專利名稱：一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)農(nóng)村小型水電站數(shù)量眾多，大多數(shù)發(fā)電機(jī)出口電壓都是400V電壓，能直接與農(nóng)村供電電網(wǎng)連接，電力輸送簡單方便。這種小型發(fā)電機(jī)主要生產(chǎn)于上個(gè)世紀(jì)90年代以前，其勵(lì)磁裝置多數(shù)采用了如下兩種勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式第一種為調(diào)節(jié)磁阻型，即通過調(diào)節(jié)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)的電阻阻值達(dá)到調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的目的，該類調(diào)節(jié)方式由于相關(guān)設(shè)備基本停產(chǎn)，供貨困難，運(yùn)行過程中更難于維護(hù)，所以該類調(diào)節(jié)方式已基本廢棄。第二種為模擬電路調(diào)節(jié)方式，該調(diào)節(jié)方式是純模擬電路調(diào)節(jié)，由分立元件構(gòu)成，其元件參數(shù)漂移嚴(yán)重，可靠性、安全性較差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，可克服元器件參數(shù)漂移對(duì)勵(lì)磁裝置可靠性的影響，使小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置更加穩(wěn)定可靠。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，包括殘壓起勵(lì)回路和單片機(jī)，所述殘壓起勵(lì)回路包括開關(guān)電源、起勵(lì)接觸器、起勵(lì)開關(guān)、限流電阻、二極管和快速熔斷器，所述起勵(lì)接觸器與限流電阻連接，并由開關(guān)電源直接控制，所述快速熔斷器、起勵(lì)開關(guān)、起勵(lì)接觸器的主觸頭和二極管依次連接在一起，當(dāng)起勵(lì)開關(guān)合間時(shí)，該殘壓起勵(lì)回路接通，發(fā)電機(jī)殘壓經(jīng)過半波整流成直流后送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓上升到開關(guān)電源的最低工作電壓后，開關(guān)電源能正常供電并使起勵(lì)接觸器控制線圈帶電，以使起勵(lì)接觸器的主觸頭動(dòng)作，將殘壓起勵(lì)回路斷開，完成小型發(fā)電機(jī)的起勵(lì)過程；所述單片機(jī)與外部開關(guān)電源連接，當(dāng)發(fā)電機(jī)相電壓達(dá)到外部開關(guān)電源的最低工作電壓時(shí)，外部開關(guān)電源工作，給單片機(jī)提供工作電源；所述單片機(jī)與外部串行 D/A輸出芯片連接并控制電壓給定值，將電壓給定值轉(zhuǎn)換成模擬量參與到PI控制環(huán)節(jié)中， 從而控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。本實(shí)用新型所述單片機(jī)設(shè)置有用于檢測小型發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓是否達(dá)到60%額定電壓的引腳，單片機(jī)首先將電壓給定值限定在60%額定電壓，當(dāng)單片機(jī)檢測到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓已達(dá)到60%額定電壓值后，單片機(jī)控制電壓給定值逐步上升至100%額定電壓值，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓也將外部串行D/A輸出芯片的控制下逐漸上升至100 %額定機(jī)端電壓。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還設(shè)置有用于聲控報(bào)警的引腳，該引腳外部聲控報(bào)警裝置連接，當(dāng)單片機(jī)檢測到有故障信號(hào)時(shí)對(duì)外報(bào)警。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還設(shè)置有用于外部轉(zhuǎn)子電壓過勵(lì)檢測的引腳，當(dāng)外部轉(zhuǎn)子電壓檢測回路檢測到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓超過額定轉(zhuǎn)子電壓的1. 2倍時(shí)，將給予所述過勵(lì)輸入引腳信號(hào)，單片機(jī)檢測到該信號(hào)后使上述用于聲控報(bào)警的引腳輸出報(bào)警信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部聲控報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還設(shè)置有用于并網(wǎng)的引腳，可接受外部并網(wǎng)命令信號(hào)，使單片機(jī)程序工作在并網(wǎng)狀態(tài)，閉鎖停機(jī)命令，設(shè)置電壓給定值下限，防止小型發(fā)電機(jī)失磁。