專利名稱：船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于船舶自動化控制技術(shù)領(lǐng)域和船舶電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體 涉及一種船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，可應(yīng)用于船舶電站中發(fā)電機(jī)組自動控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶電力系統(tǒng)是獨立電網(wǎng)，一般一條船舶上只有一個電站，電站的容量就是電網(wǎng) 的容量。由于電網(wǎng)容量有限，船舶上負(fù)載的起停也很頻繁，所以船舶電網(wǎng)電壓波動比陸上大 電網(wǎng)電壓波動更為嚴(yán)重。通過勵磁控制裝置來維持發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定，對船舶電網(wǎng)的可靠和 穩(wěn)定運行有著重要的作用和影響。傳統(tǒng)的模擬電路組成的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置存 在許多不足之處，如功能單一、控制精度不高、無對外通信接口、采用工控機(jī)作為控制核心 使裝置體積較大，成本較高，需要使用專用控制柜；這些都不便于船舶電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng) 的統(tǒng)一綜合管理。船舶自動化的程度同時依賴于船舶供電系統(tǒng)，因此對船舶電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定 控制顯得尤為重要。本船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置能夠有效地調(diào)節(jié)機(jī)組的機(jī)端電壓，適 當(dāng)?shù)胤峙錂C(jī)組間的無功功率，在必要時還能阻尼發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)間的機(jī)電振蕩，保證發(fā)電 機(jī)組的穩(wěn)定運行。因此將本發(fā)明引入船舶供電系統(tǒng)，可提高船舶電網(wǎng)動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，減 少發(fā)電機(jī)組維護(hù)工作量，確保船舶供電安全性，為船舶自動化提供有力保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決上述傳統(tǒng)的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制中的難題，克服現(xiàn) 有技術(shù)的缺點與不足，提供一種船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，控制、調(diào)節(jié)采用全數(shù)字化技 術(shù)，集測量電量、自動控制發(fā)電機(jī)電壓、調(diào)節(jié)無功功率、顯示、通信、事件記錄等多種功能于 一體，每一套裝置可作為船舶電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)的智能終端，從而由一套裝置實現(xiàn)多個 傳統(tǒng)裝置的所有功能。本發(fā)明提出的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，由勵磁控制主板25、人機(jī)界面26開 關(guān)電源27組成；其中
所述勵磁控制主板25是船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的核心部分，包括CPU主控單元 8、數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路5、實時日歷時鐘電路6、看門狗電路7、整流電路9、MOSFET 驅(qū)動電路10、滅磁電路11、開關(guān)量輸入電路12、通信接口電路13和IXD驅(qū)動電路14，所述 的數(shù)據(jù)采集電路包括交流電壓信號調(diào)理電路1、交流電流信號調(diào)理電路2、直流電流信號調(diào) 理電路3以及測頻電壓電流整形電路4 ；交流電壓信號調(diào)理電路1、交流電流信號調(diào)理電路 2和直流電流信號調(diào)理電路3的輸出端分別連接A/D轉(zhuǎn)換電路5輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路5和 測頻電壓電流整形電路4的輸出端分別連接CPU主控單元8輸入端，整流電路9、M0SFET驅(qū) 動電路10和CPU主控單元8依次連接；CPU主控單元8輸出端分別連接實時日歷時鐘電路 6、看門狗電路7、滅磁電路11和IXD驅(qū)動電路14，CPU主控單元8輸入端連接開關(guān)量輸入 電路12，CPU主控單元8的輸入輸出端連接通信接口電路13 ；所述人機(jī)界面26包括按鍵15、IXD顯示器16及LED指示燈18 ；按鍵15連接CPU主控 單元8的輸入端，人機(jī)界面26連接IXD驅(qū)動電路14;
