一種雙微機勵磁調節器的製作方法
2023-04-23 02:45:47
本實用新型涉及控制系統技術領域，具體涉及一種雙微機勵磁調節器。
背景技術：
勵磁系統是發電機重要組成部分，它為同步發電機提供可調勵磁電流，勵磁控制系統作用是在正常運行時維持發電機機端電壓和合理分配機組間的無功功率，並按系統與用戶要求調節功率因數；當電力系統發生事故而使發電機機端電壓下降時，對發電機進行強行勵磁，以提高繼電保護動作的靈敏性及發電機並列運行的穩定性，同時提高電力系統暫態穩定性與動態穩定性，抑制低頻振蕩；在發電機甩負荷電壓升高時，對發電機進行強行減磁，以限制過電壓；當發電機內部及發電機機端發生三相短路時，進行強行滅磁，以防止事故的擴大，對水輪發電機組勵磁裝置還起電氣制動作用。同步發電機勵磁控制技術是一門涉及通信技術、控制理論、控制技術、網絡技術的綜合技術，也是一門關係到發電機運行特性及電力系統運行安全性、穩定性的重要技術。
近年來，微機雙微機勵磁調節器以其硬體結構簡單、清晰、設備通用性好、標準化程度高、軟體靈活、能夠方便實現多種功能和滿足各種控制規律的要求等優點，在許多電力工業得到了廣泛的應用。
技術實現要素：
本實用新型的目的提供一種結構簡單、通用性好、應用廣泛的雙微機勵磁調節器。
為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案：一種雙微機勵磁調節器，所述勵控制系統包括兩個控制模塊，所述控制模塊包括微控制器、測量電路、採樣同步信號電路、可控矽觸發同步信號電路、觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路和電源轉換電路，所述測量電路、採樣同步信號電路、可控矽觸發同步信號電路、觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路和電源轉換電路均分別與微控制器電連接；所述測量電路包括電壓測量電路和電流測量電路，所述電壓測量電路包括發電機電壓測量電路、母線電壓測量電路和發電機勵磁電壓測量電路所述電流測量電路包括發電機定子電流測量電路和發電機勵磁電流測量電路；所述勵磁控制系統還包括CPU模塊和切換電路，所述CPU模塊通過切換電路分別與兩個控制模塊電連接。
其中，所述電壓測量電路包括電阻R30、R31、R32、R8和R9，可調電阻RP1，變壓器T3、T4和T5，二極體V1、V2、V3、V4、V5和V6，電容C1，電解電容C7；發電機端電壓互感器的感應電壓UF1A、UF1B和UF1C分別進入電阻R30、R31和R32的一端，電阻R30、R31和R32的另一端分別連接到變壓器T3、T4和T5的a端，變壓器T3、T4和T5的b端相連接，變壓器T3的c端連接到二極體V1的陽極和二極體V2的陰極的公共端，變壓器T4的c端連接到二極體V3的陽極和二極體V4的陰極的公共端，變壓器T5的c端連接到二極體V5的陽極和二極體V6的陰極的公共端，變壓器T3、T4和T5的d端相連接，二極體V1的陰極分別並接到二極體V3的陰極、二極體V5的陰極、電容C1的一端、可調電阻RP1的一端和可調端、電阻R9的一端，可調電阻RP1的另一端串接電阻R8後接地，二極體V2、V4和V6的陽極接地，電容C1的另一端接地，電阻R9的另一端連接到電解電容C7的正極，電解電容C7的負極接地，電阻R9和電解電容C7的正極的公共端輸出信號UF1到微控制器。
