【正文】 ()00RLI?? 若負(fù)載中 L 值較小，則在 關(guān)斷后，到了 時(shí)刻，如圖 所示，負(fù)載電流已衰Q2t減至零，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。 根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)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(kāi)關(guān)周期 T 不變調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè)a 原理圖 b 電流連續(xù)時(shí)的波形 c 電流斷續(xù)時(shí)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(lì)磁控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是對(duì) BUCK 電路的簡(jiǎn)單應(yīng)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 圖 控制主回路原理圖 作為一只電子開(kāi)關(guān)，串接在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路中。勵(lì)磁變壓器原邊取自發(fā)電網(wǎng)電壓，Lf 為發(fā)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流電壓。 當(dāng) IGBT 導(dǎo)通時(shí)，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(dāng) IGBT 截止時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中的電流將減小。Lf 中產(chǎn)生感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管導(dǎo)通，給轉(zhuǎn)子續(xù)流，來(lái)維持轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流。當(dāng)增大量等于減少量時(shí)，Lf 中的平均電流不變，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)。勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流的計(jì)算： 為了保護(hù)系統(tǒng)安全，設(shè)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(dǎo)通時(shí)間為 ，截止時(shí)間為 。導(dǎo)通時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端壓降為 40CKONTOFT，截止時(shí)，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(lì)磁電流的平均值：遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè) （）CELKUIR??式中 R 為轉(zhuǎn)子回路的直流電阻。 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置情況及其特點(diǎn)計(jì)算可得，最大的勵(lì)磁電壓為 ，最大勵(lì)磁電流32V。 由此可見(jiàn)，我們根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，轉(zhuǎn)子電流或無(wú)功負(fù)荷等因素的變化改變 ，CK亦即改變 IGBT 驅(qū)動(dòng)方波的占空比，即可改變勵(lì)磁繞組兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸電電壓的目的。 檢測(cè)控制單元 檢測(cè)單元由降壓變壓器、整流橋、濾波電路和分壓電路組成。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)端電壓較高，為了保證工作人員的安全，并對(duì)強(qiáng)電和弱電進(jìn)行隔離，所以需要降壓變壓器進(jìn)行測(cè)量和隔離。 本文因?yàn)榭刂茖?duì)象單一，控制目標(biāo)簡(jiǎn)單，基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，采用單相降壓、整流、采樣法對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行采樣。本次實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量變壓器為（380 —25 ）降V壓變壓器，經(jīng)過(guò)整流、濾波轉(zhuǎn)換成與發(fā)電機(jī)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果能夠滿足測(cè)量需要。圖 是檢測(cè)控制單元的原理圖。圖 檢測(cè)單元原理圖其平均電壓值為 式中 為變壓器副邊電壓。 ?25 勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真及結(jié)果分析 本文設(shè)計(jì)的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和調(diào)試完成后在實(shí)驗(yàn)室的小型同遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè)步發(fā)電機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)抗擾動(dòng)特性試驗(yàn)兩部分，以檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和抗擾動(dòng)性能。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖為圖 。 圖 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)主要檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，本試驗(yàn)采用直流電源起勵(lì)方式，發(fā)電機(jī)在空載、10%階躍響額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，閉合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)進(jìn)行零起升壓。它的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括：直流電機(jī)為 ，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min，同步發(fā)電機(jī)為 2KW，額定勵(lì)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(dòng)是 M57962。 