直流電源數(shù)字化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：利用數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)電壓或電流進(jìn)行凋節(jié)成為一種趨勢(shì)。本文通過分析硬件系統(tǒng)平臺(tái)，闡述直流勵(lì)磁電源調(diào)節(jié)方案，同時(shí)提出相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制措施，進(jìn)而為設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)直流電源數(shù)字化提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電位器 模擬控制線路 硬件系統(tǒng) 直流勵(lì)磁電源

1 概述

目前大部分同步電機(jī)的直流勵(lì)磁電源裝置采用的是三相全控整流橋模擬控制電路，運(yùn)用電壓負(fù)反饋，觸發(fā)脈沖板分別對(duì)6個(gè)可控硅進(jìn)行觸發(fā)的控制原理。其調(diào)節(jié)電壓電流是電位器模擬調(diào)節(jié)方式，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)較多：①電位器作為一種模擬器件，具有連續(xù)調(diào)節(jié)能力，但容易出現(xiàn)接觸不良的問題，而且與數(shù)字化發(fā)展方向不吻合。②模擬控制線路復(fù)雜，調(diào)節(jié)精度低，系統(tǒng)參數(shù)修改不方便。③模擬電位器調(diào)節(jié)方式帶來一系列不靈活與不方便，不利于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)軟件操作控制。

基于以上各方面的考慮，采用數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢(shì)。提出了直流勵(lì)磁電源的數(shù)字化調(diào)節(jié)方案，該方案擯棄了傳統(tǒng)的利用模擬電位器進(jìn)行電壓或電流的調(diào)節(jié)方法，利用數(shù)字化的手段進(jìn)行電壓或電流的調(diào)節(jié)。采用單片機(jī)+PLC對(duì)勵(lì)磁電源進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁電源的數(shù)字化，將具有可靠性高，易實(shí)現(xiàn)智能控制，調(diào)整簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。以方便實(shí)現(xiàn)具有最小勵(lì)磁電流和最大勵(lì)磁電流限制功能，以防同步機(jī)欠勵(lì)及過載。計(jì)算機(jī)軟件界面將帶有完善的故障檢測(cè)功能，如同步電壓監(jiān)視、三相全橋六脈波整流器故障監(jiān)視、電流監(jiān)視、快熔斷監(jiān)視等功能。

2 硬件系統(tǒng)平臺(tái)

同步機(jī)的直流電源系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：第一是勵(lì)磁功率主電路部分，向同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供可調(diào)節(jié)的直流勵(lì)磁電流；第二是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器部分，通過測(cè)量、比較、計(jì)算等環(huán)節(jié)控制勵(lì)磁功率的大小。其硬件系統(tǒng)平臺(tái)如下圖1所示：

3 直流勵(lì)磁電源調(diào)節(jié)方案

數(shù)字直流勵(lì)磁電源調(diào)節(jié)方案如圖2。由上位工控機(jī)，下位機(jī)PLC，A/D，D/A模塊，數(shù)字式勵(lì)磁板控制器，直流電壓電流變送器，數(shù)顯表，反饋板等組成。機(jī)房上位機(jī)工控機(jī)通過RS485端口傳送與接收調(diào)節(jié)信號(hào)，設(shè)定參數(shù)，包括顯示傳送勵(lì)磁電壓和電流，過壓和過流保護(hù)值，欠流保護(hù)值等。通過窗口和移動(dòng)條來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓和電流的步進(jìn)值。下位機(jī)PLC與上位機(jī)RS485端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。通過電壓電流變送器將勵(lì)磁電源輸出電壓電流變送為4-20mA的模擬量送到PLC的A/D端口，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量上傳到工控機(jī)顯示勵(lì)磁電壓電流，同時(shí)通過PLC將其數(shù)字量與上位機(jī)設(shè)定的值相比較綜合判斷，再將所得結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換出0-10V的模擬量，此模擬量作為勵(lì)磁觸發(fā)控制板的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)反饋比較綜合的數(shù)字化調(diào)節(jié)過程。

4 直流電源勵(lì)磁調(diào)節(jié)和控制策略

PID控制器作為同步電機(jī)勵(lì)磁控制器的基本控制方式，其調(diào)節(jié)理論比較成熟，其調(diào)試與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)非常豐富，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)揮著重要作用。受時(shí)變性、運(yùn)行條件、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等因素的影響和制約，電力系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致恒定增益系數(shù)的（PID）控制器在一定程度上不能滿足系統(tǒng)的實(shí)際需要。通過選用自校正（PID）勵(lì)磁控制器，按照極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)方法，對(duì)于同步電機(jī)的參數(shù)，通過在線方式進(jìn)行辨識(shí)，對(duì)（PID）控制器的增益系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的改變。從而對(duì)同步電機(jī)勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。對(duì)于該控制器來說，能夠?qū)ν诫姍C(jī)運(yùn)行條件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，與規(guī)勵(lì)磁控制器相比，其性能更加優(yōu)越。

PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值r（t）與輸出值c（t）進(jìn)行比較構(gòu)成控制偏差

e（t）＝r（t）－c（t）

將其按比例、積分、微分運(yùn)算后，并通過線性組合構(gòu)成控制量，如圖3所示，所以簡(jiǎn)稱為P（比例）、I（積分）、D（微分）調(diào)節(jié)器。

5 總結(jié)

本直流勵(lì)磁電源數(shù)字化調(diào)節(jié)，采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)的PLC、數(shù)字儀表、單片機(jī)控制的晶閘管觸發(fā)控制板的通信。實(shí)現(xiàn)了直流勵(lì)磁電源的電壓與電流調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)勵(lì)磁柜的采用模擬電位器+儀表的調(diào)節(jié)方式。二個(gè)是遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)軟件數(shù)字化界面的調(diào)節(jié)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春林，嚴(yán)萍.基于DSP的數(shù)字化高壓直流電源的研究[J].高電壓技術(shù)，2008，34（10）.

[2]張卓然.基于DSP的飛機(jī)高壓直流電源數(shù)字調(diào)壓器研究[J].電力電子技術(shù)，2005（4）.

[3]劉傳奇.可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2013（12）.

[4]胡念英.直流電源數(shù)字化調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)[J].南陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，02（4）.

[5]吳恒玉.基于89S51單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010，32（1）.