摘要：利用數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對電壓或電流進行凋節(jié)成為一種趨勢。本文通過分析硬件系統(tǒng)平臺，闡述直流勵磁電源調(diào)節(jié)方案，同時提出相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制措施，進而為設(shè)計和實現(xiàn)直流電源數(shù)字化提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電位器 模擬控制線路 硬件系統(tǒng) 直流勵磁電源

1 概述

目前大部分同步電機的直流勵磁電源裝置采用的是三相全控整流橋模擬控制電路，運用電壓負反饋，觸發(fā)脈沖板分別對6個可控硅進行觸發(fā)的控制原理。其調(diào)節(jié)電壓電流是電位器模擬調(diào)節(jié)方式，經(jīng)長期運行會發(fā)現(xiàn)缺點較多：①電位器作為一種模擬器件，具有連續(xù)調(diào)節(jié)能力，但容易出現(xiàn)接觸不良的問題，而且與數(shù)字化發(fā)展方向不吻合。②模擬控制線路復(fù)雜，調(diào)節(jié)精度低，系統(tǒng)參數(shù)修改不方便。③模擬電位器調(diào)節(jié)方式帶來一系列不靈活與不方便，不利于遠程計算機軟件操作控制。

基于以上各方面的考慮，采用數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢。提出了直流勵磁電源的數(shù)字化調(diào)節(jié)方案，該方案擯棄了傳統(tǒng)的利用模擬電位器進行電壓或電流的調(diào)節(jié)方法，利用數(shù)字化的手段進行電壓或電流的調(diào)節(jié)。采用單片機+PLC對勵磁電源進行改造，實現(xiàn)了勵磁電源的數(shù)字化，將具有可靠性高，易實現(xiàn)智能控制，調(diào)整簡單等特點。以方便實現(xiàn)具有最小勵磁電流和最大勵磁電流限制功能，以防同步機欠勵及過載。計算機軟件界面將帶有完善的故障檢測功能，如同步電壓監(jiān)視、三相全橋六脈波整流器故障監(jiān)視、電流監(jiān)視、快熔斷監(jiān)視等功能。

2 硬件系統(tǒng)平臺

同步機的直流電源系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：第一是勵磁功率主電路部分，向同步電機的勵磁繞組提供可調(diào)節(jié)的直流勵磁電流；第二是勵磁調(diào)節(jié)器部分，通過測量、比較、計算等環(huán)節(jié)控制勵磁功率的大小。其硬件系統(tǒng)平臺如下圖1所示：

3 直流勵磁電源調(diào)節(jié)方案

數(shù)字直流勵磁電源調(diào)節(jié)方案如圖2。由上位工控機，下位機PLC，A/D，D/A模塊，數(shù)字式勵磁板控制器，直流電壓電流變送器，數(shù)顯表，反饋板等組成。機房上位機工控機通過RS485端口傳送與接收調(diào)節(jié)信號，設(shè)定參數(shù)，包括顯示傳送勵磁電壓和電流，過壓和過流保護值，欠流保護值等。通過窗口和移動條來實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓和電流的步進值。下位機PLC與上位機RS485端口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。通過電壓電流變送器將勵磁電源輸出電壓電流變送為4-20mA的模擬量送到PLC的A/D端口，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量上傳到工控機顯示勵磁電壓電流，同時通過PLC將其數(shù)字量與上位機設(shè)定的值相比較綜合判斷，再將所得結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換出0-10V的模擬量，此模擬量作為勵磁觸發(fā)控制板的勵磁調(diào)節(jié)，實現(xiàn)反饋比較綜合的數(shù)字化調(diào)節(jié)過程。

4 直流電源勵磁調(diào)節(jié)和控制策略

PID控制器作為同步電機勵磁控制器的基本控制方式，其調(diào)節(jié)理論比較成熟，其調(diào)試與應(yīng)用經(jīng)驗非常豐富，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行過程中，發(fā)揮著重要作用。受時變性、運行條件、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等因素的影響和制約，電力系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致恒定增益系數(shù)的（PID）控制器在一定程度上不能滿足系統(tǒng)的實際需要。通過選用自校正（PID）勵磁控制器，按照極點配置設(shè)計方法，對于同步電機的參數(shù)，通過在線方式進行辨識，對（PID）控制器的增益系數(shù)進行實時的改變。從而對同步電機勵磁實現(xiàn)自適應(yīng)控制。對于該控制器來說，能夠?qū)ν诫姍C運行條件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化進行自動跟蹤，與規(guī)勵磁控制器相比，其性能更加優(yōu)越。

PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值r（t）與輸出值c（t）進行比較構(gòu)成控制偏差

e（t）＝r（t）－c（t）

將其按比例、積分、微分運算后，并通過線性組合構(gòu)成控制量，如圖3所示，所以簡稱為P（比例）、I（積分）、D（微分）調(diào)節(jié)器。

5 總結(jié)

本直流勵磁電源數(shù)字化調(diào)節(jié)，采用計算機數(shù)據(jù)采集軟件，計算機與現(xiàn)場的PLC、數(shù)字儀表、單片機控制的晶閘管觸發(fā)控制板的通信。實現(xiàn)了直流勵磁電源的電壓與電流調(diào)節(jié)的實現(xiàn)方式，一個是現(xiàn)場勵磁柜的采用模擬電位器+儀表的調(diào)節(jié)方式。二個是遠程計算機軟件數(shù)字化界面的調(diào)節(jié)方式。

參考文獻：

[1]張春林，嚴萍.基于DSP的數(shù)字化高壓直流電源的研究[J].高電壓技術(shù)，2008，34（10）.

[2]張卓然.基于DSP的飛機高壓直流電源數(shù)字調(diào)壓器研究[J].電力電子技術(shù)，2005（4）.

[3]劉傳奇.可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計[J].科技風，2013（12）.

[4]胡念英.直流電源數(shù)字化調(diào)節(jié)的實現(xiàn)[J].南陽理工學(xué)院學(xué)報，2010，02（4）.

[5]吳恒玉.基于89S51單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2010，32（1）.