东莞市加能机电设备工程有限公司
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发电机组的控制系统是柴油发电机组组成的一个重要部分,也是柴油发电机组的心脏, 柴油发电机组作为重要的主电源或备用电源得到了广泛的应用， 智能控制系统在柴油发电机组中的应用推广， 有助于提高柴油机组输出电能质量和柴油机组的自动化水平。本文主要研究的是柴油发电机组的控制部分， 数字式励磁控制器较传统的模拟电路励磁控制器具有精度高， 反应快， 控制算法适应性强， 对于不同特性的电机只要通过调整程序参数就能适应，甚至可以实现更高端的自适应智能控制算法等优点。
数字式励磁控制器总体设计方案
数字式励磁控制器的总体设计方案， 主电路： 采用 ＭＯＳＦＥＴ 单管 ＰＷＭ斩波控制励磁线圈， 可以满足不同结构同步无刷发电机励磁控制的需要。 微处理器（ ＭＣＵ） ： 微处理器是数字励磁控制器的 ＣＰＵ， 是整个系统的核心， 需要完成的控制功能有：
（ １） 一些低速的程序。包括频率测量、保护、自检、通信、报警等；
（ ２） 高阶实时控制算法。包括采样、数字滤波、控制算法运算、智能算法、参数计算等复杂信号处理算法， 得出的数据供 ＣＰＵ 实现高性能的励磁控制。
（ ３） 负责各个电量参数的检测并作 ＡＤ 转换， 作为控制算法的输入参数。
（ ４） 产生斩波器的 ＰＷＭ控制信号。 ＡＤＣ 模数转换器： 采用多点交流采样技术， 采样周期由ＭＣＵ 控制， ＡＤＣ 进行采样转换以后， 数据送入 ＭＣＵ 进行进一步处理。
工作电源
由于微处理器的工作电源要求， 我们需要一个 ５Ｖ 的稳定直流电源， 信号调理电路的运算电路的供电需要一组±１２Ｖ的直流电源， 另外， 开关量输出需要驱动继电器， 所以需要一个＋２４Ｖ 的直流电源， 为此我们需要设计一个电源转化模块得到系统正常工作所需的三组 ＤＣ 电源。
1、励磁输出主电路的设计
励磁控制器的功率输出为一可以控制电流和电压的直流输 出 ， 总 体 设 计 时 确 定 了 此 励 磁 整 流 输 出 的 额 定 电 压 为８０ＶＤＣ， 额定励磁电流为 １０Ａ， 强励时达到 ２５Ａ。励磁功率来源于交流电源， 可以是发电机本身提供的， 也可以是外部提供的，外部提供的电源通常都比较优良稳定， 发电机提供的电源由于有启动的影响， 而且在运行过程中有可能会发生波动畸变等不稳定的因素， 这些都会影响励磁输出的性能。所以我们针对从发电机取电的情况进行研究和设计。
来自交流同步发电机的三相交流电经过三相桥式整流电路整流之后通过 ＭＯＳＦＥＴ 管斩波后输出到励磁线圈。图中励磁线圈上端的电阻、二极管、电容组成缓冲电路， 加入缓冲电路， 可将部分开关功耗转移到缓冲电路上， 达到保证器件安全运行的目的。
ＭＯＳＦＥＴ 管的驱动电路， 选用 ＩＲ２２１３ 集成 ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴ驱动器， ＩＲ２２１３ 是 ＩＲ 公司出品的一款适应高压、高速场合应用的高低桥 ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴ 集成驱动器， 可提供最大 ２Ａ 的吸入电流和 ２Ａ 的栅极驱动能力， 具有逻辑关断输入的 ＳＤ 引脚， 可以接受低至 ３．３Ｖ 的逻辑信号输入， 方便 ＣＰＵ 的控制。
2、ＭＣＵ 电路设计
ＭＣＵ 作为数字励磁控制器的 ＣＰＵ， 基于其各种功能以及柴油发电机组的工作环境要求比较特殊， 因此在做 ＣＰＵ 选型的时候也要重点注意 ＣＰＵ 的温度特性等抗干扰性能的优劣。考虑到 ＭＣＵ 功能和工作温度较高（要求达到－ ４０℃－ － ＋１２５℃） 的要求， 我们选用 ＡＤＩ 公司的军工级具有 ８０５２ 核心和 １２ｂｉｔ 高性能 ＡＤ 的模拟微处理器 ＡＤｕＣ８３１。
ＡＤｕＣ８３１ 是一个完全综合的 ２４７ｋ 采样保持数据采集系统， 在同一片中结合了高性能的自校准 １２ 位 ＡＤＣ 多路通道，双 １２ 位 ＤＡＣ 通道和可编程 ８ 位 ＭＣＵ。微处理器核心是 ８０５２，提供片内 ６２ｋＢ 非易失性闪速／电擦除程序存储器。还提供片内４ｋＢ 非易失性闪速／电擦除数据存储器、２５６ｂ ＲＡＭ和 ２ｋＢ 扩展ＲＡＭ。
ＡＤｕＣ８３１ 还提供额外的电源监视器， 和一个高精度参考源。片内数字外围设备包括 ２ 个 １６ 位 Σ－ ΔＤＡＣ， 双输出 １６ 位ＰＷＭ， 看门狗定时器， 定时间隔计数器， ３ 个定时器／计数器， 定时器 ３ 用于波特率产生核串行接口 Ｉ ／ Ｏ（ Ｉ２Ｃ， ＳＰＩ 和 ＵＡＲＴ） 。
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