基于pic單片機(jī)的小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于PIC單片機(jī)的小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)重要組成部分，它為同步發(fā)電機(jī)提供可調(diào)勵(lì)磁電流，勵(lì)磁控制系統(tǒng)作用是在正常運(yùn)行時(shí)維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和合理分配機(jī)組間的無功功率，并按系統(tǒng)與用戶要求調(diào)節(jié)功率因數(shù)；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故而使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行勵(lì)磁，以提高繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性及發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，抑制低頻振蕩;在發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷電壓升高時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行減磁，以限制過電壓；當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部及發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生三相短路時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)行滅磁，以防止事故的擴(kuò)大，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁裝置還起電氣制動(dòng)作用。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制技術(shù)是一門涉及通信技術(shù)、控制理論、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合技術(shù)，也是一門關(guān)系到發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性及電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性的重要技術(shù)。
[0003]中小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制，要求基本功能完備、安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、接線簡(jiǎn)單、體積小、成本低、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、維修方便，能實(shí)現(xiàn)一個(gè)指令開停機(jī)、自動(dòng)調(diào)壓、自動(dòng)調(diào)節(jié)無功功率，保證發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)無人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控。中小型與微型發(fā)電機(jī)多數(shù)采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、自并激靜止可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)及交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器的無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，其中直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)已逐漸被淘汰。
[0004]測(cè)相單元是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器重要環(huán)節(jié)，通過它求發(fā)電機(jī)端部電壓與電流相位差，并導(dǎo)出無功電流、功率因數(shù)，作為恒定無功功率調(diào)節(jié)控制、恒COSO調(diào)節(jié)控制與限制保護(hù)用，電壓一無功電流特性(常稱為調(diào)差特性)用以保證發(fā)電機(jī)間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性及合理分配發(fā)電機(jī)間無功功率。模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器測(cè)量相位及電壓一無功電流調(diào)節(jié)特性一般是采用單相、兩相、三相式電阻電流電路或變壓器耦合式的電路，其體積笨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且有一個(gè)龐大的“調(diào)差電阻”，調(diào)整亦不方便，響應(yīng)速度慢，靈敏度差，但可靠較高而且不受干擾。數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器測(cè)量相位及無功電流，通常采用將電流、電壓整形為方波進(jìn)行相位比較或用交流采樣方法，其硬件電路及軟件計(jì)算比較復(fù)雜。