其中，所述採樣同步信號電路包括+12V電源，-12V電源，電阻R43、R41、R42、R39、R49、R51，可調電阻RP11，二極體V26，運算放大器U1A，電容C2、C3，變壓器T1；發電機端互感電壓UF1A和UF1C分別進入電阻R51的一端和變壓器T1的d端，電阻R51的另一端連接到變壓器T1的c端，變壓器T1的a端分別並接到電阻R49的一端、可調電阻的RP11一端和可調端，電阻R49的另一端接地，變壓器T1的b端接地，可調電阻的RP11另一端分別並接到電容C3的一端和電阻R39的一端，電容C3的另一端接地，電阻R39的另一端分別並接到電容C2的一端、運算放大器U1A的同相輸入端和電阻R41的一端，電容C2的另一端接地，電阻R41的另一端分別並接到運算放大器U1A的輸出端和電阻R42的一端，運算放大器U1A的反相輸入端接地，運算放大器U1A的正負電源端分別連接到+12V電源和-12V電源，電阻R42的另一端分別並接到電阻R43的一端和二極體V26的陰極，電阻R43的另一端接地，二極體V26的陽極接地，電阻R43和二極體V26的陽極的公共端引出信號CYTB輸入到微控制器。
其中，所述雙微機勵磁調節器還包括LED狀態指示燈，所述LED狀態指示燈與微控制器電連接。
其中，所述雙微機勵磁調節器還包括看門狗電路，所述看門狗電路與微控制器電連接。
本實用新型雙微機勵磁調節器結構簡單，可靠穩定，能夠通過精確控制從而保證發電機及電力系統安全、穩定運行。
附圖說明
圖1為本實用新型的模塊結構示意圖；
圖2為一個發電機勵磁電流測量電路結構示意圖；
圖3為另一個發電機勵磁電流測量電路結構示意圖；
圖4為電壓測量電路結構示意圖；
圖5為一個採樣同步信號電路結構示意圖；
圖6為另一個採樣同步信號電路結構示意圖；
圖7為電源轉換電路結構示意圖；
圖8為觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路結構示意圖；
圖9為切換電路結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本實用新型做詳細的闡述：
如圖1所示，本實用新型的雙微機勵磁調節器，包括兩個控制模塊，兩個所述控制模塊之間電連接；所述控制模塊包括微控制器、測量電路、採樣同步信號電路、可控矽觸發同步信號電路、觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路和電源轉換電路，所述測量電路、採樣同步信號電路、可控矽觸發同步信號電路、觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路和電源轉換電路均分別與微控制器電連接；所述測量電路包括電壓測量電路和電流測量電路，所述電壓測量電路包括發電機電壓測量電路、母線電壓測量電路和發電機勵磁電壓測量電路所述電流測量電路包括發電機定子電流測量電路和發電機勵磁電流測量電路；所述勵磁控制系統還包括CPU模塊和切換電路，所述CPU模塊通過切換電路分別與兩個控制模塊電連接。
本實用新型的雙微機勵磁調節器包含有兩個控制模塊，其中一個作為工作機，另一個作為備用機，工作機和備用機相連，備用機隨時跟蹤工作機的運行工作點，當工作機發生故障，自動機切換到備用機，切換可靠無擾動。根據設置，當工作機發生下列故障時，便會發生自動切換：(1)工作機主機電源丟失；(2)工作機受擾程序出軌；(3)工作機硬體永久性故障；(4)工作機脈衝丟失。
如圖9所示為切換電路，所述切換電路包括繼電器KA1、KA2、KA和KA4，電阻R8和R9，二極體V1、V2、V3和V4，發光二極體HL1和HL2，按鈕開關SB1和SB2，24V電源，反相驅動器U5；CPU模塊發出的信號ENCHG1和ENCHG2分別輸入到反相驅動器U5的1腳和2腳，24V電源連接到反相驅動器U5的9腳，24V電源分別並接繼電器KA2的線圈和二極體V2的陰陽極後連接到反相驅動器U5的16腳，24V電源分別並接繼電器KA1的線圈和二極體V1的陰陽極後連接到反相驅動器U5的15腳，24V電源分別並接繼電器KA4的線圈和二極體V4的陰陽極後連接到反相驅動器U5的14腳，24V電源串接發光二極體HL1的陽陰極、電阻R8、繼電器KA1的常開開關、繼電器KA3的常開開關後模擬接地；24V電源串接發光二極體HL