（电力电子与电力传动专业论文）数字励磁电压调节器及其动态性能的研究.pdf

t h er e s e a r c ho fd i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g er e g u l a t o ra n di t s d y n a m i cc a p a b i l i t y a b s t r a c t 1 1 1 ep a p e rh a sd e s i g n e dak i n do f d i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g er e g u l a t o rt h a ti sb a s e d o nt h ec h i po f t m $ 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p , a n dh a sd e b u g g e di t t h ed i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g er e g u l a t o rh a sa d o p t e dt h ec o m p o u n dm e t h o da s “t h e b i gd i s t u r b a n c e t h e s m a l ld e v i a t i o n ”t oc o n t r o le x c i t a t i o n t h er e s u l to f e m u l a t i o nh a ss h o w e du st h a ti t sc a p a b i l i t yi sb e t t e rt h a nt h a to fp u r ep i dc o n t r o l m e t h o d t h ed i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g er e g u l a t o rh a ss i m p l ea n dr e l i a b l eh a r d w a r ec i r c u i t ， a n di th a sc r e a t i v es o m e t h i n gi nt h em e a s u r e m e n to fe l e c t r i cc i r c u i ta n dt h e c a l c u l a t i o n m e t h o do fe l e c t r i cq u a n t i t y t h ee l e c t r i cq u a n t i t yt h a tt h em e a s u r e m e n t h a r d w a r ec i r c u i th a sm e a s u r e da r em o r eo v e r a l l i th a sn o to n l ym e a s u r e dg e n e r a t i n g l i n el i n e v o l t a g e ，l i n e c u r r e n ta n df r e q u e n c y ，b u ta l s oe x c i t a t i o nc u r r e n t t h ea c m e a s u r e m e n tm e t h o di su s e di nt h em e a s u r e m e n tc i r c u i t a n dt h ec a l c u l a t i o nm e t h o d o fm o m e n t a r ye l e c t r i cq u a n t i t yi su s e di nt h es o f t w a r e s o w ec a ng e tt ok n o w 山e v a l u eo fm o m e n t a r yl i n e v o l t a g ea n dl i n e - c u r r e n t i fw eh a v en o t h i n gr e m a i n sb u tt o c o l l e c ta n dm e a s u r eo n ep o i n t t h es o f t w a r ei sa l le d i t e db yc o m p i l a t i o n ，a n di tr a i s e t h ee m c i e n c y t h e n ，i tc a nb eb e t c e rt oc o n t r o le x c i t a t i o nc u r r e n tr e a l t i m e l ya n dr a i s et h e s t a b i l i t yo fg e n e r a t o rv o l t a g et h a te x c i t a t i o nc u r r e n ti sm e a s u r e d ，f u r t h e r m o r e ，t h e h a r d w a r ec i r c u i tf u n c t i o no ft h ed i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g er e g u l a t o rt h a tt h ep a p e rh a s d e s i g n e di sm o r ec o m p l e t e ，t h ep r o b l e mo fr a i s ee x c i t a t i o no fg e n e r a t o ri sa l s o c o n s i d e r e d i nt h ee n d ，t h ew h o l es y s t e mi st e s t e d ，i th a sb e e np r o v e df r o mt h ee x p e r i m e n t r e s u l t st h a tt h ef u n c t i o no fv o l t a g ea d j u s t m e n to ft h e d