[实用新型]开关式励磁调节器

说明书

本实用新型涉及一种同步发电机的励磁控制器。

近年来，采用大功率全控型电子开关元件，通过调控开关导通占空比的发电机开关式励磁调节器，因其较可控硅式励磁装置控制简单、可靠，逐步得到推广应用。但是，传统的开关式励磁调节器控制电路需要有专用的振荡电路或芯片产生锯齿波或三角波电压，再由控制电压与该电压比较产生方波脉冲电压并进行脉宽控制；而控制电压则由发电机的测量电压经整流、滤波、与给定电压比较、误差放大、信号综合等电路产生。为满足控制电路工作还须设置专用的直流工作电源等。这对中小型发电机来说控制电路仍显复杂，从而增加了励磁设备的技术复杂性和使用难度。

为此，内蒙古电力试验研究所研制并公开了一种电压纹波脉宽调制开关式励磁调节器(专利申请号：86100740)，利用发电机测量整流电压的纹波与直流基准电压比较，直接产生方波脉冲电压并完成脉宽控制，无须专用振荡电路，也无须对发电机测量电压进行复杂的信号处理及放大，不需设置专用直流工作电源。因而大大简化了励磁装置的控制电路，提高了励磁设备的可靠性、降低了成本。采用该原理设计的JL-1型开关式励磁调节器，在60兆瓦及以下发电机上应用，效果良好。但是，JL-1型励磁装置的电压纹波脉宽调制电路采用的是分立元件晶体管差分放大器电路，放大系数及灵敏度低，产生的方波脉冲开关速度慢，不利开关元件工作和提高电压调节精度；并且上述差分放大器电路和基准电压电路由发电机测量整流电压直接供电，该电压随机端电压变化较大且含有很大的纹波成分，对电路工作稳定性造成不良影响。

本实用新型的目的是对上述电压纹波脉宽调制开关式励磁调节器进行改进，提高电压纹波脉宽调制电路的灵敏度和稳定性，从而提高开关速度和发电机电压调节精度。

本实用新型的技术方案是：在上述电压纹波脉宽调制电路采用开环放大倍数极高的集成运算放大器构成的电压比较器，对带有纹波的发电机测量采样电压与直流基准电压进行比较，输出方波脉冲电压并依据测量采样电压的高低进行脉宽控制；集成电压比较器的输出控制驱动电路驱动功率开关元件工作；集成电压比较器及直流基准电压电路由发电机测量整流电压经串联稳压器稳压后供电。

本实用新型的技术方案与背景技术相比，由于集成运算放大器的开环放大倍数可达数万倍，构成电压比较器实现电压纹波脉宽调制，灵敏度高，有利提高电压调节精度，并且提高了方波电压的开关速度，减少功率元件的开关损耗。而原来采用的晶体管差分放大器放大倍数低，只有百倍左右，要达到足够的电压增益完成电压纹波脉宽调制，必须采取正反馈措施，使输入电压有一定的回差，这样就降低了电压调节精度，并且开关速度慢，开关损耗大。电压比较器和基准电压电路由发电机测量整流电压经串联稳压器供电，较由测量整流电压直接供电消除了电压变化和纹波对电路工作的影响，提高了电压比较器的工作稳定性和基准电压的精度。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：附图1是本实用新型的原理框图；附图2是本实用新型实施方案之一的电路图；附图3是电压纹波脉宽调制电路的波形转换图。图中：F为同步发电机，FLQ为发电机励磁线圈，L为直流励磁机，LLQ为励磁机励磁线圈，YH为发电机电压互感器。JK为励磁调节器输出开关晶体管，D为续流二极管。附图2中虚线框内的电路为本实用新型实施例的电路图，其中I为测量整流电路；II为调节采样电路；III为稳压器电路；IV为基准电压电路；V为电压纹波脉宽调制电压比较器；VI为驱动器电路；VII为输出开关和续流电路。

本实用新型励磁调节器的工作原理是：反映发电机电压的电压互感器(YH)二次电压，经励磁调节器的测量整流电路降压、整流，得到与发电机电压成正比的带有整流纹波的直流测量电压；该测量电压一路供给可调节分压比的调节采样电路，得到同样带有纹波的直流采样电压U1；另一路经稳压器得到一直流稳定电压，作为基准电压电路和电压比较器的工作电源。基准电压电路产生恒定的直流基准电压U2。U1、U2分别作为电压比较器的输入电压加入电压比较器的两输入端，电压比较器对输入电压比较后输出电压U3。采样电压高于基准电压时，输出电压U3为最大值，接近电源电压；采样电压低于基准电压时，输出电压U3为零伏。当采样电压与基准电压接近，采样电压U1的纹波在直流基准电压U2上下波动时，输出电压U3依据采样电压U1纹波的高低为一方波脉冲电压，实现电压纹波脉宽调制。附图3是其电压转换的波形图，图中曲线U1为采样电压波形；曲线U2为直流基准电压波形；曲线U3为输出方波脉冲电压波形。从图中可见方波脉冲电压转换点为U1电压纹波和U2直流电压的交点。在基准电压U2恒定不变的情况下，方波脉冲电压的脉宽，由采样电压U1的高低决定。电压比较器输出的方波脉冲电压经驱动电路转换电压并驱动功率输出开关元件导通与截止，控制励磁机的励磁电流，从而控制发电机的电压。当发电机的输出电压发生变化时，励磁调节器的采样电压也会相应发生变化，改变其电压纹波与基准电压的交点位置，从而改变电压比较器输出方波脉冲电压的脉宽，经输出开关电路控制改变励磁电流，对发电机电压进行调节，以保持发电机电压不变，实现发电机电压的负反馈自动调节。当需要人为改变发电机电压或无功功率时，只要调整调节采样电路的电位器，改变采样分压比，即可调节改变发电机的电压或无功。