发电机励磁调节器单板原理

发电机励磁调节器单板原理

励磁调节器单板系列SJ-800

最早的微机励磁系统，目前已经被后续系列产品替代，正在运行设备已经为数不多。*SAVR-2000

第二代微机励磁系统，因受主要进口芯片停产的约束，已经不做后续生产，目前现场仍然有很多设备在运行。MICS3000

为第二代和第三代励磁系统的过渡系列，目前作为励磁产品，仅在极少数现场有使用。*NES5100

第三代励磁系统，目前的主打励磁产品，已经大范围的投入运行。励磁系统图SAVR-2000板件分类标准板件分类

MBD207:双路供电板（AC220V/DC220V)

MBD206:脉冲电源板(DC220V)

MBD205:系统电源板(DC220V)

MBD201:模拟信号板(CT:5A)

MBD202:主CPU板

MBD203:开关量板

MBD204:脉冲放大板

非标准板件

MBD207:

AC220V/DC110V、中频/DC220V、中频/DC110V、DC220V/DC220V

MBD206:DC110V

MBD205:DC110V

MBD201:CT（1A）、特殊使用更改MBD203:MBD203(PLC)

MBD204:MBD204K(KWLT)注：标准并非行业或国家标准，而是根据现场使用较多的板件型号，是公司内部区分板件的一种命名。实图：插箱板件布置硬件系统（双套）电源系统：双路供电和分布式隔离电源两套调节器有各自完全独立的电源系统，每套调节器的电源系统均由厂用交流或自用交流电与直流220V（110V）双路供电，两路供电电源之间无触点切换。整个装置电源分为主电源（+5V）、模拟量电源（+12V与-12V）、脉冲电源、脉冲检测电源、开出量电源（2路）、开入量电源（2路）。各部分相互隔离，增强了电磁兼容能力，提高了装置整体的可靠性。硬件功能MBD207：对交直流输入220V(110V)实现整流滤波功能，形成直流电源。MBD206：产生五路24V电源，分别用于：

a、脉冲电源，

b、脉冲检测电源，

c、开入（1），

d、开入（2），

e、输出继电器电源。MBD205：产生+5V，±12V电源，提供主机工作系统电源，UF1、UF2、UT、US电压转换采样。注：电源系统（220V/110V）匹配，当MBD207双路供电板输出220V/110V电压等级时，MBD205、MBD206配相应电压等级的板件。电源板分类使用MBD207-AC220V/DC220V交流输入/直流输入双路供电板，变压器用220V:190V,继电器用JQX13F-AC220V,系统电源脉冲电源板用DC220V；MBD207-AC220V/DC110V交流输入/直流输入双路供电板，变压器用220V:100V,继电器用JQX13F-AC110V，系统电源脉冲电源板用DC110V；MBD207-DC220V/DC220V交流输入/直流输入双路供电板，变压器不用，直接将变压器的原边与副边一一对应短接，继电器用JQX13F-DC220V，系统电源脉冲电源板用DC220V；MBD207-中频/DC110V交流输入/直流输入双路供电板，变压器不用，用导线短接输入输出端，继电器用13JQX13F-DC110V,系统电源脉冲电源板用DC110V，MBD207-中频/DC220V交流输入/直流输入双路供电板，变压器不用，用导线短接输入输出端，继电器用JQX13F-DC220V,系统电源脉冲电源板用DC220V；变压器种类：板内变压器：R-150L(220:190)/R-150(220:100)2007年以前使用较多，该变压器尺寸为非标准变压器，2007年后更改为标准尺寸变压器板外变压器：NR-423/NR-440

NR-423:220:190170VANR-440:220:100170VAMBD201：Ⅰ、将IF，IL通过星格CT(5A（1A）/2mA)转变成2mA信号；Ⅱ、将UF1、UF2、US、UT、IF、IL毫安信号转为低电压信号；Ⅲ、产生UF、UT三相过零方波;标准板件采用原边5ACT,非标准时该板件需要到单板室进行更改。MBD202：Ⅰ、核心控制作用（DSP）；Ⅱ、实现A/D采样（MAX125）；Ⅲ、实现A、B套双机通讯；

Ⅳ、watchdog看门狗监视；

Ⅴ、由FPGA实现以下功能：产生脉冲，实现A/B切换逻辑，测频（UF、UT），脉冲回读检测，软件故障及watchdog动作输出。MBD203：Ⅰ、开关量输入；Ⅱ、开关量输出；

Ⅲ、与工控机通讯；

IV、与现场监控系统通讯；

V、+5V、±12V电源检测。MBD204：Ⅰ、脉冲放大输出；Ⅱ、脉冲切换；

Ⅲ、开入（状态/主从）、开出（主从信号）；

Ⅳ、脉冲回读；Ⅴ、硬件强行置主输出脉冲功能NES5100单板介绍NES5100装置组成硬件组成：插箱一台、模件8块系统组成：电源系统、模拟量采样系统、计算控制系统、I/O系统、脉冲系统。

