【正文】 ()00RLI?? 若負載中 L 值較小，則在 關(guān)斷后，到了 時刻，如圖 所示，負載電流已衰Q2t減至零，會出現(xiàn)負載電流斷續(xù)的情況。 根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：1）保持開關(guān)周期 T 不變調(diào)節(jié)開關(guān)導通時間 ，稱為脈沖寬度調(diào)制（ Pulse ontWidth Modulation，縮寫 PWM）或脈沖調(diào)寬型。2）保持開關(guān)導通時間不變，改變開關(guān)周期 T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3） 和 T 都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。ont遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁a 原理圖 b 電流連續(xù)時的波形 c 電流斷續(xù)時的波形 圖 降壓斬波電路原理圖及波形 功率回路分析主回路作為勵磁控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是對 BUCK 電路的簡單應用，其執(zhí)行元件為IGBT，主回路原理圖如圖 所示。遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 28 頁 圖 控制主回路原理圖 作為一只電子開關(guān)，串接在發(fā)電機勵磁回路中。勵磁變壓器原邊取自發(fā)電網(wǎng)電壓，Lf 為發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組，電感量為 L，D1D6 一構(gòu)成三相不可控整流橋，經(jīng)電容濾波后向發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流電壓。 當 IGBT 導通時，續(xù)流二極管 D 截止，轉(zhuǎn)子電流經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組、而增大。當 IGBT 截止時，轉(zhuǎn)子繞組中的電流將減小。Lf 中產(chǎn)生感應電壓使續(xù)流二極管導通，給轉(zhuǎn)子續(xù)流，來維持轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流。當增大量等于減少量時，Lf 中的平均電流不變，達到穩(wěn)定運行工作狀態(tài)。勵磁電壓、勵磁電流的計算： 為了保護系統(tǒng)安全，設三相不可控整流橋整流濾波后的直流電壓為 ，E40VU?的最大值為 。導通時間為 ，截止時間為 。導通時，轉(zhuǎn)子兩端壓降為 40CKONTOFT，截止時，轉(zhuǎn)子電壓等于續(xù)流二極管壓降，忽略為零。則轉(zhuǎn)子電壓的平均值：V （）ONLEFUT???占空比為 CK （）ONCFT??即 （）LCEUK??勵磁電流的平均值：遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 （）CELKUIR??式中 R 為轉(zhuǎn)子回路的直流電阻。 根據(jù)系統(tǒng)的設置情況及其特點計算可得，最大的勵磁電壓為 ，最大勵磁電流32V。 由此可見，我們根據(jù)發(fā)電機機端電壓，轉(zhuǎn)子電流或無功負荷等因素的變化改變 ，CK亦即改變 IGBT 驅(qū)動方波的占空比，即可改變勵磁繞組兩端的電壓，從而達到調(diào)節(jié)發(fā)電機輸電電壓的目的。 檢測控制單元 檢測單元由降壓變壓器、整流橋、濾波電路和分壓電路組成。因為發(fā)電機端電壓較高，為了保證工作人員的安全，并對強電和弱電進行隔離，所以需要降壓變壓器進行測量和隔離。 本文因為控制對象單一，控制目標簡單，基于現(xiàn)有的實驗條件，采用單相降壓、整流、采樣法對機端電壓進行采樣。本次實驗采用的測量變壓器為（380 —25 ）降V壓變壓器，經(jīng)過整流、濾波轉(zhuǎn)換成與發(fā)電機端電壓成比例的直流電壓，輸出到比較整定環(huán)節(jié)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)較好的整流效果我們采用了單相不控橋整流芯片 。根GBU10據(jù)現(xiàn)場實驗測試結(jié)果能夠滿足測量需要。圖 是檢測控制單元的原理圖。圖 檢測單元原理圖其平均電壓值為 式中 為變壓器副邊電壓。 ?25 勵磁自動控制系統(tǒng)的仿真及結(jié)果分析 本文設計的同步發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)在設計和調(diào)試完成后在實驗室的小型同遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 30 頁步發(fā)電機上進行了試驗。實驗內(nèi)容包括系統(tǒng)動態(tài)特性試驗和穩(wěn)態(tài)抗擾動特性試驗兩部分，以檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性和抗擾動性能。系統(tǒng)實驗結(jié)構(gòu)圖為圖 。 