一种电机励磁电源控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种为电机提供直流励磁电源的控制电路。
【背景技术】
[0002]励磁电源对发电机及电力系统的安全稳定运行起到十分重要的作用，励磁调节控制是励磁系统的核心部分。发电机励磁控制从控制信号上分为模拟控制、数字控制和模拟加数字混合控制。由于数字控制方式的技术和性能的逐渐成熟和稳定，数字励磁控制在新、旧发电厂正逐步取代有模拟控制方式的励磁调节。近几年数字信号处理器DSP在控制领域的使用发展很快，它具有运行速度快、开发环境优良和高性价比等特点。特别是TI公司为电机控制开发的TMS320F2812型DSP，它内部集成了为电机控制应用所需的一些外围设备，如定时器、串行通讯接口、高速模块(A/D)转换器和PWM脉宽调制信号发生器等，目前采用DSP的电动机控制系统正在兴起，而在发电机励磁控制中正在起步。
[0003]近年来，随着电力电子的技术的进步和计算机控制技术的发展，采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为功率器件的微机励磁系统开始用于水力、火力发电机组。目前，可控硅励磁几乎占据全部发电机自并励励磁系统的应用领域，但是随着大电流高电压IGBT的出现，用IGBT构成大功率开关式励磁功率单元完全可以满足中小型发电机的需要。IGBT是M0SFET与双晶体二极管的复合器件，它既有M0SFET易驱动的特点，又有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于M0SFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占有主导地位。
[0004]随着半导体和计算机技术的快速发展，发电机励磁装置的数字化趋势已经母庸置疑，同时数字化也为新的控制理论在励磁控制系统中的应用起到了关键的作用。发电机励磁对提高电力系统的稳定性研究主要集中在两个方面:一是励磁器件的改进，二是励磁控制方式的的改进。
[0005]现有的励磁电源存在两个缺点:
[0006]1、常规励磁主要器件是整流二极管或者可控硅，采用二极管时整流二极管直接给发电机励磁时，整流二极管在电压反向时不能快速关断，导致励磁电源输出到发电机有很大的电压尖峰，很容易损坏励磁机及其内部整流二极管；采用可控硅时，可控硅励磁6组驱动和三相交流同步回路故障率相对较高，可控硅换相时同样产生很大的尖峰电压且励磁容量要求较大。
[0007]2、励磁系统故障是发电机故障停机和非计划停机的主要原因之一，保证励磁系统稳定可靠的运行意义重大。目前常规的控制方式采用数字励磁控制的处理器主要采用微型计算机的处理器CPU或者微处理器MCU。前者系统较复杂，成本较高，后者的处理速度较慢，对控制系统的响应相对慢些。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是克服现有电压尖峰大、系统复杂、处理速度慢等技术缺点，提出一种电机励磁电源控制电路。
[0009]本实用新型电机励磁电源控制电路包括控制回路、主供电回路、整流回路和IGBT斩波回路。
[0010]控制回路分别连接主供电回路、整流回路和IGBT斩波回路。所述的控制回路控制主供电回路的接触器的吸合，通过RS232串口通讯连接到上位机监控界面；主供电回路将外接AC400V电压传递给整流电路，整流电路将交流电压转化为直流电压输出供给IGBT斩波回路。
[0011]主供电回路由第一断路器、第二接触器、第三断路器、第四断路器和电源模块组成。所述第一断路器和第二接触器串联组成控制整流回路的400VAC交流电源回路。第三断路器的上端口并联在第二接触器的下端口，第三断路器的下端口与电源模块的输入端连接，电源模块的输出端与控制回路连接，第三断路器和电源模块组成控制回路的供电回路。第四断路器的上端口与第一断路器的下端口并联，第四接触器的下端口与控制回路连接，第四接触器是控制回路的交流输入电压的接触器。
