一種電機勵磁電源控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種為電機提供直流勵磁電源的控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]勵磁電源對發(fā)電機及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起到十分重要的作用，勵磁調(diào)節(jié)控制是勵磁系統(tǒng)的核心部分。發(fā)電機勵磁控制從控制信號上分為模擬控制、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)字勵磁控制在新、舊發(fā)電廠正逐步取代有模擬控制方式的勵磁調(diào)節(jié)。近幾年數(shù)字信號處理器DSP在控制領(lǐng)域的使用發(fā)展很快，它具有運行速度快、開發(fā)環(huán)境優(yōu)良和高性價比等特點。特別是TI公司為電機控制開發(fā)的TMS320F2812型DSP，它內(nèi)部集成了為電機控制應(yīng)用所需的一些外圍設(shè)備，如定時器、串行通訊接口、高速模塊(A/D)轉(zhuǎn)換器和PWM脈寬調(diào)制信號發(fā)生器等，目前采用DSP的電動機控制系統(tǒng)正在興起，而在發(fā)電機勵磁控制中正在起步。
[0003]近年來，隨著電力電子的技術(shù)的進步和計算機控制技術(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勵磁系統(tǒng)開始用于水力、火力發(fā)電機組。目前，可控硅勵磁幾乎占據(jù)全部發(fā)電機自并勵勵磁系統(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)式勵磁功率單元完全可以滿足中小型發(fā)電機的需要。IGBT是M0SFET與雙晶體二極管的復(fù)合器件，它既有M0SFET易驅(qū)動的特點，又有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點。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)體和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)電機勵磁裝置的數(shù)字化趨勢已經(jīng)母庸置疑，同時數(shù)字化也為新的控制理論在勵磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起到了關(guān)鍵的作用。發(fā)電機勵磁對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究主要集中在兩個方面:一是勵磁器件的改進，二是勵磁控制方式的的改進。
[0005]現(xiàn)有的勵磁電源存在兩個缺點:
[0006]1、常規(guī)勵磁主要器件是整流二極管或者可控硅，采用二極管時整流二極管直接給發(fā)電機勵磁時，整流二極管在電壓反向時不能快速關(guān)斷，導(dǎo)致勵磁電源輸出到發(fā)電機有很大的電壓尖峰，很容易損壞勵磁機及其內(nèi)部整流二極管；采用可控硅時，可控硅勵磁6組驅(qū)動和三相交流同步回路故障率相對較高，可控硅換相時同樣產(chǎn)生很大的尖峰電壓且勵磁容量要求較大。
[0007]2、勵磁系統(tǒng)故障是發(fā)電機故障停機和非計劃停機的主要原因之一，保證勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行意義重大。目前常規(guī)的控制方式采用數(shù)字勵磁控制的處理器主要采用微型計算機的處理器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，對控制系統(tǒng)的響應(yīng)相對慢些。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實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，提出一種電機勵磁電源控制電路。
[0009]本實用新型電機勵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斬波信號傳遞到勵磁轉(zhuǎn)接板?？刂瓢迮c交流電壓測量板連接，由電流及溫度采集板為交流電壓測量提供直流電源。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?？刂瓢迮c第一繼電器連接，由第一繼電器的一組常開觸點控制主供電回路的第二接觸器。交流電壓測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；控制板通過232串口通訊連接上位機監(jiān)控界面，控制板接收上位機開關(guān)量信號，發(fā)出驅(qū)動信號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，該三相全波整流橋為整流回路的交直流變換回路。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)動板、勵磁轉(zhuǎn)接板、NTC溫度傳感器、IGBT散熱風(fēng)機組成。IGBT驅(qū)動板與IGBT連接；勵磁轉(zhuǎn)接板與IGBT驅(qū)動板連接；NTC溫度傳感器連接在勵磁轉(zhuǎn)接板上；IGBT散熱風(fēng)機并聯(lián)在第三斷路器端口。
[0015]本實用新型的工作過程:
[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、交流電壓測量板、IGBT斬波回路的勵磁轉(zhuǎn)接板、驅(qū)動板提供直流電源。閉合主供電回路的第四斷路器，控制回路的交流電壓測量板開始采集到勵磁電源電路的交流輸入電壓，控制回路的交流電壓測量板通過排線將采集到的交流電壓信號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量板采集的交流電壓信號，通過控制板的輸出24V控制第一繼電器的線圈，使第一繼電器動作，由第一繼電器的一組常開點控制第二繼電器動作、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，將電機參數(shù)通過上位機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)電機的機端電壓，當(dāng)發(fā)電機的滅磁開關(guān)動作，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PWM波轉(zhuǎn)換成光信號，由電流采集及溫度采集板通過光纖傳遞到斬波回路的勵磁轉(zhuǎn)接板，斬波回路的勵磁轉(zhuǎn)接板將光信號轉(zhuǎn)變成PWM波電信號，由勵磁轉(zhuǎn)接板傳遞到斬波回路的IGBT驅(qū)動板，IGBT驅(qū)動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IGBT通斷時間的控制，即可控制勵磁直流電壓的幅值，勵磁直流電壓加在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組上，進而實現(xiàn)對電機勵磁電流的控制。
[0017]本實用新型具有以下特點:
[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。并且，勵磁主要器件選擇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，同時它既有M0SFET易驅(qū)動的特點，又有功率晶體管電壓、電流容量大