直流電源起勵(lì)方式 對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，在機(jī)組起動(dòng)后轉(zhuǎn)速接近額定值，殘壓值約為額定電壓的 1%2%時(shí)提供發(fā)電機(jī)的初始勵(lì)磁，在發(fā)電機(jī)達(dá)到初步穩(wěn)定運(yùn)行的電壓后再切斷該勵(lì)磁回路，這一過(guò)程稱為起勵(lì)。起勵(lì)試驗(yàn)主要目的是為了檢查勵(lì)磁系統(tǒng)的接線和控制的正常與否，得出勵(lì)磁控制系統(tǒng)的起勵(lì)特性。 起勵(lì)流程起勵(lì)標(biāo)志的設(shè)置遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè)（1） 發(fā)電機(jī)尚未起勵(lì)，機(jī)組轉(zhuǎn)速為 0，導(dǎo)葉開(kāi)度 3%，機(jī)組停機(jī)；（2） 開(kāi)機(jī)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的 95%；（3） 同時(shí)滿足以上 2 個(gè)條件時(shí)，設(shè)置起勵(lì)標(biāo)志，開(kāi)始記錄發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓。起勵(lì)當(dāng)起勵(lì)標(biāo)志有效后，勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行以下任務(wù)：開(kāi)始計(jì)時(shí)（當(dāng)計(jì)時(shí)超過(guò)一定時(shí)間便認(rèn)為起勵(lì)失敗） ，投入起勵(lì)電源，使發(fā)電機(jī)建立初始電壓，發(fā)電機(jī)開(kāi)始起勵(lì)。起勵(lì)標(biāo)志的清除（1）具有起勵(lì)標(biāo)志；（2）起勵(lì)成功或起勵(lì)失敗或有滅磁標(biāo)志；（3）同時(shí)滿足以上兩個(gè)條件時(shí)，清除起勵(lì)標(biāo)志。起勵(lì)成功后，起勵(lì)標(biāo)志清除，則起勵(lì)過(guò)程結(jié)束。在收到起勵(lì)命令后，投入起勵(lì)電源，使發(fā)電機(jī)建立初始電壓，同時(shí)不斷檢測(cè)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓（或勵(lì)磁電流）,如果在給定的時(shí)間內(nèi)（一般給定時(shí)間為 5 秒） ，發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電壓（或勵(lì)磁電流）未能達(dá)到設(shè)定值，則判定起勵(lì)過(guò)程失敗。若采用恒發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行起勵(lì)，即發(fā)電機(jī)端電壓閉環(huán)運(yùn)行正常起勵(lì)設(shè)定值一般是額定發(fā)電機(jī)電壓。若采用恒勵(lì)磁電流進(jìn)行起勵(lì)，即轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)運(yùn)行，最小起勵(lì)設(shè)定值是 15%額定勵(lì)磁電流。當(dāng)利用查詢方式檢測(cè)到起勵(lì)標(biāo)志后，開(kāi)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(guò)程中，邊記錄邊對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，得出相應(yīng)的性能指標(biāo)量，并與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，看是否滿足要求，若不滿足，及時(shí)報(bào)警。判斷完畢后，保存相關(guān)的數(shù)據(jù)。 國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：同步發(fā)電機(jī)起勵(lì)時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)該保證發(fā)電機(jī)電壓的超調(diào)量小于額定電壓的 15%，電壓的擺動(dòng)次數(shù)不超過(guò) 3 次，調(diào)節(jié)時(shí)間小于 10 秒，電壓的上升時(shí)間不大于 秒。如果發(fā)生超調(diào)量過(guò)大，其原因可能是積分投入過(guò)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(dāng)，這時(shí)就需要先通過(guò)發(fā)電機(jī)空載電壓階躍試驗(yàn)來(lái)調(diào)整好 PID 參數(shù)后再進(jìn)行本試驗(yàn)遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁(yè) MATLAB 仿真圖 圖 突加勵(lì)磁電壓給定時(shí)機(jī)端電壓波形圖 從圖中可以看出同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定起勵(lì)。從突加勵(lì)磁電壓到系統(tǒng)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，沒(méi)有出現(xiàn)超調(diào)，沒(méi)有振蕩調(diào)節(jié)時(shí)間，符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的超調(diào)量不大于 15%、振蕩不超過(guò) 5 次、調(diào)節(jié)時(shí)間不大于 15 秒的要求。 抗擾動(dòng)特性試驗(yàn) 抗擾動(dòng)特性試驗(yàn)主要檢測(cè)系統(tǒng)的抗擾動(dòng)特性，本試驗(yàn)采用確定機(jī)端電壓改變發(fā)電機(jī)負(fù)載的方法，發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流從空載到額定值之間變化。表 為同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)特性測(cè)試表。表 同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)特性測(cè)試表 從表 可以看出，勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)端電壓基本能夠跟隨給定，負(fù)載電流的變化對(duì)機(jī)端電壓基本沒(méi)有影響，說(shuō)明系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能較好。從同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)和抗擾動(dòng)特性試驗(yàn)可以看出系統(tǒng)基本能遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁(yè)夠達(dá)到要求，為了保證系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)恒機(jī)端電壓運(yùn)行從動(dòng)態(tài)特性波形可以看出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有待進(jìn)一步調(diào)整。