感器和電流互感器分別依次連接的儀表放大器、A/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換電路、中央處理器芯片、D/A(數(shù)/模)轉(zhuǎn)換電路、變頻器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，其中所述電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸連接；所述電壓互感器采集發(fā)電機(jī)輸出電壓，所述電流互感器采集發(fā)電機(jī)輸出電流，并經(jīng)所述儀表放大器隔離處理后，分別轉(zhuǎn)換為第一電壓信號和第一電流信號，并傳給所述A/D 轉(zhuǎn)換電路；所述A/D轉(zhuǎn)換電路將所述第一電壓信號和第一電流信號分別轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，并傳給所述中央處理器芯片；所述中央處理器芯片根據(jù)所接收到的信號，計(jì)算得到所述發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率和頻率，將計(jì)算值與可調(diào)節(jié)的設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出占空比可調(diào)的PWM控制信號，該 PWM控制信號經(jīng)所述D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流信號后傳給所述變頻器；所述變頻器由市電供電，根據(jù)接收的模擬電流信號控制所述電動(dòng)機(jī)的輸入電壓頻率，調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。上述的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，其中，所述D/A轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的光電隔離器、LC(無源)濾波回路和差分放大電路，其中所述光電隔離器接收到由中央處理器芯片發(fā)來的PWM控制信號后，對其進(jìn)行隔離，并送入LC濾波回路中，該LC濾波回路將PWM控制信號輸出為模擬電流信號后，經(jīng)差分放大電路進(jìn)行放大處理后傳輸至所述變頻器。上述的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，其中，所述的可調(diào)節(jié)的設(shè)定值可以用戶手動(dòng)設(shè)置，也可以為發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的自動(dòng)調(diào)節(jié)量或者為調(diào)度控制。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸連接，因此只需控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就能實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制；本發(fā)明中將PWM信號轉(zhuǎn)變成電流信號，控制變頻器頻率，從而達(dá)到對發(fā)電機(jī)的調(diào)速作用。同時(shí)，本發(fā)明還具有體積小、成本低、模型清晰準(zhǔn)確以及測量精度高的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)電的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中D/A轉(zhuǎn)換電路的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。請參閱圖1，本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，包括電壓互感器 1和電流互感器2，以及與電壓互感器1和電流互感器2分別依次連接的儀表放大器3、A/D 轉(zhuǎn)換電路4、中央處理器芯片5、D/A轉(zhuǎn)換電路6、變頻器7、電動(dòng)機(jī)8和發(fā)電機(jī)9，其中電動(dòng)機(jī)8和發(fā)電機(jī)9同軸連接，這樣對于發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)速的調(diào)整，其實(shí)就轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄妱?dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與控制，而不用像實(shí)際情況中，往往需要使用外力矩來調(diào)整發(fā)電機(jī)9 的轉(zhuǎn)速，例如一般的柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速裝置往往采用齒輪傳動(dòng)或蝸輪蝸桿傳動(dòng)；電壓互感器1和電流互感器2連接在電機(jī)9輸出側(cè)；電壓互感器1采集發(fā)電機(jī)輸出電壓，電流互感器2采集發(fā)電機(jī)輸出電流，并經(jīng)儀表放大器3隔離處理后，分別轉(zhuǎn)換為第一電壓信號和第一電流信號，并傳給A/D轉(zhuǎn)換電路4 ；A/D轉(zhuǎn)換電路4將所述第一電壓信號和第一電流信號分別轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，并傳給中央處理器芯片5 ；中央處理器芯片5根據(jù)所接收到的第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，計(jì)算得到所述發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率和頻率等電氣量，并將計(jì)算值與可調(diào)節(jié)的設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出一系列占空比可調(diào)的PWM控制信號，該P(yáng)WM控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路6轉(zhuǎn)換成模擬電流信號后傳給變頻器7 ；其中，占空比指的是輸出信號在一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間比率， 占空比越大，經(jīng)過濾波后得到的電流值越大；可調(diào)節(jié)的設(shè)定值可以用戶手動(dòng)設(shè)置的數(shù)值，也可以是發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的自動(dòng)調(diào)節(jié)量或者位調(diào)度控制。