一种用于大功率发电机的数字式电压调节器的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于大功率发电机的数字式电压调节器。


背景技术：

2.发电机需要靠增减励磁电流来保证电压的稳定，所以需要一个电压调节器来调节励磁电流的大小。电压调节器是发电机的核心自动控制部件，其主要作用就是当发电机达到额定转速时，电压调节器会自动控制发电机的输出电压，让发电机的端电压总是处于预先设定的额定值，并且具有发电机的保护功能。
3.目前国内的发电机大多采用模拟式电压调节器，其特点如下：
4.1)调整电压时，需要发电机在运转条件下手动校准电压，并且调整时面板拨码组合设置繁多，pid控制(比例微积分控制)需要手动调节，对调试人员要求较高，容易出错，需要反复确认才能完成；
5.2)输出的励磁电流和电压范围较小，一般典型的输出范围是：最大励磁电压75v,最大励磁电流3a。实际中，若需要中压六极发电机时，往往这种发电机的实际额定励磁电流和电压已经超出了模拟电压调节器的最大励磁范围，如果再继续使用模拟电压调节器，已经不能满足中压六极发电机的实际工作参数要求，电机在较高功率段运行时，经常会出现过励磁保护，然后发电机失压的情况，最终导致发电机不能正常发电和带载；
6.3)调压精度不高，发电机的稳态电压调整率和瞬态电压调整率的调节能力差，并且抗干扰能力较弱，导致发电机的参数性能得不到精准地控制和优化；
7.4)没有can总线或usb的通讯接口，不能实现远程监视和控制；
8.5)抗干扰能力差，其励磁电压输出端f+、f-需要穿过一个抗干扰滤波磁环后才能正常输出给发电机；
9.6)没有人机界面，如果出现电压调节器故障或电气不发电的情况，不易检查和判定问题所在。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种大功率发电机输出电压调节装置，它解决了模拟式调压器不能远程通信、远程监视、远程控制和远程设置参数的技术问题，使发电机的稳态和瞬态电压参数性能能够得到更进一步的提升和控制，并且还可以查询历史故障记录，提高了发电机故障判定的准确性和效率，所有的远程操作和控制极大地降低了操作人员的安全风险。
11.本实用新型的目的是这样实现的：一种大功率发电机输出电压调节装置，包括三相交流发电机、数字式电压调节器和永磁发电机；
12.所述数字式电压调节器包括外壳和设在外壳的正面的usb接口和人机界面，外壳的背面设置25针插孔、快接弹簧式端子、发电机主要控制端子和公共接地端gnd；所述快接弹簧式端子上设有发电机电流检测信号输入端ib1、ib2，辅助输入端au+、au-，开关量输出
端子no、com、nc，数字量输入接口，以及can总线接口；数字量输入接口包括控制发电机电压上升的输入端up、控制发电机电压下降的输入端dn、控制下垂开闭的输入端drp、控制励磁开闭的输入端exc、控制无功和功率因数的输入端qpf和数字量接地端dg；所述发电机主要控制端子上设有发电机电压检测信号输入端e1、e2、e3，电源输入端3、4，数字式电压调节器输出端子f+、f-；
13.所述发电机电压检测信号输入端e1、e2、e3一一对应地与发电机的三相绕组的引出线u、v、w连接；数字式电压调节器输出端子f+、f-与发电机的励磁绕组输入端连接；所述电源输入端3、4与永磁发电机的输出端连接；所述辅助输入端au+、au-连接
±
3vdc模拟量或4～20ma模拟量；所述发电机电流检测信号输入端ib1、ib2一一对应地与发电机的b相电流互感器的两端连接；所述控制发电机电压上升的输入端up连接发电机电压上升自复位开关；所述控制发电机电压下降的输入端dn连接发电机电压下降自复位开关；所述控制下垂开闭的输入端drp连接下垂开闭转换开关；所述控制励磁开闭的输入端exc连接励磁开闭转换开关；所述控制无功和功率因数的输入端qpf连接一无功和功率因数转换开关；所述发电机电压上升自复位开关、发电机电压下降自复位开关、下垂开闭转换开关、励磁开闭转换开关和无功和功率因数转换开关的另一端与所述数字量接地端dg连接；
14.所述25针插孔与安装在靠近发电机的驱动端的三相绕组中的温度传感器rtd1、rtd2、rtd3、安装在发电机的驱动端轴承中的温度传感器rtd4、安装在靠近发电机的非驱动端的三相绕组中的温度传感器rtd5、rtd6、rtd7、安装在发电机的非驱动端轴承中的温度传感器rtd8连接。
15.上述的大功率发电机输出电压调节装置，其中，所述人机界面上设有select按键、up按键、down按键、enter按键。
16.本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置具有以下特点：
