混合励磁同步发电机励磁控制装置

本发明涉及发电机控制，尤其是涉及一种混合励磁同步发电机励磁控制装置。

背景技术：

1、发电机励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，正常运行时供给发电机励磁电流，并根据发电机负载的变化做相应调整，以维持发电机端电压稳定在给定水平上，对发电机的运行可靠性、经济性有直接的影响。

2、发电机励磁控制系统一般由励磁功率变换单元和励磁调节器两个主要部分组成。其中励磁功率变换单元是指向同步发电机定子谐波励磁绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的控制装置。

3、相关技术中，现有的励磁功率变换单元存在多种形式，但是存在调节电压范围较窄、体积大、对励磁功率单元的保护措施不完善等问题，难以满足基于双谐波绕组的混合励磁同步发电机的励磁要求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种混合励磁同步发电机励磁控制装置。

2、根据本发明第一方面实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，其中包括：

3、整流电路、rc缓冲电路、基于全桥结构的dc/dc拓扑电路、采样电路、过流保护电路、mcu控制电路；外部的混合励磁同步发电机输出的交流电经过整流电路整流，rc缓冲电路缓冲后输送到基于全桥结构的dc/dc拓扑电路；所述采样电路的输入端连接在混合励磁同步发电机的检测点处，输出端连接mcu控制电路检测端口；所述过流保护电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，输出端连接mcu控制电路检测端口；mcu控制电路结合采样电路采集的电信号和过流保护电路的保护信号，输出全桥驱动信号；基于全桥结构的dc/dc拓扑电路经全桥驱动信号驱动后，输出励磁电流，加到混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，其中所述mcu控制电路输入端口用于检测系统电信号和保护信号，输出端口输出驱动信号；所述驱动信号主要用于驱动移相全桥；所述保护信号用于锁定驱动信号，避免系统故障。

4、根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，通过过流保护电路中电流传感器u3的输出端通过电阻rf1接地，所述电阻rf1两端电压经运算放大电路和电压跟随电路调制后，接入比较运算放大器u2的反向输入端。所述比较运算放大器u2同相输入端接入设定电压值，当反向输入端电压高于同向输入端，输出电流保护信号后，mcu控制电路相应端口触发中断响应，强制关闭全桥驱动信号，且强制为低电平。通过关断全桥四个开关管可以实现系统停机，达到过流保护的目的。在本发明实施例中通过设定系统保护电流值，当流经定子谐波绕组回路中的电流超出设定值时，无论控制信号是否有输出，强制将所有驱动信号拉低。

5、根据本发明的一些实施例，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路包括：全桥电路、电感lr、变压器t1、全波整流电路和lc滤波电路；所述全桥电路输入端与rc缓冲电路连接，所述全桥电路输出端连接电感lr后与变压器t1一次侧相连，所述变压器t1二次侧连接所述全波整流电路，所述全波整流电路连接所述lc滤波电路后接入混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路将整流电路整流后的直流电变换为混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组所需的励磁电流。

6、根据本发明的一些实施例，所述过流保护电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和比较电路；

7、所述电流信号采集电路包括电流传感器u3、电阻rf1、电容ca7；其中，电阻rf1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca7并联在电阻rf1两端；

8、所述运算放大电路包括运算放大器u1a、电阻ra1、电阻ra3、电阻ra5、电阻ra6；其中，电阻ra3一端连接运算放大器u1a的同相输入端和电阻ra1，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra1一端连接运算放大器u1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra6一端连接运算放大器u1a的反相输入端和电阻ra5，另一端连接模拟地；电阻ra5一端连接运算放大器u1a的反相输入端，另一端连接运算放大器u1a的输出端；

9、所述rc滤波电路包括电阻ra4、电容ca4；其中，电阻ra4一端连接在运算放大器u1a的输出端，另一端连接电容ca4；电容ca4的另一端连接模拟地；

10、所述电压跟随电路包含运算放大器u1b；运算放大器u1b的同相输入端连接电容ca4，反向输入端与输出端直接相连；所述比较电路包含比较运算放大器u2、电阻ra7、电阻ra8、电阻ra9、电阻ra10、电容ca10、电容ca11、电容ca12；其中，电阻ra8一端连接3.3v电源，另一端连接电阻ra10和比较运算放大器u2的同相输入端；电阻ra10另一端连接模拟地；电容ca10和电容ca11并联在电阻ra10两端；电阻ra9一端连接运算放大器u1b的输出端，另一端连接比较运算放大器u2的反相输入端和电容ca12；电容ca12另一端连接模拟地；电阻ra7一端连接3.3v电源，另一端连接比较运算放大器u2的输出端；

11、所述比较运算放大器u2的反向输入端电压高于同向输入端，输出端输出过流保护信号，所述过流保护电路用于限制混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组最大电流，防止损坏电机混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组。

