HWKT09型微机励磁调理器是武汉洪山电工技能研究所研发的新式的由作为功率输出器材的自并激微机励磁调理器。它的最大特色是结构简略，主控回路只需一块面积为25×20(cm2)的印制电路板，以Intel公司准16位单片机(8098)为中心，加上外围接口芯片组成的操控体系。该设备于2000年12月在我站#1、#5机上成功投运，现在运转杰出。

  自并鼓励磁体系也便是直接励磁体系或称静态励磁体系。我站的HWKT09型IGBT自并鼓励磁体系由励磁变压器、三相不可控整流桥及IGBT功率单元、灭磁单元、操控单元四部分组成。沟通励磁电源取自发电机端(也称机端变压器)励磁变压器，励磁变压器的付方输出经三相不可控全波整流桥整流输出的直流电压给发电机励磁绕组励磁，励磁电流的调理经串接于发电机励磁回路的IGBT以直流斩波的办法完结。IGBT好像一只电子开关，在主动励磁调理器 AVR的操控下，接连处于导通或截止状况，以到达调理励磁电流的意图。

  我站#1、#5机励磁体系由操控部分和功率部分构成。操控部分由两台HWKT-09型微机励磁调理器及各种信号输入、输出转化操控环节构成一个励磁调理器柜(规范屏); 功率部分三相不可控全波整流桥加一组IGBT开关操控单元及相应滤波和维护回路构成功率柜(规范屏)，此外体系另包括发电机灭磁柜。

  因此整个发电机励磁体系由机端励磁变压器、励磁调理器HWKT-09、HKL-02功率柜、HMC-02灭磁柜及其它单元组成。

  IGBT器材结合了双极型晶体管的功率特性和场效应管操控简略的长处，将其运用于励磁范畴可使功率部分简化，也消除了SCR晶闸管可控整流办法的一些弊端。使体系的经济性和牢靠性得到了进步。

  功率单元主要由两部分组成: 整流、滤波设备和功率开关。前者将沟通励磁电源变换为直流电源后供功率开关运用，并滤除大的纹波、毛刺和均衡三相电源的负载。后者受控于调理器，调理功率开关的闭合时刻即可操控励磁电流的巨细。也便是说，调整功率管的导通时刻即可对发电机的励磁输入功率进行操控。

  把IGBT作为一只电子开关，跨接在发电机励磁绕组两头。VIN为来自励磁变压器的三相沟通电压，L1为转子绕组，当1K闭合后，三相沟通励磁电源通过D1～D6三相整流及电容C1滤波，得到直流电压UE，当1K闭合IGBT导通时，二极管D7截止，UE通过绕组L1、IGBT使L1中电流添加; 当IGBT截止时，L1中电流减小，发生的感应电压使D7导通，给L1续流。当IGBT导通期间，L1中的电流添加量大于在截止期间电流的减小量时，L1中的均匀电流添加，反之L1中的均匀电流减小。当添加量等于减小量时，L1中的均匀电流不变，到达安稳运转作业状况。

  设三相整流滤波后的直流电压为UE，IGBT导通时刻为TON，截止时刻为TOFF。导通时，转子两头压降为UE; 截止时，转子电压等于续流二极管D7管压降，忽略为零。如图三所示。

  由此可见，咱们依据发电机机端电压、转子电流或无功负荷等要素的改动改动KC，亦即改动IGBT驱动方波的占空比，即可改动励磁绕两头的电压，然后到达调理发电机输出电压、无功的意图。

  到现在为止，IGBT有多种驱动办法，基本上是由混合集成电路组成。日本富士电机公司出产的厚膜集成电路如EXB840/841、EXB850/851是专为IGBT规划的驱动模块，契合上述一切驱动条件，是抱负的驱动电路模块。HWKT09型微机IGBT开关式励磁设备选用了这种专用芯片。驱动模块的原理框图如图四所示。