所述開關(guān)電源27輸入為AC220V電壓，輸出為DC士 15V，DC5V電壓，與勵磁控制主板25、 人機(jī)界面26連接。本船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，是一個以微控制器為處理器的嵌入式系統(tǒng)，整 個軟件系統(tǒng)包括測頻模塊、數(shù)據(jù)采集與分析模塊、脈沖觸發(fā)模塊、控制功能模塊、人機(jī)交互 驅(qū)動模塊、通信模塊。裝置通信組網(wǎng)接入船舶電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)后，控制功能模塊可實現(xiàn) 船舶電網(wǎng)各發(fā)電機(jī)勵磁的全局化智能控制。本發(fā)明中，勵磁控制主板25將測量電量、自動控制發(fā)電機(jī)電壓、調(diào)節(jié)無功功率、顯 示、通信、事件記錄等功能集成在一起，包含的電路模塊全部設(shè)置在同一印制電路板上。本發(fā)明中，所述滅磁電路11由滅磁繼電器22、滅磁電阻組23和二極管組24組成， 滅磁繼電器22的輸入端連接CPU主控單元8，輸出端分別連接滅磁電阻組23和二極管組 24，滅磁電阻組23和二極管組24分別連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組；當(dāng)CPU主控單元8輸出滅磁信 號，滅磁繼電器22動作，通過滅磁電阻組23和二極管組24的靈活組合方式，以實現(xiàn)快速、 可靠地滅磁。本發(fā)明中，所述交流電壓信號調(diào)理電路1輸入為發(fā)電機(jī)側(cè)線電壓，交流電流信號 調(diào)理電路2輸入為發(fā)電機(jī)側(cè)相電流。本發(fā)明中，所述CPU主控單元8與上位監(jiān)控機(jī)通信的通信接口電路13采用CAN通
信接口。本發(fā)明中，所述IXD顯示器16為高速并行接口，通過IXD驅(qū)動電路14直接與CPU 主控單元8的并行接口連接；所述LED指示燈18包括電源指示燈、故障指示燈、發(fā)送指示燈 和接收指示燈。本發(fā)明中，所述按鍵15包括上選擇、下選擇、確認(rèn)和復(fù)位四個按鍵，用于修改系統(tǒng) 整定參數(shù)、查看運行信息、查看事件記錄、手動啟動/停止本勵磁控制裝置等。本發(fā)明船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的技術(shù)效果在于
集測量、控制、顯示、通信、事件記錄等多功能于一體，能夠?qū)崟r采集發(fā)電機(jī)電量信息， 監(jiān)控發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，自動控制發(fā)電機(jī)端電壓，實現(xiàn)船舶電網(wǎng)各發(fā)電機(jī)組間無功功率的平 衡，提高船舶電網(wǎng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性；實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和與上位機(jī)通信，測量準(zhǔn)確，安全可靠， 并按照船舶電站安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，特別適用于一般船舶電站的同步發(fā)電機(jī)組自動控制系統(tǒng)。


圖1船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖2船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置外形結(jié)構(gòu)圖。圖3勵磁控制主板原理框圖。圖4滅磁電路原理框圖。圖5裝置軟件總流程圖。圖6通信組網(wǎng)系統(tǒng)連接圖。圖中標(biāo)號1為交流電壓信號調(diào)理電路，2為交流電流信號調(diào)理電路，3為直流電流 信號調(diào)理電路，4為測頻電壓電流整形電路，5為A/D轉(zhuǎn)換電路，6為實時日歷時鐘電路，7為看門狗電路，8為CPU主控單元，9為整流電路，10為MOSFET驅(qū)動電路，11為滅磁電路，12為 開關(guān)量輸入電路，13為通信接口電路，14為IXD驅(qū)動電路，15為按鍵，16為IXD顯示器，17 為開關(guān)電源進(jìn)線，18為LED指示燈，19為電壓電流進(jìn)線，20為CAN通信線，21為滅磁控制輸 出線，22為滅磁繼電器，23為滅磁電阻組，24為二極管組，25為勵磁控制主板，26為人機(jī)界 面，27為開關(guān)電源。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
實施例1 船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，裝置由勵磁控制主板 25、人機(jī)界面26、開關(guān)電源27組成。此外，裝置與發(fā)電機(jī)連接，從發(fā)電機(jī)側(cè)采集電壓電流模 擬量及運行狀態(tài)，并給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出控制量。裝置具有CAN通信接口電路，用于與上位監(jiān) 控機(jī)連接通信，以構(gòu)成船舶電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)。船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置外形結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，人機(jī)界面26包括鍵盤15、 IXD顯示器16及LED指示燈18，安裝在勵磁控制主板25上，主板周圍分布有開關(guān)電源進(jìn)線 17、發(fā)電機(jī)電壓電流進(jìn)線19和CAN通信線20。