圖 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 動態(tài)特性試驗動態(tài)特性試驗主要檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性，本試驗采用直流電源起勵方式，發(fā)電機在空載、10%階躍響額定轉(zhuǎn)速下運行時，閉合勵磁開關(guān)進行零起升壓。它的實驗參數(shù)包括：直流電機為 ，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min，同步發(fā)電機為 2KW，額定勵磁電流是，額定電壓 400V，額定功率是 50HZ，控制器是 PWM 控制芯片 SG3525 及外圍元器件組成，驅(qū)動是 M57962。 直流電源起勵方式 對于自并勵勵磁系統(tǒng)，在機組起動后轉(zhuǎn)速接近額定值，殘壓值約為額定電壓的 1%2%時提供發(fā)電機的初始勵磁，在發(fā)電機達到初步穩(wěn)定運行的電壓后再切斷該勵磁回路，這一過程稱為起勵。起勵試驗主要目的是為了檢查勵磁系統(tǒng)的接線和控制的正常與否，得出勵磁控制系統(tǒng)的起勵特性。 起勵流程起勵標志的設置遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 31 頁（1） 發(fā)電機尚未起勵，機組轉(zhuǎn)速為 0，導葉開度 3%，機組停機；（2） 開機后，發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的 95%；（3） 同時滿足以上 2 個條件時，設置起勵標志，開始記錄發(fā)電機的機端電壓。起勵當起勵標志有效后，勵磁系統(tǒng)執(zhí)行以下任務：開始計時（當計時超過一定時間便認為起勵失敗） ，投入起勵電源，使發(fā)電機建立初始電壓，發(fā)電機開始起勵。起勵標志的清除（1）具有起勵標志；（2）起勵成功或起勵失敗或有滅磁標志；（3）同時滿足以上兩個條件時，清除起勵標志。起勵成功后，起勵標志清除，則起勵過程結(jié)束。在收到起勵命令后，投入起勵電源，使發(fā)電機建立初始電壓，同時不斷檢測發(fā)電機的機端電壓（或勵磁電流）,如果在給定的時間內(nèi)（一般給定時間為 5 秒） ，發(fā)電機發(fā)電機電壓（或勵磁電流）未能達到設定值，則判定起勵過程失敗。若采用恒發(fā)電機電壓進行起勵，即發(fā)電機端電壓閉環(huán)運行正常起勵設定值一般是額定發(fā)電機電壓。若采用恒勵磁電流進行起勵，即轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)運行，最小起勵設定值是 15%額定勵磁電流。當利用查詢方式檢測到起勵標志后，開始記錄電壓數(shù)據(jù)，大概記錄 10 多秒的數(shù)據(jù)，在記錄數(shù)據(jù)過程中，邊記錄邊對性能指標進行實時計算，得出相應的性能指標量，并與國家標準進行比較，看是否滿足要求，若不滿足，及時報警。判斷完畢后，保存相關(guān)的數(shù)據(jù)。 國家相關(guān)標準 根據(jù)國家相關(guān)標準的規(guī)定：同步發(fā)電機起勵時，自動電壓調(diào)節(jié)器應該保證發(fā)電機電壓的超調(diào)量小于額定電壓的 15%，電壓的擺動次數(shù)不超過 3 次，調(diào)節(jié)時間小于 10 秒，電壓的上升時間不大于 秒。如果發(fā)生超調(diào)量過大，其原因可能是積分投入過早，積分投入一般大于要 70%額定電壓；也有可能是 PID 參數(shù)整定不當，這時就需要先通過發(fā)電機空載電壓階躍試驗來調(diào)整好 PID 參數(shù)后再進行本試驗遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 32 頁 MATLAB 仿真圖 圖 突加勵磁電壓給定時機端電壓波形圖 從圖中可以看出同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定起勵。從突加勵磁電壓到系統(tǒng)穩(wěn)定的動態(tài)過程中，沒有出現(xiàn)超調(diào)，沒有振蕩調(diào)節(jié)時間，符合國標規(guī)定的超調(diào)量不大于 15%、振蕩不超過 5 次、調(diào)節(jié)時間不大于 15 秒的要求。 抗擾動特性試驗 抗擾動特性試驗主要檢測系統(tǒng)的抗擾動特性，本試驗采用確定機端電壓改變發(fā)電機負載的方法，發(fā)電機的負載電流從空載到額定值之間變化。表 為同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)特性測試表。表 同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)特性測試表 從表 可以看出，勵磁自動控制系統(tǒng)的機端電壓基本能夠跟隨給定，負載電流的變化對機端電壓基本沒有影響，說明系統(tǒng)的抗擾動性能較好。從同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的動態(tài)特性試驗和抗擾動特性試驗可以看出系統(tǒng)基本能遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁夠達到要求，為了保證系統(tǒng)的主要設計目標能夠?qū)崿F(xiàn)恒機端電壓運行從動態(tài)特性波形可以看出系統(tǒng)動態(tài)特性有待進一步調(diào)整。