2的陽陰極、電阻R9、繼電器KA2的常開開關、繼電器KA3的常閉開關後模擬接地；24V電源先分別並接按鈕開關SB1、按鈕開關SB2和繼電器KA3的常開開關、繼電器KA2的常閉開關後再並接繼電器KA3的線圈和二極體V3的陰陽極後再串聯繼電器KA1的常開開關後模擬接地；反相驅動器U5的8腳模擬接地；24V電源分別串接繼電器KA3的常閉開關和繼電器KA2的常開開關輸出信號QW24V2，24V電源分別串接繼電器KA3的常開開關後輸出信號QW24V2，信號QW24V2和QW24V2分別輸入到兩個控制模塊中。
其中，微控制器的型號為80C196KC。
其中，發電機勵磁電流測量電路能夠實現對發電機端勵磁電流的測量，本實用新型的雙微機勵磁調節器根據勵磁電流的不同來源有有不同的測量電路。
如圖2所示，為其中的一個發電機勵磁電流測量電路，其中勵磁電流的來源為發電機端的發電機端電流互感器。所述發電機勵磁電流測量電路包括電阻R24、R25，可調電阻RP13，二極體V19、V20、V21、V22、V23、V24，電解電容C14；發電機端電流互感器的感應電流ILA、ILB和ILC，電流ILA進入二極體V24的陽極和二極體V23的陰極的公共端，電流ILB進入二極體V20的陽極和二極體V22的陰極的公共端，電流ILC進入二極體V19的陽極和二極體V21的陰極的公共端，二極體V24分別並接到二極體V20的陰極、二極體V19的陰極、可調電阻RP13的一端和可調端，二極體V23的陽極接地，二極體V22的陽極接地，二極體V21的陽極接地，可調電阻RP13的另一端串接電阻R24後接地，可調電阻RP13的可調端串接電阻R25和電解電容C14的正負極後接地，電阻R25和電解電容C14的公共端引出信號ILAC輸入到微控制器中。
如圖3所示，為其中的另一個發電機勵磁電流測量電路，其中勵磁電流的來源為測量勵磁電流的分流器。所述發電機勵磁電流測量電路包括+12V電源，-12V電源，電阻R14、R19，可調電阻RP9、RP14，電容C16、C15、C23，運算放大器U3A；分流器測得的勵磁電流的信號IM分別進入電阻R14的一端和電容C16的一端，電容C16的另一端接地，電阻R14的另一端分別並接到電容C15的一端、電阻R19的一端、運算放大器U3A的反相輸入端、可調電阻RP9的一端和可調端、電容C23的一端，電容C15的另一端接地，電阻R19的另一端連接到可調電阻BP14的可調端，可調電阻BP14的一端連接到+12V電源，另一端-12V電源；運算放大器U3A的正負電源端分別連接到+12V電源和-12V電源，運算放大器U3A的同相輸入端接地；運算放大器U3A輸出端、電容C23的另一端和可調電阻RP9的另一端的公共端輸出信號IDLC到微控制器。
其中，所述電壓測量電路包括發電機電壓測量電路、母線電壓測量電路和發電機勵磁電壓測量電路。如圖4所示為本實用新型的電壓測量電路，能夠實現對發電機電壓、母線電壓和發電機勵磁電壓的測量。所述電壓測量電路包括電阻R30、R31、R32、R8和R9，可調電阻RP1，變壓器T3、T4和T5，二極體V1、V2、V3、V4、V5和V6，電容C1，電解電容C7；發電機端電壓互感器的感應電壓UF1A、UF1B和UF1C分別進入電阻R30、R31和R32的一端，電阻R30、R31和R32的另一端分別連接到變壓器T3、T4和T5的a端，變壓器T3、T4和T5的b端相連接，變壓器T3的c端連接到二極體V1的陽極和二極體V2的陰極的公共端，變壓器T4的c端連接到二極體V3的陽極和二極體V4的陰極的公共端，變壓器T5的c端連接到二極體V5的陽極和二極體V6的陰極的公共端，變壓器T3、T4和T5的d端相連接，二極體V1的陰極分別並接到二極體V3的陰極、二極體V5的陰極、電容C1的一端、可調電阻RP1的一端和可調端、電阻R9的一端，可調電阻RP1的另一端串接電阻R8後接地，二極體V2、V4和V6的陽極接地，電容C1的另一端接地，電阻R9的另一端連接到電解電容C7的正極，電解電容C7的負極接地，電阻R9和電解電容C7的正極的公共端輸出信號UF1到微控制器。