12、根据本发明的一些实施例，所述采样电路包括电流采样电路，所述电流采样电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，所述电流采样电路采集混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组的电流信号；所述电流采样电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和保护电路；

13、所述电流信号采集电路包括电流传感器u5、电阻rn1和电容ca27；其中，电阻rn1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca27并联在电阻rn1两端；

14、所述运算放大电路包括运算放大器ua2a、电阻ra19、电阻ra22、电阻ra24和电阻ra25；其中，电阻ra22一端连接运算放大器ua2a的同相输入端和电阻ra19，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra19一端连接运算放大器ua2a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra24一端连接运算放大器ua2a的反相输入端和电阻ra25，另一端连接模拟地；电阻ra25一端连接运算放大器ua2a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua2a的输出端；

15、所述rc滤波电路包括电阻ra21和电容ca28；其中，电阻ra21一端连接在运算放大器ua2a的输出端，另一端连接电容ca28；电容ca28的另一端连接模拟地；

16、所述电压跟随电路包含运算放大器ua2b；运算放大器ua2b的同相输入端连接电容ca28，反向输入端与输出端直接相连；

17、所述保护电路包括电阻ra23、二极管da2和电容ca29；其中，电阻da2一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra23；电阻ra23另一端连接运算放大器ua2b的输出端；电容ca29一端连接模拟地,另一端连接二极管da2，并输出电流采集信号。

18、根据本发明的一些实施例，所述全桥电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4；其中，开关管q1～q4构成全桥电路，二极管d1和电容c1并联在开关管q1集电极和发射极两端；二极管d2和电容c2并联在开关管q2集电极和发射极两端；二极管d3和电容c3并联在开关管q3集电极和发射极两端；二极管d4和电容c4并联在开关管q4集电极和发射极两端。

19、根据本发明的一些实施例，所述全波整流电路包括电力二极管d5、电力二极管d6、电阻r2、电阻r3、电容c5、电容c6；其中电阻r2与电容c5串联后，并在电力二极管d5两端；其中电阻r3与电容c6串联后，并在电力二极管d6两端；所述lc滤波电路包括第二电感lf、电容cf；其中，第二电感lf一端连接全波整流电路，另一端连接电容cf和混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；电容cf并联在混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组两端。

20、根据本发明的一些实施例，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路构成全桥电路中的四个开关管q1～q4驱动信号由mcu控制电路输出，通过控制全桥电路两桥臂之间的移相角，调节励磁电流的大小。

21、根据本发明的一些实施例，所述rc缓冲电路在励磁控制装置启动工作时，起缓冲作用；所述rc缓冲电路在励磁控制装置稳定工作时，闭合开关s，中断缓冲作用；所述rc缓冲电路包括电阻r1、电容c0、开关s；r1的一端连接在整流电路上，一端连接在电容c0上；开关s并联在r1两端；电容c0一端连接在r1上，另一端接地。

22、根据本发明第二方面实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，所述采样电路包括电压采样电路，所述电压采样电路的输入端连接发电机电枢a相绕组，用于采集发电机电枢绕组的相电压信号；所述电压采样电路输出端连接mcu控制电路检测端口；所述电压采样电路包含电压信号采集电路、运算放大电路、电压抬升电路、电压跟随电路和保护电路；

23、所述电压信号采集电路包括电压传感器u4、电阻r01、电阻rm1和电容ca8；其中，电阻r01一端连接发电机电枢a相绕组，一端连接电压传感器u4的输入端；电压传感器u4的另一输入端连接发电机电枢中心线n线；电阻rm1一端连接电压传感器u4信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca8并联在电阻rm1两端；

24、所述运算放大电路包括运算放大器ua1a、电阻ra11、电阻ra15、电阻ra17和电阻ra18；其中，电阻ra15一端连接运算放大器ua1a的同相输入端和电阻ra11，另一端连接电压传感器u4信号输出端口；电阻ra11一端连接运算放大器ua1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra17一端连接运算放大器ua1a的反相输入端和电阻ra18，另一端连接模拟地；电阻ra18一端连接运算放大器ua1a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua1a的输出端；

25、所述电压抬升电路包括电阻ra13、电阻ra14和电容ca19；其中，电阻ra13一端连接3v标准电压,另一端连接电阻ra14和电容ca19；电阻ra14另一端连接运算放大器ua1a的输出端；电容ca19另一端连接模拟地；

26、所述电压跟随电路包含运算放大器ua1b；运算放大器ua1b的同相输入端连接电容ca19，反向输入端与输出端直接相连；

27、所述保护电路包括电阻ra16、二极管da1和电容ca20；其中，电阻da1一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra16；电阻ra16另一端连接运算放大器ua1b的输出端；电容ca20一端连接模拟地,另一端连接二极管da1，并输出电压采集信号。

28、根据本发明第三方面实施例的电机，包括上述的励磁输出控制装置对电机的励磁输出电流进行控制。

29、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。