變頻器7由市電供電，根據(jù)接收的模擬電流信號控制電動(dòng)機(jī)8的輸入頻率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)速。本實(shí)施例中，儀表放大器3選用的型號為INA128 ；A/D轉(zhuǎn)換電路4選用ADS7844模數(shù)轉(zhuǎn)換器；中央處理器芯片5選用型號為ARM7系列的LPC2378。請參閱圖2，D/A轉(zhuǎn)換電路5包括依次連接的光電隔離器51、LC濾波回路52和差分放大電路反饋電路53，其中光電隔離器51選用TLP250 ；LC濾波回路52包括電感L、電容C和其他元件，電感 L選取IOOuH,電容C選取IOOuF ；差分放大反饋電路53包括兩個(gè)型號為TL082的運(yùn)算放大器；光電隔離器51是高速光隔，當(dāng)接收到由中央處理器芯片5發(fā)來的PWM控制信號后，進(jìn)行隔離處理，并送入LC濾波回路52中，該回路將數(shù)字PWM控制信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號后，通過差分放大反饋電路53進(jìn)行放大處理后，送入變頻器7中。本實(shí)施例中，所述的PWM控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路6轉(zhuǎn)化并送入變頻器7的為 5-20mA的電流信號，通過中央處理器芯片5中的程序調(diào)整占空比，即可實(shí)現(xiàn)對輸入到變頻器7中電流的精確控制；變頻器7根據(jù)接收的電流信號決定其輸出的頻率大小，由輸出的頻率大小控制電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速，從而控制發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)速。本實(shí)施例中，變頻器7選用的型號
為SAJ變頻器V5R5G3/V7R5P3 ；電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速為“當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，η近似正比于頻率fl，可見改變電源頻率就能改變電動(dòng)機(jī) 8的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)8為異步電動(dòng)機(jī)。以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，其特征在于，包括一電壓互感器和一電流互感器，以及與所述電壓互感器和電流互感器分別依次連接的儀表放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器芯片、D/A轉(zhuǎn)換電路、變頻器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，其中所述電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸連接；所述電壓互感器采集發(fā)電機(jī)輸出相電壓，所述電流互感器采集發(fā)電機(jī)輸出電流，并經(jīng)所述儀表放大器隔離處理后，分別轉(zhuǎn)換為第一電壓信號和第一電流信號，并傳給所述A/D 轉(zhuǎn)換電路；所述A/D轉(zhuǎn)換電路將所述第一電壓信號和第一電流信號分別轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，并傳給所述中央處理器芯片；所述中央處理器芯片根據(jù)所接收到的信號，計(jì)算得到所述發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率和頻率，將計(jì)算值與可調(diào)節(jié)的設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出占空比可調(diào)的PWM控制信號，該P(yáng)WM 控制信號經(jīng)所述D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流信號后傳給所述變頻器；所述變頻器由市電供電，根據(jù)接收的模擬電流信號控制所述電動(dòng)機(jī)的輸入電壓頻率， 調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述D/A轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的光電隔離器、LC濾波回路和差分放大電路，其中所述光電隔離器接收到由中央處理器芯片發(fā)來的PWM控制信號后，對其進(jìn)行隔離，并送入LC濾波回路中，該LC濾波回路將PWM控制信號輸出為模擬電流信號后，經(jīng)差分放大電路進(jìn)行放大處理后傳輸至所述變頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的可調(diào)節(jié)的設(shè)定值可以用戶手動(dòng)設(shè)置，也可以為發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的自動(dòng)調(diào)節(jié)量或者為調(diào)度控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，包括與一電壓互感器和一電流互感器以及分別與其依次連接的儀表放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器芯片、D/A轉(zhuǎn)換電路、變頻器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，其中所述電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸連接；所述電壓互感器采集發(fā)電機(jī)輸出電壓，所述電流互感器采集發(fā)電機(jī)輸出電流，依次經(jīng)所述儀表放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路變換后傳給所述中央處理器芯片，所述中央處理器芯片根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)輸出一PWM控制信號，經(jīng)所述D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流信號后傳給所述變頻器；所述變頻器根據(jù)接收的信號控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明具有接線簡單、可靠性高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。
文檔編號H02P9/00GK102522935SQ20111041580
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者何偉, 余志文, 庒駿鵬, 張延遲, 房新雨, 艾芊, 蔣傳文, 解大 申請人:上海信元瑞電氣有限公司