专利名称：一种用于发电机的自动电压调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于发电机的正弦调节的发电机自动电压调节器。
背景技术：
发电机普遍采用AVR(Automatic Voltage Regulator,自动电压调节器)调节输出 电压的高低并通过调节使输出交流电压稳定在一定范围内。 在现有发电机中，发电机通过这种AVR来调节励磁绕组的励磁电流，从而调节了 发电机的磁场强度，进而调节输出电压的高低。 现有AVR可以称为"峰值调节的AVR"，其原理是，对取样交流电压进行整流滤波 后，得到一个与峰值成比例的直流电压信号，将该电压与参考直流电压进行比较，控制励磁 P丽(Pulse Width Modulation,脉宽调制)的占空比，这样励磁电流就随着输出电压的高低 变化而变化，使输出电压相对稳定。 其比较器的输入特征是交流电压基准参考信号和交流电压采样信号均为直流信 号。 现有AVR有以下缺陷 1.对波形的畸变不进行识别，其控制目标是维持输出电压的峰值稳定。对输出电 压的畸变不进行控制与纠正。波形畸变限制了发电机的使用范围。 2.其对信号的采样方法是采用整流并采用惯性滤波器滤波的方式，仅能检测出与 输出电压的峰值成比例的信号。
采样电路的函数形式是
Vc = k*Vam Vc是采样电路输出的信号，Vam是输出电压的峰值，k是分压常数。 由于采样电路的输出只与发电机输出电压的峰值有关，所以它不能识别输出电压
的畸变。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种正弦调节的AVR，可实现输出电压的全波 正弦控制，改善输出电压波形，减少输出电压的波形畸变。 本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种正弦调节的发电机自动电压调节 器，主要包括高保真交流瞬态信号采样器、同步信号发生器、正弦参考电压信号源、励磁调 节器和励磁驱动电路。其中，交流瞬态信号采样器实时采样发电机的输出电压，得到能够反 映输出交流电压波形变化的实时电压信号，并分别输入到同步信号发生器和励磁调节器； 同步信号发生器根据所述高保真交流瞬态信号采样器的输出，产生同步信号，并供给所述 的正弦参考电压信号源；正弦参考电压信号源产生正弦参考电压基准，正弦参考电压信号 源的相位和周期均与发电机输出的电压信号一致，其幅度在任意角度内符合正弦规律；所 述励磁调节器根据接收的高保真交流瞬态信号采样器的输出和正弦参考电压信号源的输出调节励磁电流；所述励磁驱动电路根据所述励磁调节器的输出进行驱动。 进一步，所述正弦调节的发电机自动电压调节器，其高保真交流瞬态信号采样器
的输出信号和正弦参考电压信号源的输出信号均为交流信号。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，其高保真交流瞬态信号采样 器对输出电压采样时，可以采用变压器转换、光电隔离变换、差分放大器转换将高压交流信 号不失真的转换为控制系统可以使用的低电压信号。输出采样信号的零点可以为系统参考 地电压，输出正负极性的电压信号或将负半周信号转换为正极性，或将交流采样信号的零 点偏置在1/2系统电压上。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，其励磁调节器采用比较方式 对励磁开关管进行开通与关断的控制，或者是进行导通角的控制，或者进行P丽占空比的 控制。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，其励磁调节器可以采用PI调 节加比较器的方式采用硬件电路实现，也可以使用单片机或DSP对基准信号和采样信号进 行AD采样后，采用软件进行PI调节。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，其同步信号发生器输出的同 步信号包括相位控制信号和周期控制信号。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，其正弦参考电压信号源和励 磁调节器可集成在作为控制芯片的高速CPU中。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，上述的高速CPU集成有作为 正弦参考电压信号源的P丽电路及作为励磁调节器的比较器。 进一步，所述的正弦调节的发电机自动电压调节器，其还包括智能化控制部分，所 述的智能化控制部分包括输出电流限制部分和漏电保护部分以及发电机状态显示部分。