其中，在本實用新型中，採樣同步信號電路有兩種結構，用於發送同步採樣信號。
如圖5所示為其中的一個採樣同步信號電路，所述採樣同步信號電路包括+12V電源，-12V電源，電阻R43、R41、R42、R39、R49、R51，可調電阻RP11，二極體V26，運算放大器U1A，電容C2、C3，變壓器T1；發電機端互感電壓UF1A和UF1C分別進入電阻R51的一端和變壓器T1的d端，電阻R51的另一端連接到變壓器T1的c端，變壓器T1的a端分別並接到電阻R49的一端、可調電阻的RP11一端和可調端，電阻R49的另一端接地，變壓器T1的b端接地，可調電阻的RP11另一端分別並接到電容C3的一端和電阻R39的一端，電容C3的另一端接地，電阻R39的另一端分別並接到電容C2的一端、運算放大器U1A的同相輸入端和電阻R41的一端，電容C2的另一端接地，電阻R41的另一端分別並接到運算放大器U1A的輸出端和電阻R42的一端，運算放大器U1A的反相輸入端接地，運算放大器U1A的正負電源端分別連接到+12V電源和-12V電源，電阻R42的另一端分別並接到電阻R43的一端和二極體V26的陰極，電阻R43的另一端接地，二極體V26的陽極接地，電阻R43和二極體V26的陽極的公共端引出信號CYTB輸入到微控制器。
如圖6所示為其中的另一個採樣同步信號電路，採樣同步信號電路包括電阻R44、R45、R46、R47、R50，可調電子RP10，電容C4、C5，二極體V27，運算放大器U1C，發電機端電壓互感器的互感電壓UA和UC分別輸入到電阻R50的兩端，電阻R50的信號UA輸入端分別並接到可調電阻RP10的一端和可調端，電阻R50的信號UA輸入端接地，可調電阻RP10的另一端分別並接到電容C5的一端和電阻R47的一端，電容C5的另一端接地，電阻R47的另一端分別並接到電容C4一端、運算放大器U1C的同相輸入端和電阻R44的一端，電容C4另一端接地，運算放大器U1C的反相輸入端接地，運算放大器U1C的輸出端分別並接到電阻R44的另一端和電阻R46的一端，電阻R46的一端分別並接到電阻R45的一端和二極體V27的陰極，電阻R45的另一端和二極體V27的陽極接地，電阻R45、R46和二極體V27的陰極的公共端引出信號CFTB到微控制器進行處理。
在本實用新型的雙微機勵磁調節器中，不同的電路模塊需要不同的輸入電壓，其中，本實用新型的電源轉換電路能夠將輸入的220V直流電或者220V交流電轉化成正負12V電源和5V電源為其他部分提供合適的工作電壓。
如圖7所示為本實用新型的電源轉換電路，電源轉換電路包括電源模塊PWR，電阻R2、R3，電容C3，二極體V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7和V8，發光二極體HL1、HL2，電源濾波器FL1，按鈕開關SB。外部直流220V電源的正極連接到二極體V1的陽極，負極連接到二極體V2的陰極，二極體V1的陰極分別並接到電阻R2的一端、二極體V3的陽極，電阻R2的另一端連接到發光二極體HL1的陽極，二極體V2的陽極分別並接到發光二極體HL1的陰極和電源模塊PWR的2腳，二極體V3的陰極串接按鈕開關SB連接到電源模塊PWR的1腳。外部直流220V電源的兩端分別連接到電源濾波器FL1的1腳和2腳，電源濾波器FL1的3腳分別並接到二極體V4的陽極和二極體V5的陰極，電源濾波器FL1的5腳分別並接到二極體V6的陽極和二極體V7的陰極，二極體V4的陰極分別並接到二極體V6的陰極、二極體V8的陽極、電阻R3的一端、電容C3的一端，二極體V8的陰極串接按鈕開關SB連接到電源模塊PWR的1腳，電阻R3的另一端連接到發光二極體HL2的陽極，二極體V5的陽極分別並接到二極體V7的陽極、電容C3的另一端、發光二極體HL2的陰極和電源模塊PWR的2腳；電源濾波器FL1的4腳連接到電源模塊PWR的3腳，電源模塊PWR的4腳輸出-12V電源，電源模塊PWR的5腳輸出12V電源，電源模塊PWR的7腳輸出5V電源，電源模塊PWR的6腳接地。