整體分析，勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)端電壓基本能夠跟隨給定，負(fù)載電流的變化對(duì)機(jī)端電壓基本沒(méi)有影響，說(shuō)明系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能較好。從同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)和抗擾動(dòng)特性試驗(yàn)可以看出系統(tǒng)基本能夠達(dá)到要求，為了保證系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)恒機(jī)端電壓運(yùn)行從動(dòng)態(tài)特性波形可以看出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有待進(jìn)一步調(diào)整。綜合系統(tǒng)的整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)端電壓的恒定運(yùn)行，抗擾動(dòng)特性良好，有較好的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁(yè)結(jié) 論 本文對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，完成了控制對(duì)象的建模和控制器的設(shè)計(jì)。依據(jù)理論分析和參照相關(guān)文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了功率主回路和控制電路，完成了基于SG3525 和 M57962 的勵(lì)磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。具體的成果如下: (l) 設(shè)計(jì)并搭建基于 IGBT 的開(kāi)關(guān)式同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主電路和控制電路，對(duì)其工作原理進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硬件控制電路，并對(duì)其進(jìn)行了調(diào)試。 (2) 用飛升曲線法建立了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，完成了對(duì)控制器工程設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)。 (3) 完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)端電壓的恒定運(yùn)行，具有較好的動(dòng)態(tài)特性。 對(duì)于單機(jī)未并網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)已具備機(jī)端電壓的恒定運(yùn)行功能，有比較好的動(dòng)態(tài)特性，但是因?yàn)槲覀兡芰蛯?shí)驗(yàn)條件的限制主要還存在以下問(wèn)題： （1）因?yàn)槲覀冇脕?lái)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)功率為 ，并不能拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速 1500r,所以系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的頻率不穩(wěn)定不能達(dá)到在生活中應(yīng)用的水平。 （2）因?yàn)槲覀兯降南拗?，還不能實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的數(shù)字化。希望以后能夠在這個(gè)方向上進(jìn)一步努力完成數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁(yè)致 謝 本論文是在武志濤老師的精心指導(dǎo)下完成的，從武老師身上，我不僅學(xué)到了很多的理論知識(shí)，更學(xué)到了很多做人的道理，武老師淵博的科學(xué)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、認(rèn)真的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在課題研究過(guò)程中，還得到一些同學(xué)的悉心指導(dǎo)和幫助。值此論文成稿之際，謹(jǐn)向辛勤培養(yǎng)我的老師和同學(xué)表示崇高的敬意和衷心的感謝。 在三年的學(xué)習(xí)期間，我得到了遼寧科技大學(xué)電信學(xué)院老師的熱情幫助和鼓勵(lì)。在此，向諸位老師在大學(xué)求學(xué)期間給予的悉心指導(dǎo)和幫助致以真誠(chéng)的謝意。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了我們課題組同學(xué)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(jǐn)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(xué)表示衷心的感謝!遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 36 頁(yè)參考文獻(xiàn)[1]張勇．王玉昆．過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[2]王建輝．顧樹(shù)生．自動(dòng)控制原理[M]．北京：清華大學(xué)出版社，[3]陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[4]張勇．王玉昆．過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[5]阮毅．陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)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(jī)原理及拖動(dòng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[8]王兆安．劉進(jìn)軍．電力電子技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[9]陸繼明，毛承雄，王丹．同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，[10]Patel .,Hoft Techniques of Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor inverters:Part ⅠHarmonic Elimination.[J]．IEEE ,