17.1)发电机在静止(待机且未运行)状态下，只需要一条usb数据线就可以从pc端一键刷入设置的参数。基于电脑的设定，参数输入方便，批量写入参数的准确性高，写入速度快；
18.2)其输出励磁范围较宽，达到100v、4a，可以完美解决和满足现有所有功率段发电机的实际工况和现场应用；
19.3)控制精度高，若发电机本体设计突加突卸负载能力不足时，可以通过数字式电压调节器的精准参数调节，辅助提高或改善发电机稳态和瞬态电压调整率的性能参数；
20.4)集成了can总线接口和usb接口，为终端用户的使用带来远程操作和监控的便利；比如一台高压发电机运转时，其输出的电压可以到13800v，带载噪音可达120分贝，远程操作和监控可以大大改善操作者的噪音危害，同时可以降低高压触电的安全风险；
21.5)内部已经具有抗干扰和滤波的功能，所以不再使用外接磁环，让外围线路简化、省掉了安装磁环的工序和流程，提高了调节器的安装效率；
22.6)具有完善的人机界面，如果发电机出现发电故障，一方面人机界面有led故障代码显示，通过对照故障代码表就可以马上知道故障内容；另一方面，即使不去看人机界面，也可以通过远程报警信息、日志记录来准确判定故障情况，大大减小了发电机故障的诊断难度。
附图说明
23.图1是本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置中数字式电压调节器的正面图；
24.图2是本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置中的数字式电压调节器的背面图；
25.图3是本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置的电路原理图；
26.图4是本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置中的数字式电压调节器与发电机8路rtd温度传感器的接线图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
28.请参阅图1至图4，本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置，包括三相交流发电机100、数字式电压调节器200和永磁发电机300。
29.数字式电压调节器200包括外壳20和设在外壳20的正面的usb接口21和人机界面22，外壳20的背面设置25针插孔23、快接弹簧式端子24、发电机主要控制端子25和公共接地端26；快接弹簧式端子24上设有发电机电流检测信号输入端ib1、ib2，辅助输入端au+、au-，开关量输出端子no、com、nc，数字量输入接口，以及can总线接口；数字量输入接口包括控制发电机电压上升的输入端up、控制发电机电压下降的输入端dn、控制下垂开闭的输入端drp、控制励磁开闭的输入端exc、控制无功和功率因数的输入端qpf和数字量接地端dg；发电机主要控制端子25上设有发电机电压检测信号输入端e1、e2、e3，电源输入端3、4，以及数字式电压调节器输出端子f+、f-。
30.发电机电压检测信号输入端e1、e2、e3一一对应地与发电机100的三相绕组u、v、w的引出线连接，用于检测发电机的三相电压；
31.数字式电压调节器输出端子f+、f-与发电机100的励磁绕组101输入端连接，控制发电机的励磁机磁场强度；
32.电源输入端3、4与永磁发电机300的电压输出端连接，使永磁发电机300向数字式电压调节器200供电；
33.辅助输入端au+、au-连接
±
3vdc模拟量或4～20ma模拟量；
34.发电机电流检测信号输入端ib1、ib2一一对应地与发电机的b相电流互感器102的两端连接；
35.控制发电机电压上升的输入端up连接一发电机电压上升自复位开关32；
36.控制发电机电压下降的输入端dn连接一发电机电压下降自复位开关31；
37.控制下垂开闭的输入端drp连接一下垂开闭转换开关34；
38.控制励磁开闭的输入端exc连接一励磁开闭转换开关33；
39.控制无功和功率因数的输入端qpf连接一无功和功率因数转换开关35。
40.发电机电压上升自复位开关32、发电机电压下降自复位开关31、下垂开闭转换开关34、励磁开闭转换开关33和无功和功率因数转换开关35的另一端与数字量接地端dg连接；
41.25针插孔23与安装在靠近发电机100的驱动端的三相绕组u、v、w中的温度传感器
rtd1、rtd2、rtd3、安装在发电机100的驱动端轴承de中的温度传感器rtd4、安装在靠近发电机的非驱动端的三相绕组u、v、w中的温度传感器rtd5、rtd6、rtd7、安装在发电机100的非驱动端轴承ode中的温度传感器rtd8连接，可实现发电机100内部所有温度的监控。
