基于DSP的復合勵磁恒壓同步發(fā)電機控制器
丁曉峰，劉景林，張鑫
(西北工業(yè)大學，陜西西安710072)
摘要：通過采用數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器對復合勵磁同步發(fā)電機進行自適應控制，實現(xiàn)發(fā)電機的高精度穩(wěn)壓輸出。分析了復合勵磁同步發(fā)電機的工作原理，設計了一套以DsP2407為控制核心的復合勵磁同步發(fā)電機控制器，對主功率電路、勵磁電路和控制電路進行了分析和設計，并對該套電路進行了試驗測試，性能指標符合要求。
關鍵詞：復合勵磁；同步發(fā)電機；DsP2407；控制器
中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)06—0042—04
0引 言
基于DsP的復合勵磁恒壓同步發(fā)電機集電機、電力電子技術、高性能微型處理器、新材料等技術于一體，是兼有高科技含量和市場前景的新型機電一體化產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的發(fā)電機相比，性能指標顯著提高。該種發(fā)電機電壓調(diào)整率很小，具有接近水平的外特性，全自動調(diào)壓，可動態(tài)實時調(diào)節(jié)輸出功率，發(fā)電機適應負載范圍寬，過載能力強，節(jié)能效果明顯，可顯著改善供電品質(zhì)，提高供電系統(tǒng)的可靠性，使不同的用電負載之間的相互干擾和影響降低到****限度，是未來發(fā)電機發(fā)展的主要方向之一。
本文設計了一套以DSP2407為控制核心的復合勵磁同步發(fā)電機控制器，DsP2407將實時處理能力和控制器外設功能集于一身，具有靈活的指令集、內(nèi)部操作靈活性、高速的運算能力、改進的并行結構和有效的成本，為控制系統(tǒng)應用提供了一個理想的解決方案。另外，對+27 V和±13 V主功率電路、±13 V中線調(diào)零電路、勵磁驅(qū)動電路和控制電路進行了分析和設計，并對該套電路進行了試驗測試，測試結果符合系統(tǒng)性能指標要求。
1 復合勵磁同步發(fā)電機
同步電機主要用作發(fā)電機，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所用的電能一般均是由同步發(fā)電機供給的�，F(xiàn)在廣泛應用的是普通的電勵磁同步發(fā)電機，這種發(fā)電機的磁場控制可以方便地通過勵磁電流的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，輸出實時勝較好，但運行效率低。永磁發(fā)電機制成以后，難以調(diào)節(jié)磁場以控制其輸出電壓和功率因數(shù)，且永磁材料的溫度系數(shù)較大，在其原動機、負載或者環(huán)境溫度變化時將引起發(fā)電機輸出電壓的波動，影響負載的正常工作，從而限制了它的應用范圍。
自適應復合勵磁恒壓同步發(fā)電機的出現(xiàn)，較好地解決了永磁發(fā)電機的電壓難以調(diào)節(jié)的困難，綜合了永磁發(fā)電機和電勵磁發(fā)電機的特點，使兩種模式優(yōu)勢互補，從而獲得優(yōu)越的性能。由于稀土永磁體具有高磁能積和高矯頑力，特別是高內(nèi)稟矯頑力，采用稀土永磁后可以增大氣隙磁密，從而縮小電機體積，減輕質(zhì)量，提高功率質(zhì)量比。
復合勵磁稀土永磁同步發(fā)電機是一種能解決永磁發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)問題的新型發(fā)電機，這種發(fā)電機可以看成是由兩部分組成：主要部分和稀土永磁發(fā)電機相同，稱為主發(fā)電機部分；而輔助調(diào)節(jié)電壓的部分類似于電勵磁發(fā)電機，稱為輔助電勵磁部分。兩部分共有一套電樞繞組，主發(fā)電機部分承擔主要的能量輸出任務，電壓調(diào)節(jié)所需要的磁場變化部分由輔助電勵磁部分的電勵磁繞組來實現(xiàn)。這種復合勵磁稀土永磁同步發(fā)電機具有以下特點：
(1)輔助電勵磁部分的損耗小，具有永磁發(fā)電機的高效率特點；
(2)磁場調(diào)節(jié)方便，解決了永磁發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)難的問題；
(3)勵磁電流比電勵磁發(fā)電機小得多，勵磁損耗小。
2系統(tǒng)總體設計
圖l為系統(tǒng)總體框圖。在本系統(tǒng)中，通過分析系統(tǒng)的功能和比較各微處理器的性能等，最終系統(tǒng)選擇DSP2407作為控制系統(tǒng)的核心�？刂齐娐返闹饕饔檬峭ㄟ^對發(fā)電機輸出量，控制器輸出量進行在線測量，將在線測量值送人DsPA407進行數(shù)據(jù)處理，從而對發(fā)電機的勵磁及控制器中的主功率驅(qū)動電路協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)閉環(huán)及保證在可變負載條件下均能保持輸出電壓穩(wěn)定不變，用電設備始終工作在****狀態(tài)。
3控制器硬件設計
3．1 DSP最小系統(tǒng)及外圍電路
在本最小系統(tǒng)中，選擇DSP2407作為它的核心器件，有源晶振的頻率為10 MHz，4倍頻之后，DSP2407可以達到它的****工作頻率40 MHz。如圖2所示。JTAG口可以實現(xiàn)DSP2407的在線仿真。由于DSP2407采用高性能靜態(tài)cMOs技術，使得供電電壓降至3．3 V，減小了控制器的功耗，同時外擴存儲器時也需選擇3．3 v供電的存儲器，本系統(tǒng)選擇了IS |