插箱及模件

NES5100插箱为瑞嘉生产6U插箱，采用四导轨对板件位置固定，插箱背板由上下两块EXB201、EXB202板件，8块模件全部内置在铝散热器内。插箱正视图插箱背视图插箱系统介绍

1.电源系统

2.模拟量采样系统

3.计算控制系统

4.I/O系统

5.脉冲系统电源系统电源作为装置工作的基本条件，对整个装置的正常运行是非常重要的。NES5100一般情况采用两路AC，一路DC供电。交流经过电源隔离变压器后接入EXB101板件内,直流则直接接入EXB101板件内。EXB102板件输入电源则是通过EXB101板件转接接入(AC/DC)。输入电源分类：AC220V/DC220V、AC220V(AC110V)/DC110V。交直流同电压等级（幅值）时，交流电源串电源隔离变。交直流不同电压等级时，一般为AC220V/DC110V交流电压串电源隔离降压变。

输出电压：EXB101：24V脉冲电源EXB108脉冲放大板功率72W。

EXB102:+12V:0.5A-12V:0.5A5V(I):4A24V(开入):0.6A24V(开出):0.6A5V(II):0.1A装置电源系统图模拟量采样系统模拟量采样是励磁系统闭环控制、计算的重要环节。

采样量：UF1(A、B、C)、UF2(A、B、C)、IF(A、B、C)、IL(A、B、C)、UT(A、B、C)、US(A、B、C)、-12V、+12V、5V、3.3V、1.8V。模拟量采样最终是对模拟量的低电压信号进行采样，这样就需要对模拟信号进行转换。图示计算控制系统计算控制系统是NES5100装置的核心，其主要职能是系统的计算、通讯、控制、检测。计算:将模拟量系统送来的模拟量进行幅值计算、频率测量。通讯:1.双CAN用于励磁系统内部通讯

2.485现场总线通讯

3.232调试通讯

4.GPS对时

5.以太网通讯控制：根据不同的系统工况（模拟量数值、开入量），控制系统根据内置程序，做出相应的判断输出(脉冲、开出量）检测：板内电源、脉冲回读I/O系统

I/O系统是励磁系统在现场同其他设备（火电DCS水电监控及本系统内机柜FLZ/FLM）之间开关量连接系统，该系统的主要作用:外设的命令、状态以开关量的形式通过I/O系统送到计算控制系统，计算控制系统则根据收到的信息量和内部设定好的程序做出相应的控制输出，这些控制输出同样以开关量形式通过I/O系统送到相应的设备。

I/O系统图示脉冲系统脉冲是调节器输出对可控硅导通控制的信号，脉冲信号的正确与否和可控硅能否正常导通，对励磁系统的正常运行也起着至关重要的作用，同时可控硅整流桥的数量也影响着脉冲系统的容量。因此，需要对调节器发出的脉冲进行功率放大、回读，以保证发出脉冲的正确性和可控硅的正常导通，进而确保励磁系统的稳定运行。脉冲系统图示励磁调节器各个板件介绍EXB101脉冲电源板EXB102系统电源板EXB103主CPU板EXB104模拟量信号板EXB105同步板EXB106-107开关量板EXB108脉冲板EXB101脉冲电源板脉冲电源板的主要的功能是:将外部AC200V、DC220V的电源转换成24V电源，单独的为脉冲回路提供电源即称之为脉冲电源。最大输出电流3A,最大输出功率为72W

为了保证脉冲电源的可靠性,脉冲电源板由专业电源厂上海德创电器电子有限公司特制,并且按照军工标准设计,考虑了防电磁干扰、防尘、散热等因素,通过了EMC测试、高温高湿测试.

电源板实图EXB102系统电源板系统电源板的主要功能：将外部电源AC220、DC220V转换成装置系统内部使用的5V、-12V、＋12V、24VI、24VO、5VII。故称之为系统电源板，各个回路电源容量如下：

+12V:0.5A-12V:0.5A5V(I):4A24VI:0.6A24VO:0.6A5V(II):0.1A+12V、-12V、5V(I)为芯片的工作电源

24V(开入)、24V(开出)为开关量输入输出电源

5V(II)为通讯电源系统电源板同脉冲电源板为同一公司德创电器电子有限公司生产,其生产标准和试验标准同脉冲电源板.

