直流電源數字化設計與實現

摘要：利用數字式勵磁調節系統對電壓或電流進行凋節成為一種趨勢。本文通過分析硬件系統平臺，闡述直流勵磁電源調節方案，同時提出相應的調節和控制措施，進而為設計和實現直流電源數字化提供參考依據。

關鍵詞：電位器 模擬控制線路 硬件系統 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，觸發脈沖板分別對6個可控硅進行觸發的控制原理。其調節電壓電流是電位器模擬調節方式，經長期運行會發現缺點較多：①電位器作為一種模擬器件，具有連續調節能力，但容易出現接觸不良的問題，而且與數字化發展方向不吻合。②模擬控制線路復雜，調節精度低，系統參數修改不方便。③模擬電位器調節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，采用數字式勵磁調節系統已成為發展趨勢。提出了直流勵磁電源的數字化調節方案，該方案擯棄了傳統的利用模擬電位器進行電壓或電流的調節方法，利用數字化的手段進行電壓或電流的調節。采用單片機+PLC對勵磁電源進行改造，實現了勵磁電源的數字化，將具有可靠性高，易實現智能控制，調整簡單等特點。以方便實現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，如同步電壓監視、三相全橋六脈波整流器故障監視、電流監視、快熔斷監視等功能。

2 硬件系統平臺

同步機的直流電源系統由兩部分構成：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節的直流勵磁電流；第二是勵磁調節器部分，通過測量、比較、計算等環節控制勵磁功率的大小。其硬件系統平臺如下圖1所示：

3 直流勵磁電源調節方案

數字直流勵磁電源調節方案如圖2。由上位工控機，下位機PLC，A/D，D/A模塊，數字式勵磁板控制器，直流電壓電流變送器，數顯表，反饋板等組成。機房上位機工控機通過RS485端口傳送與接收調節信號，設定參數，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調節電壓和電流的步進值。下位機PLC與上位機RS485端口實現數據通信。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，轉換為數字量上傳到工控機顯示勵磁電壓電流，同時通過PLC將其數字量與上位機設定的值相比較綜合判斷，再將所得結果通過D/A轉換出0-10V的模擬量，此模擬量作為勵磁觸發控制板的勵磁調節，實現反饋比較綜合的數字化調節過程。

4 直流電源勵磁調節和控制策略

PID控制器作為同步電機勵磁控制器的基本控制方式，其調節理論比較成熟，其調試與應用經驗非常豐富，在現代電力系統運行過程中，發揮著重要作用。受時變性、運行條件、網絡參數等因素的影響和制約，電力系統經常發生變化，導致恒定增益系數的（PID）控制器在一定程度上不能滿足系統的實際需要。通過選用自校正（PID）勵磁控制器，按照極點配置設計方法，對于同步電機的參數，通過在線方式進行辨識，對（PID）控制器的增益系數進行實時的改變。從而對同步電機勵磁實現自適應控制。對于該控制器來說，能夠對同步電機運行條件及網絡結構的變化進行自動跟蹤，與規勵磁控制器相比，其性能更加優越。

PID調節器是一種線性調節器，這種調節器是將設定值r（t）與輸出值c（t）進行比較構成控制偏差

e（t）＝r（t）－c（t）

將其按比例、積分、微分運算后，并通過線性組合構成控制量，如圖3所示，所以簡稱為P（比例）、I（積分）、D（微分）調節器。

5 總結

本直流勵磁電源數字化調節，采用計算機數據采集軟件，計算機與現場的PLC、數字儀表、單片機控制的晶閘管觸發控制板的通信。實現了直流勵磁電源的電壓與電流調節的實現方式，一個是現場勵磁柜的采用模擬電位器+儀表的調節方式。二個是遠程計算機軟件數字化界面的調節方式。

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