[0012]控制回路由电流及温度采集板、控制板、交流电压测量板、第一电流互感器、第一继电器组成。电流及温度采集板与主供电回路电源模块的输出端连接，组成控制回路的电源回路。电流采集及温度采集板与控制板连接，由电流及温度采集板为控制板提供直流电源。电流及温度采集板与IGBT斩波回路的励磁转接板连接，将电流及温度采集板发出的PWM斩波信号传递到励磁转接板。控制板与交流电压测量板连接，由电流及温度采集板为交流电压测量提供直流电源。控制板与第一电流互感器连接，采集第一电流互感器的电流信号。控制板与第一继电器连接，由第一继电器的一组常开触点控制主供电回路的第二接触器。交流电压测量板与主供电回路的第四接触器连接采集交流输入的电压信号；控制板通过232串口通讯连接上位机监控界面，控制板接收上位机开关量信号，发出驱动信号控制电流及温度采集板输出24V电压，控制第一继电器线圈，第一继电器的一组常开触点控制主供电回路第二接触器线圈，控制主供电回路第二接触器的断开吸合。主供电回路的电源模块与控制回路的电流及温度采集板连接，向控制回路供电。交流电压测量板采集控制回路的电压；第一电流互感器和电流及温度采集板连接，采集控制回路的电流。
[0013]整流回路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容组成；第一二极管、第二二极管、第三二极管组成三相全波整流桥，该三相全波整流桥为整流回路的交直流变换回路。第一电容、第二电容、第三电容并联在三相整流桥的直流端，组成整流回路的直流母线支撑回路。
[0014]IGBT斩波回路由IGBT及IGBT驱动板、励磁转接板、NTC温度传感器、IGBT散热风机组成。IGBT驱动板与IGBT连接；励磁转接板与IGBT驱动板连接；NTC温度传感器连接在励磁转接板上；IGBT散热风机并联在第三断路器端口。
[0015]本实用新型的工作过程:
[0016]闭合主供电回路的第一断路器、第三断路器，主供电回路的电源模块开始正常工作，为控制回路的电流采集及温度采集板、控制板、交流电压测量板、IGBT斩波回路的励磁转接板、驱动板提供直流电源。闭合主供电回路的第四断路器，控制回路的交流电压测量板开始采集到励磁电源电路的交流输入电压，控制回路的交流电压测量板通过排线将采集到的交流电压信号传递到控制回路的控制板，控制回路的控制板接收到交流电压测量板采集的交流电压信号，通过控制板的输出24V控制第一继电器的线圈，使第一继电器动作，由第一继电器的一组常开点控制第二继电器动作、第二继电器吸合后，整流回路得到400VAC交流电，开始工作；整流回路通过由第一二极管、第二二极管、第三二极管组成的三相全波整流桥将400VAC的交流电整流成直流，并由并联在三相整流桥直流端的第一电容、第二电容、第三电容支撑整流回路的母线电压，斩波回路开始工作，将电机参数通过上位机输入到控制回路的控制板中。控制回路的DSP采用电压调节的方式调节发电机的机端电压，当发电机的灭磁开关动作，控制回路的DSP发出PWM波，由控制板的X6端子通过排线传递到电流采集及温度采集板的X6端子，由电流采集及温度采集板对PWM波转换成光信号，由电流采集及温度采集板通过光纤传递到斩波回路的励磁转接板，斩波回路的励磁转接板将光信号转变成PWM波电信号，由励磁转接板传递到斩波回路的IGBT驱动板，IGBT驱动板接收到由控制回路的控制板发出的PWM波，开始控制IGBT的通断，将整流回路的直流母线斩成不同幅值和频率的直流电压，通过PWM波对IGBT通断时间的控制，即可控制励磁直流电压的幅值，励磁直流电压加在发电机的转子绕组上，进而实现对电机励磁电流的控制。
[0017]本实用新型具有以下特点:
[0018]1、硬件电路接线简单，省去了传统的可控硅功率单元所需的同步要求，因而使得系统的可靠性高、控制简单、易于维护。并且，励磁主要器件选择IGBT作为整流回路中的整流器件，IGBT只有二极管，不存在换相产生的尖峰电压，同时它既有M0SFET易驱动的特点，又有功率晶体管电压、电流容量大