[0005]因此，本發(fā)明提出一種較簡(jiǎn)單、實(shí)用的小型發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種基于PIC18C4521/P單片機(jī)的小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器(簡(jiǎn)稱:PIC勵(lì)磁控制器)。本發(fā)明的任務(wù)是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的基于PIC的小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器，設(shè)置采樣單元(A)、測(cè)相單元(B)、運(yùn)算控制單元(C)、同步與觸發(fā)單元(D)、功率單元(E)、人機(jī)對(duì)話單元(F)、電源單元(G)，采用PIC18C4521/P單片機(jī)為主芯片；
本發(fā)明的采樣單元(A) —端接至Al—模擬量輸入，Al模入分別接至發(fā)電機(jī)c相電流(Ic)、發(fā)電機(jī)端線電壓(Uab)、系統(tǒng)電壓(Ux)、系統(tǒng)頻率(Fx)、系統(tǒng)電壓與發(fā)電機(jī)電壓的相位差(S)、勵(lì)磁電壓(UL)、勵(lì)磁電流(IL)，另一端接至D 1-開關(guān)量輸入，D I分別接至斷路器位置信號(hào)DL、控制命令L，還有一端接至MI數(shù)字量輸入，MI接至給定值GD;
本發(fā)明的測(cè)相單元(B)—端與電阻電流電路的輸入電壓Uab、輸出電壓ITab聯(lián)接，另一端與運(yùn)算控制單元(C)聯(lián)接；
本發(fā)明的運(yùn)算控制單元(C) 一端聯(lián)接至采樣單元(A)，另一端聯(lián)接至同步與觸發(fā)單元(D)，還有一端聯(lián)接至故障報(bào)警信號(hào)輸出至報(bào)警器BZ，PIC勵(lì)磁控制器并具有常規(guī)勵(lì)磁控制器通信功能，亦即可通過485通信口接至上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控、通過232通信口接至觸摸屏。
[0007]本發(fā)明的所述的功率單元(E)對(duì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)可采用三相半控橋式全波整流或三相全控橋式全波整流，對(duì)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)采用單相半波可控整流或單相全波可控整流，功率單元(E) —端聯(lián)接至同步與觸發(fā)單元(D)，另一端聯(lián)接至勵(lì)磁線圈LQ。
[0008]本發(fā)明的PIC勵(lì)磁控制器人機(jī)對(duì)話單元(F)包括4位數(shù)碼顯示器顯示頻率、控制角、機(jī)端電壓、勵(lì)磁電流、COSci)的實(shí)時(shí)值與給定值，3個(gè)運(yùn)行控制方式指示燈顯示恒電壓、恒COSΦ、恒勵(lì)磁電流的運(yùn)行控制方式，4個(gè)運(yùn)行參數(shù)指示燈顯示頻率、恒電壓、控制角、給定電壓值的運(yùn)行參數(shù)，5個(gè)按鍵，分別為增勵(lì)、減勵(lì)、啟勵(lì)/滅磁、控制方式切換、招顯。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明從一次電路及相量圖看，與模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差電路很相似，但事實(shí)上有重大區(qū)別，主要區(qū)別是:(1)模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差電路的調(diào)差電阻Rc是一個(gè)體積與阻值很大的可調(diào)電阻，本發(fā)明采用的R。是100歐姆左右的小電阻；(2)模擬式的調(diào)差電阻Rc是用于改變調(diào)差系數(shù)，Rc采用觸點(diǎn)式的可調(diào)電阻，本發(fā)明經(jīng)數(shù)字電路轉(zhuǎn)換為弱電電路后，是采用小型無觸點(diǎn)的固定電阻，改變相位及調(diào)節(jié)無功分配是用數(shù)字給定，調(diào)差系數(shù)改變是通過調(diào)整輸出電壓ITab的放大倍數(shù)，一般不改變Rc阻值；(3)本發(fā)明根據(jù)圖3相量分柝計(jì)算，在純有功功率(cos Φ=1 )、純無功功率(cos Φ =0)或者既有有功功率又有無功功率(O〈cos Φ〈I)情況下，經(jīng)推導(dǎo)分析計(jì)算在電阻Rc前的電壓Uab與Rc后電壓U'ab相量差(不是代數(shù)差)是正比于無功電流Iqc,據(jù)此分析，將電阻電流電路輸出電壓與輸入電壓相量差，轉(zhuǎn)換為弱電數(shù)字電路后，通過軟件進(jìn)行余弦函數(shù)計(jì)算，可求得無功電流Iqc與功率因數(shù)COS Φ值，與發(fā)電機(jī)端電壓電流相位Φ，依此原理我們成功地設(shè)計(jì)了基于PIC的小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器(簡(jiǎn)稱:PIC發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器)。本發(fā)明是用一臺(tái)PIC18C4521/P單片機(jī)作為主芯片組成的小型發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁控制裝置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，可用于小型發(fā)電機(jī)組自并激勵(lì)磁系統(tǒng)和無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010]圖1是PIC勵(lì)磁控制器原理結(jié)構(gòu)圖；