系统电源板实图

EXB103主CPU板主CPU板是整个插箱核心板件，有自动通道和手动通道两部分，其中又以自动通道为主，手动通道为辅（备用）来控制。整个板件有三大芯片，ARM（自动）、DSP（手动）、FPGA（可编程逻辑控制器）。基于这三个芯片计算、控制需要和外围设备的连接需求，还需要RAM(HY57V282620ET)、FLASH(AT49BV322A)程序、参数运行及存储。AD采样芯片(AD7656BSTZ)将模拟量转换为数字量。CAN总线（SJA1000T）双套之间的CAN通讯，以太网通讯(DM9161E)下位机同工控机人机界面的通讯，开关量的电平转换（光隔），模拟量方波形成回路，供FPGA测频使用，数据缓冲、电平转换芯片，用于高低速芯片及不同工作电平的芯片之间的数据传输，地址锁存、电平转换器地址总线上的地址锁存和不同工作电平的芯片之间的电平转换，手/自动脉冲输出的切换芯片，以及手/自动控制的切换回路。其主要功能:1.将5V电源变换成3.3V、1.8V供部分芯片工作电源；

2.部分开关量直接输入、转换，及转换后的开入量；

3.将模拟量板送来的模拟信号进行A/D变换采样；

4.根据A/D采样的结果及开入信号逻辑判断进行控制计算，产生小脉冲；

5.根据逻辑判断程序发开出信号到开关量板；

6.测频及脉冲回读检测；

7.逻辑切换；

8.通讯功能；

9.工作电源监测；主板实图ARM208脚PQFP封装主频高达180MHZ

内核工作压1.65V~1.95V

外设I/O、存储I/O：1.65V~3.6V

外部总线支持SDRAM、静态存储器、FLASH122个可编程I/O口线的四个32位PIO控制器。以太网卡接口

USB口

3个同步串行控制器

4个通用同步/异步接受/发送器主/从机串行外设接口

32位数据总线

26位地址总线DSP144脚LQFP封装最大工作频率80MHZ

工作电压3.3V3个内部地址总线1个外部地址总线

4个内部数据总线1个外部数据总线片内集成了程序FLASH、RAM(31.5K×16BIT/512×16bit）片内集成了数据FLASH、RAM（4K×16/2K×16bit）片内集成引导程序FLASH（2K×16bit）

2个12BITADC2个脉宽调制模块

2个串行通讯口串行外设连接口AD76566个独立的ADC通道16位的数据转换双极性的模拟量输入可选电位：正负10V正负5V转换速率250KSPS160mW功耗50KHZ的输入信号，SNR可达85dB支持串、并接口EXB104模拟量信号板该板主要功能进行模拟信号的采样，采样的信号包括机端电压（UF1abc、UF2abc、）定子电流（IFabc）、转子电流（ILabc)

电压信号经过PT将0~100V电压信号转换成0~2mA电流信号经过运放回路形成采样电压信号电流信号经过CT将0~5A电流信号转换成0~2.5mA电流信号经过运放回路形成采样的电压信号该板还包含了D/A输出部分和NOISE输入部分。可以选择1路12位D/A输出（AD7243)，也可以选择4路12位D/A输出(AD7398)，噪声信号经过差分器原理图板件实图电压采样□定子电流采样转子电流采样EXB105同步板同步电压板主要功能同SAVR-2000的同步背板，将同步变压器副边100V左右的同步电压进行降压采样，其原理同机端电压采样。由于不同的工程需要会有不同的同步电压源，因此根据同步频率的不同，同步变压器有不同的接法，并且配有相对应的阻容吸收元件。变压器变比为统一1.6:150HZ:Y/Y-12,电阻：2.7k电容：0.68u500HZ:△/Y-1,电阻：1K电容：0.18u

该板另外的功能是系统电压的采样，采样原理同机端电压的采样。板件实图

EXB106-107开关量板

EXB106标配开关量板。

EXB107扩展开关量板。这两种板件工作原理完全相同，唯一不同的是面板灯的指示不同。两种板件共有40路开入量，32路输出量。开入信号，外部开关量信号经过继电器模组转换为24V开入信号进入开关量板，在开关量板内又将24V信号转换为可供主板使用的5V信号。16路串行开入，4路并行开入。开出量信号，主板开出的量为5V信号（8路并行开出、8路串行开出），在开关量板内通过光隔转换为24V开出信号，开出信号驱动继电器模组将开关量送到开出端子。所有的开入开出信号的状态均可以在面板的指示灯显示，也可以在相关用户软件检测。板件实图EXB108脉冲板该板的主要功能有：该板的主要功能是将主CPU板上形成的小脉冲通过光电隔离及电平转换送至6片CMOS管功率放大，然后输出。脉冲切换继电器主要控制脉冲是否输出。常闭节点可保证在操作电源消失时仍然能输出脉冲。该板的另一功能是将发出的脉冲进行取样，并回读至主CPU板，以检查脉冲是否丢失。脉冲板还包括电源检测和故障开出功能，电源检测用于对系统的+5V、±12V、24V电源进行检测，若检测到本套电源掉电或故障，则立即开出故障进行双机切换，以保证系统的可靠性。板件实图

面板指示灯

EXB101:板标：EX01(G)

电源指示：24VP(G)EXB102:板标：EX02(G)

电源指示：5VI(G)电源指示：12VP(G)电源指示：12VN(G)