如圖8所示為本實用新型的觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路，用於將微控制器發出的觸發信號放大並進行可控矽的觸發。觸發脈衝功率放大及隔離輸出電路包括+24V電源，電阻R1、R8、R12、R16、R20、R24、R2、R6、R10、R14、R18、R22、R29、R52、R53、R54、R55、R56、R3、R4、R5、R7、R9、R11、R15、R13、R17、R19、R21和R23，電晶體VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6，電容C1、C4、C6、C8、C10、C12、C2、C3、C5、C7、C9和C11，二極體V19、V26、V21、V27、V22、V28、V23、V29、V24、V30、V25、V31、V1、V4、V7、V10、V13、V16、V2、V3、V5、V6、V8、V9、V11、V12、V14、V15、V17和V18，脈衝變壓器MB1、MB2、MB3、MB4、MB5和MB6；單片機發出的信號分成六路分別進入到電阻R1、R8、R12、R16、R20和R24的一端，電阻R1的另一端連接到電晶體VT1的基極，電晶體VT1的集電極分別並接電容C1和電阻R2，電容C1和電阻R2的公共端分別並接到二極體V19的陰極和二極體V31的陰極，電阻R8的另一端連接到電晶體VT2的基極，電晶體VT2的集電極分別並接電容C4和電阻R6，電容C4和電阻R6的公共端分別並接到二極體V26的陰極和二極體V21的陰極；電阻R12的另一端連接到電晶體VT3的基極，電晶體VT3的集電極分別並接電容C6和電阻R10，電容C6和電阻R10的公共端分別並接到二極體V27的陰極和二極體V22的陰極；電阻R16的另一端連接到電晶體VT4的基極，電晶體VT4的集電極分別並接電容C8和電阻R14，電容C8和電阻R14的公共端分別並接到二極體V28的陰極和二極體V23的陰極；電阻R20的另一端連接到電晶體VT5的基極，電晶體VT5的集電極分別並接電容C10和電阻R18，電容C10和電阻R18的公共端分別並接到二極體V29的陰極和二極體V24的陰極；電阻R24的另一端連接到電晶體VT6的基極，電晶體VT6的集電極分別並接電容C12和電阻R22，電容C12和電阻R22的公共端分別並接到二極體V30的陰極和二極體V25的陰極；二極體V19的陽極分別並接到二極體V1的陽極、脈衝變壓器MB1的c端和二極體V26的陽極，二極體V1的陰極連接到電阻R29的一端，電阻R29的另一端分別並接到+24V電源和脈衝變壓器MB1的a端；二極體V21的陽極分別並接到二極體V4的陽極、脈衝變壓器MB2的c端和二極體V27的陽極，二極體V4的陰極連接到電阻R52的一端，電阻R52的另一端分別並接到+24V電源和脈衝變壓器MB2的a端；二極體V22的陽極分別並接到二極體V7的陽極、脈衝變壓器MB3的c端和二極體V28的陽極，二極體V7的陰極連接到電阻R53的一端，電阻R53的另一端分別並接到+24V電源和脈衝變壓器MB3的a端；二極體V23的陽極分別並接到二極體V10的陽極、脈衝變壓器MB4的c端和二極體V29的陽極，二極體V10的陰極連接到電阻R54的一端，電阻R54的另一端分別並接到+24V電源和脈衝變壓器MB4的a端；二極體V24的陽極分別並接到二極體V13的陽極、脈衝變壓器MB5的c端和二極體V30的陽極，二極體V13的陰極連接到電阻R55的一端，電阻R55