其中采樣單元(A)、測(cè)相單元(B)與運(yùn)算控制單元(C)聯(lián)接，運(yùn)算控制單元(C)另一端聯(lián)接至同步與觸發(fā)單元(D)，還有一端聯(lián)接人機(jī)對(duì)話單元(F)，同步與觸發(fā)單元(D)聯(lián)接至功率單元(E);
圖中:(A)為采樣單元、(B)為測(cè)相單元、(C)為運(yùn)算控制單元、(D)為同步與觸發(fā)單元、(E)為功率單元、(F)為人機(jī)對(duì)話單元、(G)電源單元、LQ為勵(lì)磁線圈。
[0011]I為模擬量輸入，輸入模擬量有發(fā)電機(jī)相電流(Ic)、發(fā)電機(jī)端線電壓(Uab)、系統(tǒng)電壓(Ux)、系統(tǒng)頻率(Fx)、系統(tǒng)電壓與發(fā)電機(jī)電壓的相位差(Φ )、勵(lì)磁電壓(UL)、勵(lì)磁電流(IL);
DI為開關(guān)量輸入，包括斷路器位置信號(hào)DL、控制命令L和測(cè)速信號(hào)輸入N;
MI為數(shù)字量輸入，輸入數(shù)字給定值⑶。
[0012]圖2是PIC勵(lì)磁控制器采樣單元(A)的單相式電阻電流電路圖；
本電路圖采用AB線電壓，C相電流，并聯(lián)補(bǔ)償電阻接在A相電壓互感器；
圖中:電流互感器LH，電壓互感器YH，電流互感器并聯(lián)的補(bǔ)償電阻Rc，補(bǔ)償電阻Rc并接在電流互感器LH的次端，并聯(lián)補(bǔ)償電阻Rc的一端還串連于所述電壓互感器YH的次端。
[0013]圖3是PIC勵(lì)磁控制器接線框圖；
圖中:(A)為采樣單元、(B)為測(cè)相單元、(C)為運(yùn)算控制單元、(D)為同步與觸發(fā)單元、(E)為功率單元。
[0014]圖4是PIC勵(lì)磁控制器原理接線圖例；
圖中:F是發(fā)電機(jī)，LQ是勵(lì)磁線圈，LH是電壓互感器，YH是電流互感器，LB是勵(lì)磁變壓器,A為采樣單元,B為運(yùn)算控制單元,C為同步與觸發(fā)單元,D為功率單元。
[0015]圖5是PIC勵(lì)磁控制器的人機(jī)對(duì)話單元(F)，
包括:4位數(shù)碼顯示器，6個(gè)運(yùn)行狀態(tài)指示燈，6個(gè)運(yùn)行狀態(tài)指示燈，3個(gè)運(yùn)行控制方式指示燈，4個(gè)運(yùn)行參數(shù)指示燈，5個(gè)按鍵。
[0016]4位數(shù)碼顯示器顯示頻率、控制角、電壓、勵(lì)流、COSOci)的實(shí)時(shí)值與給定值；
6個(gè)運(yùn)行狀態(tài)指示燈顯示運(yùn)行、并網(wǎng)、低頻、滅磁、欠勵(lì)、過勵(lì)的運(yùn)行狀態(tài)；
3個(gè)運(yùn)行控制方式指示燈顯示恒電壓、恒COS? Φ、恒勵(lì)流的運(yùn)行控制方式；
4個(gè)運(yùn)行參數(shù)指示燈顯示頻率、恒電壓、控制角、給定電壓值的運(yùn)行參數(shù)；
5個(gè)按鍵，分別為增勵(lì)、減勵(lì)、啟勵(lì)/滅磁、方式切換、招顯。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0018]本發(fā)明的基于PIC單片機(jī)的小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器，設(shè)置采樣單元(A)、測(cè)相單元(B)、運(yùn)算控制單元(C)、同步與觸發(fā)單元(D)、功率單元(E)、人機(jī)對(duì)話單元(F)、電源單元(G)，采用PIC18C4521/P單片機(jī)為主芯片；
本發(fā)明的采樣單元(A) —端接至Al—模擬量輸入，Al模入分別接至發(fā)電機(jī)c相電流(Ic)、發(fā)電機(jī)端線電壓(Uab)、系統(tǒng)電壓(Ux)、系統(tǒng)頻率(Fx)、系統(tǒng)電壓與發(fā)電機(jī)電壓的相位差W)、勵(lì)磁電壓(UL)、勵(lì)磁電流(IL)，另一端接至D 1-開關(guān)量輸入，D I分別接至斷路器位置信號(hào)DL、控制命令L，還有一端接至MI數(shù)字量輸入，MI接至給定值GD;
本發(fā)明的測(cè)相單元(B)—端與電阻電流電路的輸入電壓Uab、輸出電壓ITab聯(lián)接，另一端與運(yùn)算控制單元(C)聯(lián)接；
本發(fā)明的運(yùn)算控制單元(C) 一端聯(lián)接至采樣單元(A)，另一端聯(lián)接至同步與觸發(fā)單元(D)，還有一端聯(lián)接至故障報(bào)警信號(hào)輸出至報(bào)警器BZ，PIC勵(lì)磁控制器并具有常規(guī)勵(lì)磁控制器通信功能，亦即可通過485通信口接至上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控、通過232通信口接至觸摸屏。
[0019]本發(fā)明的所述的功率單元(E)對(duì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)采用三相半控橋式整流或三相全控橋式整流，對(duì)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)采用單相半控整流或單相全控整流，功率單元(E) —端聯(lián)接至同步與觸發(fā)單元(D)，另一端聯(lián)接至勵(lì)磁線圈LQ。
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