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還分別設(shè)置有用于小型發(fā)電機(jī)增磁和減磁的引腳，當(dāng)單片機(jī)檢測到外部有增、減磁控制信號(hào)時(shí)，對(duì)電壓給定值進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作，從而控制小型發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓或者無功大小。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還設(shè)置有至少三個(gè)用于檢測可控硅脈沖故障的引腳和一個(gè)可控硅脈沖故障指示燈引腳，所述可控硅脈沖故障指示燈引腳與外部故障指示燈連接， 當(dāng)單片機(jī)檢測到脈沖故障時(shí)，將驅(qū)動(dòng)外部脈沖故障指示燈亮，并使用于聲控報(bào)警的引腳輸出報(bào)警信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部聲控報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還設(shè)置有用于停機(jī)命令的引腳，當(dāng)外部輸入停機(jī)命令時(shí)， 單片機(jī)將進(jìn)入中斷處理程序，將電壓給定值設(shè)置為0，使發(fā)電機(jī)電壓降至0，完成停機(jī)過程。本實(shí)用新型所述單片機(jī)還設(shè)置有用于檢測綜合故障的引腳，所述綜合故障輸入引腳與外部檢測回路連接，當(dāng)發(fā)生可控硅過熱、快速熔斷器熔斷、PT故障和同步故障的其中一種或多種故障時(shí)，由外部檢測回路給予所述用于檢測綜合故障的引腳信號(hào)，單片機(jī)檢測到該信號(hào)后，使上述聲控報(bào)警輸出引腳輸出報(bào)警信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部聲控報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，便于裝置維護(hù)，且其維護(hù)成本低；2.本實(shí)用新型可克服元器件參數(shù)漂移對(duì)勵(lì)磁裝置可靠性的影響，使小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置更加穩(wěn)定、可靠。3.本實(shí)用新型通過單片機(jī)設(shè)定電壓給定值控制小型發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，可降低發(fā)電機(jī)電壓的超調(diào)量，避免了電壓過沖對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子絕緣造成損壞，增強(qiáng)小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁過程安全性。

圖1是本實(shí)用新型殘壓起勵(lì)回路的電路圖；圖2是本實(shí)用新型核心控制回路的電路圖。
具體實(shí)施方式
一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，主要由殘壓起勵(lì)回路和單片機(jī)兩個(gè)部分構(gòu)成殘壓起勵(lì)回路，由24V開關(guān)電源、起勵(lì)接觸器JCQ、起勵(lì)開關(guān)QS3、限流電阻R62、防反向二極管V4、快速熔斷器FU13構(gòu)成，如圖1所示。所述起勵(lì)接觸器與限流電阻連接，并由開關(guān)電源直接控制，所述快速熔斷器、起勵(lì)開關(guān)、起勵(lì)接觸器的主觸頭和二極管依次連接在一起，當(dāng)起勵(lì)開關(guān)合間時(shí)，該殘壓起勵(lì)回路接通，發(fā)電機(jī)殘壓經(jīng)過半波整流成直流后送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓上升到開關(guān)電源的最低工作電壓后，開關(guān)電源能正常供電并使起勵(lì)接觸器控制線圈帶電，以使起勵(lì)接觸器的主觸頭動(dòng)作，將殘壓起勵(lì)回路斷開，完成小型發(fā)電機(jī)的起勵(lì)過程；所述單片機(jī)與外部開關(guān)電源連接，當(dāng)發(fā)電機(jī)相電壓達(dá)到外部開關(guān)電源的最低工作電壓時(shí)，外部開關(guān)電源工作，給單片機(jī)提供工作電源；所述單片機(jī)與外部串行D/A輸出芯片連接并控制電壓給定值，將電壓給定值轉(zhuǎn)換成模擬量參與到PI控制環(huán)節(jié)中，從而控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。