  VCC、VEE为(20V供电电源，光耦PC1供给操控电路和IGBT的阻隔。Dz为5V稳压管，在IGBT截止时供给-5V反向偏压。当15脚到14脚有4mA电流通过期，光耦PC1导通，通过扩大器G使输出三极管T1导通、T2截止，VCC通过T1、R8、IGBT的栅极G、射极E，稳压管Dz给IGBT栅极供给+15V正向偏置，IGBT导通; 当15脚到14脚无电流时，PC1不通，T1截止、T2导通，稳压管DZ上+5V电压通过IGBT的射极E、栅极G、R8、T2使IGBT栅极电压为-5V，确保其牢靠截止。当IGBT过电流时，VCE添加，通过检测二极管D使过流维护动作，封闭扩大器G，起到护效果。

  该回路由高能氧化锌压敏电阻组件和专用快速直流开关为主组成。灭磁及转子过电压维护原理接线图如图五所示。图中YMR标明氧化锌压敏电阻，它是一种非常优秀的非线性元件，其电压与电流联络可用下式描绘:

  与此相对应的伏安特性如图六所示。能够将伏安特性划分为两个作业区域: I是小电流区，II是大电流区，A称为转机点。

  因为YMR与FLQ是并联衔接，当正常作业时，FLQ两头电压较低，YMR作业在小电流I区，流过它的电流较小，仅为数百微安，称为走漏电流。它既不能耗费能量，也不影响被维护目标的作业状况。一旦有过电压发生，氧化锌压敏电阻自身无任何延时，其呼应时刻大约为100毫秒，因此，它当即过渡到大电流II区作业,使得过电压得到约束并被吸收，维护了发电机转子免受过电压侵袭。

  当需求灭磁时，指令快速直流开关FMK分断，它很快堵截转子绕组与励磁电源的联络。转子作为一个大电感，使di/dt上升，即励磁绕组两头电压急剧添加，当超越氧化锌压敏电阻件的转机电压时，YMR当即作业在II区而呈现低阻状况，转子电流从FMK转移到压敏电阻上，敏捷完结换流进程。转子能量得以通过压敏电阻开释，完结灭磁。在灭磁进程中，YMR两头亦即转子电压简直为一稳定值。因此，这种灭磁办法接近于抱负灭磁状况。从FMK开断到安全建压仅需求数毫秒，而整个灭磁进程阅历的时刻大约为400毫秒。可见，这种新式的灭磁办法的确具有操作简略，灭磁速度快，开关容量大，过电压维护水平可控等共同长处。

  HWKT-09型微机励磁调理器的操控回路由主控电路、键盘显现电路、丈量电路、同步电路、开关量输入电路、调宽脉冲输出电路、信号输出电路、电源等部分组成。

  在规划HWKT-09的主控电路时，充沛使用该单片机的一些共同之处，使得这样一块小小芯片能充沛、合理的操控一套杂乱的励磁体系。运转经历标明，它功用完善、功用牢靠。现举几例阐明HWKT-09怎么充沛运用单片机所具有的资源。

  ◆四通道10位模数转化器(A/D)，能够非常便利地用于数据收集体系。在设备中，直接纳集四路模仿信号: 发电机励磁PT电压UFL、发动机外表PT电压UFY、发电机定子电流IF及励磁电流IL。

  ◆四路高速输入通道HSI.0、HSI.1、HSI.2、HSI.3，可用以记载外部事情。在本设备中，使用HSI.1通道丈量同步脉冲信号，使用HSI.0通道丈量功率脉冲信号。

  ◆六路高速输出通道HSO.0、HSO.1、HSO.2、HSO.3、HSO.4、HSO.5。在本设备中使用这些输出通道输出IGBT器材的触发信号。

  别的，该单片机指令体系极端丰富，选用寄存器-寄存器结构，增设了乘、除法指令，使编程简练便利。别的，CPU能接纳17个中止源信号，使中止体系简练适用。一只CPU芯片简直包括了一台核算机的一切部件。再通过有针对性的规划，使HWKT-09系列微机励磁调理器较国内其它厂家常用的八位Z80CPU、Intel8031以及8086CPU等，在用于实时操控方面，功用更强，功用更优，抗干扰功用更好，牢靠性更高。