i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g e r e g u l a t o rt h a tt h ep a p e rh a sd e s i g n e dh a ss u c c e s s f u l l ym e tt h e r e q u i r e m e n ta n d i m p r o v e dt h eq u a l i t yf o rt h ep o w e rs u p p l y a n di tc a r lb eu s e di nt h es y n c h r o n o u s g e n e r a t o re x c i t a t i o nc o n t r o l l i n gs y s t e m w r i t t e nb y ：z h e n y un i e ( p o w e re l e c t r o n i c s ) d i r e c t e db y ：s h a o g a n gh u a n g ( p r o f , ) k e yw o r d ：d i g i t a le x c i t a t i o nv o l t a g er e g u l a t o r ，e x c i t a f i o n v o l t a g ed y n a m i cc a p a b h i t y ，d s pc o n t r o l l e r 独创性声明 ，f 7 9 0 0 7 0 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌土学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者虢骖寺签字嘶胪年( ，月慨 ； 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 壹墨叁鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权南昌土学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 地一 f d 一 b 一 a ，因此a 2 是工作的。运用r 5 而不用二极管的作用是使互 感器二次线圈的电流不通过二极管而直接通过小电阻，这是因为通过二极管时将产生 0 6 v 的压降，这样会对电压的计算产生较大影响，而通过小电阻产生的平均压降不超 过4 m v 。由此可见小电阻的分流作用极小，电阻r 5 和r 6 的阻值不能选的太小，太小 则会产生较大的分流效应，般选择l l 欧姆。同理，当b 点电位高于a 点时，其工 作原理也是类似的。因此无论a ，b 点的电位谁高谁低，只要适当的选择电阻r l ，r 3 的参数，其输出电压u ，u ，都是符合a d 转换要求的正电压，由于每个时刻必有一个 通道的a d 转换值为零，因此实际的正负可以由转换通道的不同而加以判断，具体的 做法是将从正通道( 即电参量为正时导通的通道) a d 转换出来的数据直接存入存储器 单元中，丽从负通道得出的数据取反后存入存储器单元中。 本电路所采用的运算放大器l m 3 2 4 为四片集成，其d i p 封装如图3 9 所示 南昌大学硕士学位论文 鹱 3 2 2 频率检测电路 在励磁调节器中交流电量的频率检测是非常重要的，因为当频率发生变化时，例 如减小，也就是原动机的转速减慢，如果没有频率检测以及励磁限制措施，励磁调节 器为了维持机端电压的恒定就会不断增加励磁电流，使其达到危险值。此外检测频率 值也就是检测转子转速值，它可以实时监控转子转速的变化信息，有利于励磁调节器 性能的提高。 本课题采用的频率检测电路如图3 1 0 所示： 输出至d s p 的c a p 4 口 图3 一l o 励磁调节器频率检测图 频率检测电路的交流输入量取自线电压“。经预处理电路后的输出量，即图3 - 8 中的e 点电压。这样通过本电路就能产生d s p 捕捉口所需的上升沿，电压比较器采用 的是l m 3 9 3 ，为两片集成封装如图所示： 南昌大学硕士学位论文 d d r a n d np a c k a g e s n o n i n v e r t i n 0i n p u t8 图3 1 1电压比较器l m 3 9 3 封装图 由于d s p 芯片的捕捉口需要的电压在o 一+ 3 3 伏之间，而本电压比较器的电源 为单电源+ 5 伏，因此需要电阻分压才能与d s p 的捕捉口接口，图中的r 2 和r 3 即 为分压电阻，图中的电容c 2 的作用是虑掉高次谐波产生的干扰，并使下降上升延有 一定的持续时间，这样就能使d s p 的捕捉口能够捕捉到足够宽度的上升沿。 3 2 3 励磁电流的检测 本励磁调节器的最大的一个特点是增加了电流闭环控制，即在检测回路中加入了 励磁电流的检测环节。检验励磁电流的方法是通过检测串接在励磁回路中的小电阻的 电压值。励磁电流检测图如图3 1 2 所示。 输出至d sp 的a d 检 电阻zr 1 图3 1 2 励磁电流检测电路图 图中的运算放大器采用的器件仍然是l m 3 2 4 用于检测电阻z r l 电压的反向放大。 这样通过检测励磁电流使励磁调节器能够实时的监控以及控制励磁电流的大小，能够 及时的防止过励或欠励现象，励磁电流的检测由于靠近主电路，因此放在主电路部分， 输出口通过接口输入至d s p 中。 南昌大学硕士学位论文 3 3 励磁调节器的控制单元 近年来随着数字励磁调节器不断的发展和更新换代，一般的单片机显然在处理比 较复杂的励磁控制算法时需要耗费较长时间，已经不能满足励磁调节器控制励磁时的 快速动态响应的需求。而数字信号处理芯片( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，简称d s p ) 集 成了高速硬件乘法器，采用了多总线的哈佛结构，并以流水线式的指令处理机构使自 己具有强大的计算能力。其强大的指令系统、高速数据处理能力及创新的结构使其在 数据处理方面有着其它普通单片机不可比拟的优势，可大大提高系统的可靠性、快速 性，这对于励磁调节的实时控制是大有好处的。特别是针对电机控制专门开发的芯片， 其包含了许多在控制电机时非常有用的功能模块( 例如快速a d 转换模块) ，这就使 得其组成的硬件系统的硬件电路大大简化，这不仅提高了系统的可靠性，同时也降低 了成本，使开发和调试的难度也大大降低了。 3 3 1 控制芯片简介 本励磁调节器采用的主控