當(dāng)發(fā)電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，由于機(jī)組剩磁的原因，發(fā)電機(jī)機(jī)端有少量的殘余電壓， 本裝置的殘壓起勵(lì)回路即利用該殘壓進(jìn)行起勵(lì)。當(dāng)QS3合間時(shí)，該殘壓起勵(lì)回路接通，發(fā)電機(jī)殘壓經(jīng)過半波整流成直流后送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，此時(shí)發(fā)電機(jī)電壓逐漸上升，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓上升到一定程度時(shí)，24V開關(guān)電源能正常供電工作，使起勵(lì)接觸器JCQ控制線圈帶電，JCQ動(dòng)作，將起勵(lì)回路斷開。此時(shí)，為確保起勵(lì)回路斷開，再將QS3斷開，整個(gè)操作即完成了發(fā)電機(jī)起勵(lì)過程。所述單片機(jī)采用89C2051單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。89C2051單片機(jī)由外部開關(guān)電源提供+5V工作電源，在殘壓起勵(lì)回路的作用下，小型發(fā)電機(jī)電壓逐漸上升，當(dāng)發(fā)電機(jī)相電壓達(dá)到開關(guān)電源的最低工作電壓85V時(shí)，開關(guān)電源可靠工作，給單片機(jī)提供+5V工作電源。單片機(jī)開始工作后，首先將電壓給定值限制在60 % 額定機(jī)端電壓值，并通過？3.4、？3.5、？3.7三個(gè)引腳控制外部串行0/^輸出芯片，將電壓給定值轉(zhuǎn)換成模擬量，參與到PI控制環(huán)節(jié)中，從而控制小型發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。此時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓逐步上升并將穩(wěn)定在60%額定電壓左右。5秒鐘后，當(dāng)單片機(jī)檢測到發(fā)電機(jī)電壓已達(dá)到60%額定電壓值，即P3. 0引腳為低電平，單片機(jī)控制電壓給定值逐步上升至100%額定電壓值，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓也將在PI環(huán)節(jié)的控制下逐漸上升至100%額定機(jī)端電壓。此過程能降低發(fā)電機(jī)電壓的超調(diào)量，避免了電壓過沖對(duì)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子絕緣造成損壞。89C2051單片機(jī)內(nèi)部控制還包括了增減磁控制以及相關(guān)故障的檢測判斷，其中，P1.0為輸出引腳，定義為聲控報(bào)警，當(dāng)檢測到有故障發(fā)生時(shí)，單片機(jī)控制該引腳輸出脈沖，從而控制聲控報(bào)警裝置對(duì)外報(bào)警。Pl. 1為輸入引腳，定義為過勵(lì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓檢測回路檢測到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓超過額定轉(zhuǎn)子電壓的1. 2倍時(shí)，檢測回路將Pl. 1引腳置為低電平，當(dāng)單片機(jī)檢測到Pl. 1引腳為低電平時(shí)，判斷過勵(lì)信號(hào)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)聲控報(bào)警。Pl. 2為輸入引腳，定義為并網(wǎng)。由于小型發(fā)電機(jī)主回路簡單，并網(wǎng)開關(guān)為手動(dòng)操作，結(jié)構(gòu)簡單，無輔助接點(diǎn)引出，因此無法通過判斷并網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)來判斷當(dāng)前發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，需要人工從外部給并網(wǎng)令信號(hào)至單片機(jī)內(nèi)部，讓單片機(jī)程序工作在并網(wǎng)狀態(tài)，閉鎖逆變令，設(shè)置電壓給定值下限，防止失磁。PI. 3、P1. 4為輸入引腳，分別定義為增磁、減磁。當(dāng)外部有增、減磁控制時(shí)，對(duì)應(yīng)的引腳將變成低電平。當(dāng)單片機(jī)檢測到兩個(gè)引腳中有低電平信號(hào)時(shí)，對(duì)電壓給定值進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作，從而控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓或者無功大小。Pl. 5、P1. 6、P1. 7為輸入引腳，用于檢測脈沖故障。發(fā)電機(jī)的可控硅脈沖由單獨(dú)的脈沖觸發(fā)模塊控制，單片機(jī)對(duì)該脈沖進(jìn)行檢測，防止脈沖錯(cuò)誤。由于脈沖信號(hào)為高電平有效，在正常情況下，該三個(gè)引腳不應(yīng)該同時(shí)為低電平或者同時(shí)為高電平。