本发明的用于发电机的自动电压调节器实现了对输出电压的波形和幅度的控制， 其输出的电压波形畸变大大得到改善。
图1为本发明正弦调节AVR的基本结构框图； 图2为本发明中高保真交流瞬态信号采样器的三种输出信号图； 图3为本发明发电机的正弦调节AVR的框图； 图4为本发明中高保真瞬态信号采样器的原理电路具体实施例方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。 实施例l，如图1所示的本发明正弦调节AVR的基本结构框图，高保真交流瞬态信 号采样器实时采样发电机的输出电压，得到能够反映输出交流电压波形变化的实时电压信 号，这种高保真交流瞬态信号采样器具有很好的实时性，对信号的延时仅有几个微秒。设计 一种与输出电压相位一致的"正弦参考电压信号源"，其相位和周期均与发电机输出的电压 信号一致，其幅度在任意角度内符合正弦规律；同步信号发生器根据前述交流瞬态信号采样器的输出，产生相位控制信号和周期控制信号，这些信号供给前述的正弦参考电压信号 源；励磁调节器的输入信号包括前述的高保真交流瞬态信号采样器的输出和正弦参考电压 信号源的输出，该两个输入信号均为交流信号，但零点与极性则按照正弦参考电压信号源 和励磁调节器的需要可以进行转换。如果正弦参考电压信号源和励磁调节器设计为正负电 源供电条件下工作，则零点可以为零，正负极性可以是正电压信号和负电压信号。如果正 弦参考电压信号源和励磁调节器设计为单电压供电条件下工作，则对应输出电压的正负半 周，采样器的输出信号需要对负半周的负信号进行倒相，形成统一的正极性信号。而如果使 用AD转换器来处理这些信号，则必须使用正极性信号，零点可以为零电平，也可以是对信 号变化范围定标后选择的某一正电平。励磁调节器采用比较方式对励磁开关管进行开通与 关断的控制，或者是进行导通角的控制，或者进行P丽占空比的控制，进而控制励磁电流的 大小。这种励磁调节电路，其调节速度快，对输出畸变可以及时纠正，因为在任意时刻，其输 入的高保真交流瞬态信号采样器的输出是无延时的，而且其输入的正弦参考电压信号都按 照正弦规律建立了参考基准，所以在任意时刻，励磁调节电路都具备按照正弦规律实时调 节的条件并实现了实时调节。 当在任意时刻都按照正弦规律进行调节时，本发明的正弦调节AVR就实现了对输 出电压的波形和幅度的控制，其输出的电压波形畸变大大得到改善。 高保真交流瞬态信号采样器对输出电压采样，将高压交流信号不失真的转换为控 制系统可以使用的低电压信号。可以采用变压器转换，可以采用光电隔离变换，可以采用差 分放大器转换。输出采样信号的零点可以为系统参考地电压，输出正负极性的电压信号或 将负半周信号转换为正极性；也可以将交流采样信号的零点偏置在1/2系统电压上。
以上三种输出信号简单表示为图2的A、B、C。 正弦参考电压信号源产生与输出电压同相同周期的正弦参考电压信号。本发明中 采用P丽方式生成正弦参考电压信号。 励磁调节器可以采用PI调节加比较器的方式采用硬件电路实现，也可以使用单 片机或DSP对基准信号和采样信号进行AD采样后，采用软件进行PI调节。在任意时刻， 当输出电压低于额定幅值时，控制器增加励磁，使输出电压上升。当输出电压高于额定幅 值时，控制电路减少励磁。通过对输出电压的瞬态控制，达到对输出电压全波正弦调节的目 的。 实施例2，如图3所示，本发明发电机的正弦调节AVR的框图。图中，上半部分表示 了本分明的核心部分。其他部分增加了发电机的智能化控制的功能。 高保真瞬态信号采样器的特征在于，其输入是发电机输出的交流电压，其输出是 如前述的图2中的波形B的信号。其原理电路如图4所示，图中的特征在于输入的高压经 过R42、 R48后，经过D13、 D14整流后，送到差分电压放大器IC1，实现单电压运放对交流信 号的检测，从R51输出无失真和延迟的小信号的交流采样信号。
差分放大器的信号还送到比较器IC2，产生过零同步信号。 本发明采用了一个高速CPU作为控制芯片。同步信号被送到该CPU，CPU根据该同 步信号，控制正弦参考电压信号源的相位和周期，其产生的信号源并不仅仅是在过零点与 输出电压同步，而是在任意时刻和角度均与发电机的输出电压同步。当发电机输出频率波 动时，CPU会控制正弦参考电压信号源进行随动响应。