的另一端分別並接到+24V電源和脈衝變壓器MB5的a端；二極體V25的陽極分別並接到二極體V16的陽極、脈衝變壓器MB6的c端和二極體V31的陽極，二極體V16的陰極連接到電阻R56的一端，電阻R56的另一端分別並接到+24V電源和脈衝變壓器MB6的a端；脈衝變壓器MB1的b端連接到二極體V2的陽極，二極體V2的陰極分別並接到二極體V3的陰極、電容C2的一端、電阻R4的一端和電阻R3的一端，電阻R4的另一端連接到發光二極體HL1的陽極，脈衝變壓器MB1的d端分別並接到二極體V3的陽極、電容C2的另一端和發光二極體HL1的陰極，電阻R3、發光二極體HL1、電容C2、二極體V3和脈衝變壓器MB1的公共端的信號輸送到可控矽；脈衝變壓器MB2的b端連接到二極體V5的陽極，二極體V5的陰極分別並接到二極體V6的陰極、電容C3的一端、電阻R7的一端和電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接到發光二極體HL2的陽極，脈衝變壓器MB2的d端分別並接到二極體V6的陽極、電容C3的另一端和發光二極體HL21的陰極，電阻R7、發光二極體HL2、電容C3、二極體V6和脈衝變壓器MB2的公共端的信號輸送到可控矽；脈衝變壓器MB3的b端連接到二極體V8的陽極，二極體V8的陰極分別並接到二極體V9的陰極、電容C5的一端、電阻R11的一端和電阻R9的一端，電阻R9的另一端連接到發光二極體HL3的陽極，脈衝變壓器MB1的d端分別並接到二極體V9的陽極、電容C5的另一端和發光二極體HL3的陰極，電阻R11、發光二極體HL3、電容C5、二極體V9和脈衝變壓器MB3的公共端的信號輸送到可控矽；脈衝變壓器MB4的b端連接到二極體V11的陽極，二極體V11的陰極分別並接到二極體V12的陰極、電容C7的一端、電阻R13的一端和電阻R15的一端，電阻R13的另一端連接到發光二極體HL4的陽極，脈衝變壓器MB4的d端分別並接到二極體V12的陽極、電容C7的另一端和發光二極體HL4的陰極，電阻R15、發光二極體HL4、電容C7、二極體V12和脈衝變壓器MB4的公共端的信號輸送到可控矽；脈衝變壓器MB5的b端連接到二極體V14的陽極，二極體V14的陰極分別並接到二極體V15的陰極、電容C9的一端、電阻R19的一端和電阻R17的一端，電阻R17的另一端連接到發光二極體HL5的陽極，脈衝變壓器MB5的d端分別並接到二極體V15的陽極、電容C9的另一端和發光二極體HL5的陰極，電阻R19、發光二極體HL5、電容C9、二極體V15和脈衝變壓器MB5的公共端的信號輸送到可控矽；脈衝變壓器MB6的b端連接到二極體V17的陽極，二極體V17的陰極分別並接到二極體V18的陰極、電容C11的一端、電阻R23的一端和電阻R21的一端，電阻R21的另一端連接到發光二極體HL6的陽極，脈衝變壓器MB6的d端分別並接到二極體V18的陽極、電容C11的另一端和發光二極體HL6的陰極，電阻R23、發光二極體HL6、電容C11、二極體V18和脈衝變壓器MB6的公共端的信號輸送到可控矽。
除此之外，所述雙微機勵磁調節器還包括LCD液晶顯示屏，所述LCD液晶顯示屏與微控制器電連接。所述雙微機勵磁調節器還包括LED狀態指示燈，所述LED狀態指示燈與微控制器電連接。所述雙微機勵磁調節器還包括RS232標準串行通訊接口，所述RS232標準串行通訊接口與微控制器電連接。所述雙微機勵磁調節器還包括發電機定子過壓保護電路，所述發電機定子過壓保護電路與微控制器電連接。所述雙微機勵磁調節器還包括看門狗電路，所述看門狗電路與微控制器電連接。
在本實用新型中，有些電路的具體結構是沒有公開的，例如，電機定子電流測量電路、發電機定子過壓保護電路以及看門狗電路等等，這些電路的具體結構，本領域的技術人員均能通過現有技術中公開的資料中獲得用以完成本實用新型的雙微機勵磁調節器的全部功能。