當(dāng)檢測到這三個(gè)引腳同時(shí)為低電平或者同時(shí)為高電平時(shí)，將判斷脈沖故障。同時(shí)將置P3. 1腳為低電平，驅(qū)動(dòng)外部脈沖故障燈亮和使聲控報(bào)警裝置報(bào)警，。P3. 2為輸入引腳，定義為停機(jī)令，即逆變令。當(dāng)外部輸入停機(jī)令時(shí)，單片機(jī)將進(jìn)入中斷處理程序。此時(shí)如果沒有并網(wǎng)令，單片機(jī)將電壓給定值設(shè)置為0，使發(fā)電機(jī)電壓降至0，完成停機(jī)過程。P3. 3為輸入引腳，定義為綜合故障。當(dāng)發(fā)生可控硅過熱、快熔熔斷、PT故障、同步故障時(shí)，外部檢測回路將P3. 3引腳置為低電平，單片機(jī)檢測到該信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)聲控報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此，在本實(shí)用新型上述基本技術(shù)思想前提下，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容所做出其它多種形式的修改、替換或變更，均在本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，包括殘壓起勵(lì)回路和單片機(jī)，所述殘壓起勵(lì)回路包括開關(guān)電源、起勵(lì)接觸器、起勵(lì)開關(guān)、限流電阻、二極管和快速熔斷器，所述起勵(lì)接觸器與限流電阻連接，并由開關(guān)電源直接控制，所述快速熔斷器、起勵(lì)開關(guān)、起勵(lì)接觸器的主觸頭和二極管依次連接在一起；所述單片機(jī)與外部串行D/A輸出芯片連接并控制電壓給定值，外部串行D/A輸出芯片將電壓給定值轉(zhuǎn)換成模擬量從而控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)為89C2051型單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)設(shè)置有用于檢測小型發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓是否達(dá)到60%額定電壓的引腳。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)置有用于聲控報(bào)警的引腳，該引腳與外部聲控報(bào)警裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)置有用于外部轉(zhuǎn)自電壓過勵(lì)檢測的引腳，該引腳與外部轉(zhuǎn)子電壓檢測回路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)置有用于并網(wǎng)的引腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還分別設(shè)置有用于小型發(fā)電機(jī)增磁和減磁的引腳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)置有至少三個(gè)用于檢測可控硅脈沖故障的引腳和一個(gè)可控硅脈沖故障指示燈引腳，所述可控硅脈沖故障指示燈引腳與外部故障指示燈連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)置有用于停機(jī)命令的引腳。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)置有用于檢測綜合故障的引腳，該引腳與外部檢測回路連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置，包括殘壓起勵(lì)回路和單片機(jī)，所述殘壓起勵(lì)回路包括開關(guān)電源、起勵(lì)接觸器、起勵(lì)開關(guān)、限流電阻、二極管和快速熔斷器，所述起勵(lì)接觸器與限流電阻連接，并由開關(guān)電源直接控制，所述快速熔斷器、起勵(lì)開關(guān)、起勵(lì)接觸器的主觸頭和二極管依次連接在一起；所述單片機(jī)與外部串行D/A輸出芯片連接并控制電壓給定值，外部串行D/A輸出芯片將電壓給定值轉(zhuǎn)換成模擬量從而控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。本實(shí)用新型可克服元器件參數(shù)漂移對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性的影響，使小型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02P9/26GK201966862SQ20102065660
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者曹成軍, 李海燕 申請(qǐng)人:中國電器科學(xué)研究院, 廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司