42.usb接口21用于远程通讯和参数设置，也可以用于远程信息监视、监控、历史记录导出口，当前故障显示等；
43.人机界面22显示发电机100的运行状态、一般故障和严重故障代码、关键参数的手动应急修改或校准；人机界面22上设有select按键、up按键、down按键、enter按键；人机界面22上的select按键引导用户通过菜单列表中编辑参数，在edit模式下，它也作为一个退出键；up按键用于增大参数；down按键用于减小参数；enter按键存储了被调整参数的当前值，并返回到主菜单列表。
44.本实用新型的大功率发电机输出电压调节装置的工作原理是：操作者根据当前发电机的额定电压，在数字式电压调节器200中的人机界面22上预置一个电压值；当发电机100在额定转速下运转时，此时数字电压调节器200自动将发电机100的电压调整到预置的电压值。当操作者认为当前的电压略偏高或偏低时，可以通过发电机电压上升自复位开关32或发电机电压下降自复位开关31接入到数字量输入接口的控制发电机电压上升的输入端up或控制发电机电压下降的输入端dn来精准地调节发电机100的电压上升或下降，直到操作者认为当前的电压值能满足测试要求为止。当然电压精准调节也可以通过人机界面22上的up按键和down按键来实现，还可以通过外部接入的4～20ma模拟量或
±
3vdc模拟量来调节发电机100的端电压。采用外部接入
±
3vdc模拟量来调节发电机的端电压时：当输入0v时，发电机的端电压保持un不变；当输入+3vdc时，发电机的端电压上升到un
×
130％；当输入-1vdc时，发电机的端电压下降到un
×
90％；当输入-3vdc时，发电机的端电压下降到un
×
70％；
45.采用外部接入4～20ma模拟量来调节发电机的端电压时：输入4～20ma的中间值12ma时，发电机的端电压保持un不变，输入大于12ma时，发电机的端电压上升，输入小于12ma时，发电机的端电压下降。
46.另外，外部接入4～20ma模拟量或
±
3vdc模拟量来调节发电机的端电压的方式，尤其能使用在多台发电机并网的系统控制中，能使多台发电机的端电压实现自动电压控制，并实时跟随，时刻保持并网中多台发电机电压的一致性，从而避免了多台机并网中逆功的产生。
47.当励磁开闭转换开关33打开时，励磁功能处于激活状态；当励磁开闭转换开关33闭合时，励磁功能处于关断状态(灭磁)。
48.当下垂开闭转换开关34打开时，下垂功能处于激活状态，此时当发电机100带上感性负载时，随着负载的逐步增加，端电压会随着下垂量逐步下降；当下垂开闭转换开关34闭合时，下垂功能处于关断状态，此时发电机100的端电压不会跟随负载的增加而下降，会保持一个恒定值。
49.当无功和功率因数转换开关35打开时，无功控制和功率因数控制功能处于激活状态；当无功和功率因数转换开关35闭合时，无功控制和功率因数控制功能关闭。
50.25针插孔23采集8个通道的温度传感器信号(一般为pt100传感器信号)，并且能通过电脑读取8路具体的温度值。can总线接口允许将电压调节器集成为can网络，方便用户端
的上位机采集数据。usb接口21可以使用t型usb电缆和电脑连接进行通讯，目的是能通过使用电脑详细设置数字式电压调节器200的内部参数、远程控制以及数据监视、故障记录读取和导出等。
51.开关量输出端子no、com、nc用于远程输出报警或远程控制。
52.本实用新型的用于大功率发电机的数字式电压调节器，能自动调节发电机的端电压、自动检测发电机的三相电压、三相电流、频率、励磁电流、励磁电压，可以检测发电机的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，还可以检测发电机的转速、辅助输入参数等。当发电机发生超压、低压、过频、低频、过励磁、超速、检测信号丢失等故障信号时，系统就会输出一个一般故障报警或严重故障报警，来进行自我保护。当发生严重故障时，系统会自动切断发电机的励磁信号，来保护发电机。该数字式电压调节器还可以通过电脑来监控运行状态、检测各项显示参数、自动记录故障记录、读取历史日志和导出一般或严重故障记录等。还可以通过电脑对数字式电压调节器的pid精确校准、可以对数字式电压调节器内部的发电机各项参数进行详细设置或校准等。
53.本实用新型的用于大功率发电机的数字式电压调节器，其模块化的结构、体积小、安装便捷、可以在电脑终端设备上实现远程监测和控制，并且该数字电压调节器外围接线简单，电气线路检查方便等优点，尤其是其控制自动化程度和控制精度高，大量应用在500kw及以上的中大功率发电机，非常适合在一些无人值守、自动化要求比较高的场所。
54.以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。