正弦参考电压信号源采用P丽方式由CPU中集成的P丽电路完成。其特征在于输 出0-180度和180-360度一样的单极性正弦波，波形如图2的B波形，其特征还在于其相位 和周期均与输出电压同步。 励磁调节器也有CPU集成的比较器完成。由于采样信号和基准信号均采用图2中 的B形式，因此其在任意角度的正弦控制规律是一样的。其实现也可以通过CPU的比较计 算来实现。其特征在于输入的两个信号均为相位和周期同步的交流信号，从而实现正弦调 节。 增加的智能化控制包括输出电流限制和漏电保护以及发电机状态显示。 当发电机输出电流超过额定值时，通过减少励磁来限制输出电流。 当发电机机壳带电时，通过关断励磁来实现保护，同时显示故障。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，包括高保真交流瞬态信号采样器、同步信号发生器、正弦参考电压信号源、励磁调节器和励磁驱动电路，其中，所述高保真交流瞬态信号采样器实时采样发电机的输出电压，得到能够反映输出交流电压波形变化的实时电压信号，并分别输入到所述同步信号发生器和所述励磁调节器；所述同步信号发生器根据所述高保真交流瞬态信号采样器的输出，产生同步信号，并供给所述的正弦参考电压信号源；所述正弦参考电压信号源产生正弦参考电压基准，正弦参考电压信号源的相位和周期均与发电机输出的电压信号一致，其幅度在任意角度内符合正弦规律；所述励磁调节器根据接收的高保真交流瞬态信号采样器的输出和正弦参考电压信号源的输出调节励磁电流；所述励磁驱动电路根据所述励磁调节器的输出进行驱动。
2. 根据权利要求1所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述高保真交 流瞬态信号采样器的输出信号和正弦参考电压信号源的输出信号均为交流信号。
3. 根据权利要求1或2所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述高保真 交流瞬态信号采样器对输出电压采样时，采用变压器转换或者光电隔离变换或者差分放大 器转换将高压交流信号不失真的转换为控制系统使用的低电压信号。
4. 根据权利要求3所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述高保真交 流瞬态信号采样器输出采样信号的零点为系统参考地电压，输出正负极性的电压信号或将 负半周信号转换为正极性，或将交流采样信号的零点偏置在1/2系统电压上。
5 根据权利要求1所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述的励磁调 节器采用比较方式对励磁开关管进行开通与关断的控制，或者是进行导通角的控制，或者 进行P丽占空比的控制。
6. 根据权利要求1所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述的励磁调 节器采用PI调节加比较器的方式采用硬件电路实现，或者使用单片机或DSP对基准信号和 采样信号进行AD采样后，采用软件进行PI调节。
7. 根据权利要求1所述的用于的自动电压调节器，其特征在于，所述同步信号发生器 输出的同步信号包括相位控制信号和周期控制信号。
8. 根据权利要求1所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述正弦参考 电压信号源和励磁调节器集成在作为控制芯片的高速CPU中。
9 根据权利要求8所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，所述高速CPU集 成有作为正弦参考电压信号源的P丽电路及作为励磁调节器的比较器。
10. 根据权利要求1所述的用于发电机的自动电压调节器，其特征在于，还包括智能化 控制部分，所述的智能化控制部分包括输出电流限制部分和漏电保护部分以及发电机状态 显示部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于发电机的自动电压调节器，包括高保真交流瞬态信号采样器、同步信号发生器、正弦参考电压信号源、励磁调节器和励磁驱动电路，其中，高保真交流瞬态信号采样器实时采样发电机的输出电压，得到能够反映输出交流电压波形变化的实时电压信号，并分别输入到同步信号发生器和励磁调节器；同步信号发生器根据所述高保真交流瞬态信号采样器的输出，产生同步信号，并供给所述的正弦参考电压信号源；正弦参考电压信号源产生正弦参考电压基准；励磁调节器根据接收的高保真交流瞬态信号采样器的输出和正弦参考电压信号源的输出调节励磁电流；励磁驱动电路根据所述励磁调节器的输出进行驱动。本发明用于发电机的自动电压调节器实现了对输出电压的波形和幅度的控制，其输出的电压波形畸变大大得到改善。
文档编号H02P9/26GK101707468SQ20091022409
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者黄金亮 申请人:黄金亮