  因为悉数选用了进口大规模或超大规模集成电路芯片，及其它工业级器材，牢靠性得到确保。因为硬件极端简略，给调试及维护带来极大的便利。别的输入、输出信号通过多重全阻隔，选用了高质量的双套开关电源电路，又采取了有用的抗干扰办法以及严厉的制作工艺，使得本设备不只有很高的牢靠性，并且功用优秀。

  由单片微机(8098)CPU、程序存储器(EPROM)、作业参数存储器(E2PROM)、石英晶体等组成。

  该电路由键盘显现操控芯片、8位数码管、数码管译码驱动芯片、16位键盘、键盘译码芯片等组成。通过特别按钮的开关信息和键盘中止来完结调理器参数设置、显现切换、(10%阶跃实验等功用。

  发电机电压UFY、体系电压UFL、发电机电流IF、励磁电流IL四路模仿量经降压(或变流)整流，再经运放缓冲扩大、送入单片机的A/D转化器。通过对电压、电流相位的检测来核算功率因数角及有功、无功。

  直流励磁体系中，通过单片机内部电路发生一组同步信号，别离发送到另一套调理器，通过逻辑判别，构成脉宽调制脉冲的同步信号。

  共有八路开关量输入，均经抗干扰处理及光电阻隔，再送到相应的检测芯片。八路开关量别离是: 添加励磁接点、削减励磁接点、风机方位接点、手动接点、油开关方位接点、灭磁接点、关机接点、开机接点。

  调理器面板配设相应的按钮，能“就地”、“单套”调理以及模仿发电机的运转状况。

  由CPU的高速输出口HSO输出单相脉宽调制矩形波，经光电阻隔、功率扩大输出，能够直接驱动IGBT功率器材。矩形波上升沿小于5us，幅值约15V， 瞬态输出电流500mA。

  共有14路信号输出，调理器面板上有对应的14只发光二极管指示，共用4个光字牌信号输出，并可接至中央操控室。这14路输出信号别离是: +12V电源、-12V电源、+5V电源、24V电源、风机毛病、手动运转、油开关状况、灭磁、低频、过励、低励、PT断线、实验及开机; 其间过励约束、顶值约束、过励维护共用过励指示信号，另还有正组脉冲指示、反组脉冲指示。

  当过励维护、PT断线维护动作，调理器输出设备毛病信号节点，一起在调理器面板上驱动相应指示信号; 当风机毛病(功率单元温度过高)、手动、灭磁、低励约束、过励约束、顶值约束等动作，调理器输出设备反常信号，一起在调理器面板上驱动相应指示信号; 另设正组脉冲、反组脉冲两路信号指示。

  电源选用双路输入双路开关电源并联作业办法。输入电源选用沟通220V整流后与直流 220V并联，输入到两套独立的开关电源，开关电源的输出并联。

  此规划办法充沛考虑了设备作业的根底--供电电源的牢靠性和冗余度，为整个设备的 正常作业供给坚实的根底。

  操控软件程序包括各功用子模块程序、显现、给定调理、开关量维护判别、收集、功率核算、主动PID、手动PID、低励PID、操控办法挑选、手动盯梢主动、主动盯梢手动、PSS、恒无功等、键盘处理子程序、高速输入中止、高速输出中止等。

  ◆ PID及PI操控调理，附加PSS或EOC调理(可选)，可变参数自适应调理及非线性最优调理

  图中A1、A2、A3别离是操控回路、励磁功率回路及发电机的输入输出特性。其间UKZ是操控环节A1的输出，它的巨细和占空比KC成正比。为了便利剖析，假定:

  Ugl是功率环节A2的输出(均匀值)。咱们由图二及剖析知: 在IGBT开关励磁中，输入、输出及占空比的联络为:

  由此可知，Ugl及KC是线性联络，因此体系具有很好的线性度和安稳性，下降了操控的杂乱性。

  IGBT开关式励磁调理器成功地将新式功率复合电子器材绝缘栅双极性晶体管IGBT运用于励磁操控范畴。因为IGBT一起具有接受高电压、大电流和作业速度快、操控功率低的特色，使得开关式励磁调理器结构简略、功用价格比大大进步。咱们信任，跟着大功率标准的IGBT的呈现，以IGBT作为功率器材的开关式励磁体系将会得到愈加广泛的运用。

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