整體分析，勵磁自動控制系統(tǒng)的機端電壓基本能夠跟隨給定，負載電流的變化對機端電壓基本沒有影響，說明系統(tǒng)的抗擾動性能較好。從同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的動態(tài)特性試驗和抗擾動特性試驗可以看出系統(tǒng)基本能夠達到要求，為了保證系統(tǒng)的主要設計目標能夠?qū)崿F(xiàn)恒機端電壓運行從動態(tài)特性波形可以看出系統(tǒng)動態(tài)特性有待進一步調(diào)整。綜合系統(tǒng)的整個試驗結(jié)果，同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機端電壓的恒定運行，抗擾動特性良好，有較好的動態(tài)特性，實現(xiàn)了系統(tǒng)的設計目標。遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 34 頁結(jié) 論 本文對同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)進行了研究，完成了控制對象的建模和控制器的設計。依據(jù)理論分析和參照相關(guān)文獻設計了功率主回路和控制電路，完成了基于SG3525 和 M57962 的勵磁控制系統(tǒng)的設計和調(diào)試。具體的成果如下: (l) 設計并搭建基于 IGBT 的開關(guān)式同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主電路和控制電路，對其工作原理進行了分析。設計了勵磁調(diào)節(jié)器的硬件控制電路，并對其進行了調(diào)試。 (2) 用飛升曲線法建立了同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，完成了對控制器工程設計法的設計。 (3) 完成了整個控制系統(tǒng)的調(diào)試和實驗，實驗結(jié)果表明同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機端電壓的恒定運行，具有較好的動態(tài)特性。 對于單機未并網(wǎng)的同步發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)已具備機端電壓的恒定運行功能，有比較好的動態(tài)特性，但是因為我們能力和實驗條件的限制主要還存在以下問題： （1）因為我們用來拖動同步發(fā)電機的直流電動機功率為 ，并不能拖動同步發(fā)電機使其達到額定轉(zhuǎn)速 1500r,所以系統(tǒng)的發(fā)電機的頻率不穩(wěn)定不能達到在生活中應用的水平。 （2）因為我們水平的限制，還不能實現(xiàn)同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的數(shù)字化。希望以后能夠在這個方向上進一步努力完成數(shù)字控制系統(tǒng)的設計工作。遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 35 頁致 謝 本論文是在武志濤老師的精心指導下完成的，從武老師身上，我不僅學到了很多的理論知識，更學到了很多做人的道理，武老師淵博的科學知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、認真的工作作風使我受益匪淺。在課題研究過程中，還得到一些同學的悉心指導和幫助。值此論文成稿之際，謹向辛勤培養(yǎng)我的老師和同學表示崇高的敬意和衷心的感謝。 在三年的學習期間，我得到了遼寧科技大學電信學院老師的熱情幫助和鼓勵。在此，向諸位老師在大學求學期間給予的悉心指導和幫助致以真誠的謝意。 在設計過程中，我得到了我們課題組同學們熱情的幫助和中肯的建議，使我的論文得以順利的完成，特別是給予了鼎立支持在此深表謝意。 最后，謹向我的親朋好友以及其他給予我關(guān)心、支持和幫助的老師、同學表示衷心的感謝!遼寧科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 36 頁參考文獻[1]張勇．王玉昆．過程控制系統(tǒng)及儀表[M]．北京：機械工業(yè)出版社，[2]王建輝．顧樹生．自動控制原理[M]．北京：清華大學出版社，[3]陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，[4]張勇．王玉昆．過程控制系統(tǒng)及儀表[M]．北京：機械工業(yè)出版社，[5]阮毅．陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，[6]李林駿．SG3525 電流控制型 PWM 控制器[J]．家電維修，[7]彭鴻才．電機原理及拖動[M]．北京：機械工業(yè)出版社，[8]王兆安．劉進軍．電力電子技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，[9]陸繼明，毛承雄，王丹．同步發(fā)電機微機勵磁控制系統(tǒng)[M]．北京：中國電力出版社，[10]Patel .,Hoft 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