勵磁控制主板25原理框圖如圖3所示，其CPU主控單元采用Microchip公司高性 能、低功耗的16位微控制器dsPIC30F6014，CPU主控單元直接與精度為16位的高速A/D轉(zhuǎn) 換電路5、實時日歷時鐘電路6、看門狗電路7、整流電路9、MOSFET驅(qū)動電路10、滅磁電路 11、開關(guān)量輸入電路12、通信接口電路13、IXD驅(qū)動電路14連接，通過交流電壓信號調(diào)理電 路1、交流電流信號調(diào)理電路2、直流電流信號調(diào)理電路3以及測頻電壓電流整形電路4采 集發(fā)電機(jī)的電壓、電流和頻率信息，監(jiān)測發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，采集的信息存儲在CPU內(nèi)部RAM 里，通過IXD顯示器進(jìn)行實時顯示，通過通信接口電路13與上位機(jī)通信，一些重要數(shù)據(jù)如整 定參數(shù)等保存在CPU內(nèi)部的EEPROM里，通過按鍵15可對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改及各種信息查 詢。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的測量值低于給定值時，通過MOSFET驅(qū)動電路10增大勵磁電流，使 機(jī)端電壓上升；反之，通過MOSFET驅(qū)動電路10減小勵磁電流，從而達(dá)到自動控制和調(diào)節(jié)發(fā) 電機(jī)機(jī)端電壓和無功功率的目的。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)過勵磁、欠勵磁故障時，滅 磁電路11在規(guī)定動作時間內(nèi)輸出滅磁信號可靠滅磁，同時，故障類型及故障時間被保存在 EEPROM中；看門狗電路7對CPU內(nèi)部程序的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并可實現(xiàn)手動或自動復(fù)位。滅磁電路11如圖4所示，將CPU主控單元8輸出的滅磁信號經(jīng)過光耦隔離后發(fā)送 給滅磁繼電器22信號，斷開與勵磁電源的連接，并將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中剩余的能量轉(zhuǎn)至滅 磁電阻組23和二極管組24，通過它們的有效組合，以實現(xiàn)快速、可靠地滅磁。船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的大部分功能由寫入微控制器dsPIC30F6014片內(nèi) Flash的軟件來實現(xiàn)，考慮到軟件開發(fā)效率和dsPIC30F6014芯片強(qiáng)大的功能，裝置軟件設(shè) 計中采用高級編程語言C語言進(jìn)行編程，整個軟件包括測頻模塊、數(shù)據(jù)采集與分析模塊、脈 沖觸發(fā)模塊、控制功能模塊、人機(jī)交互驅(qū)動模塊、通信模塊等幾部分，其流程如圖5所示。本發(fā)明船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置可作為船舶電網(wǎng)綜合自動化系統(tǒng)的智能終 端裝置，提供了標(biāo)準(zhǔn)的CAN通信接口，方便船舶中各種設(shè)備的組網(wǎng)運行。通信組網(wǎng)系統(tǒng)連接 示意圖如圖6所示，利用本裝置組網(wǎng)后可通過遠(yuǎn)方監(jiān)控主機(jī)統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)船舶電網(wǎng)中各 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的全局化智能控制，維持船舶電網(wǎng)電壓穩(wěn)定與無功功率平衡，也可以與其他終端設(shè)備組網(wǎng)運行。
權(quán)利要求
一種船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，其特征在于由勵磁控制主板(25)、人機(jī)界面(26)和開關(guān)電源(27)組成；其中所述勵磁控制主板(25)是船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置的核心部分，包括CPU主控單元(8)、數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路(5)、實時日歷時鐘電路(6)、看門狗電路(7)、整流電路(9)、MOSFET驅(qū)動電路(10)、滅磁電路(11)、開關(guān)量輸入電路(12)、通信接口電路(13)和LCD驅(qū)動電路(14)，所述數(shù)據(jù)采集電路包括交流電壓信號調(diào)理電路(1)、交流電流信號調(diào)理電路(2)、直流電流信號調(diào)理電路(3)以及測頻電壓電流整形電路(4)；交流電壓信號調(diào)理電路(1)、交流電流信號調(diào)理電路(2)和直流電流信號調(diào)理電路(3)的輸出端分別連接A/D轉(zhuǎn)換電路(5)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路(5)和測頻電壓電流整形電路(4)的輸出端分別連接CPU主控單元(8)輸入端，整流電路(9)、MOSFET驅(qū)動電路(10)和CPU主控單元(8)依次連接；CPU主控單元(8)輸出端分別連接實時日歷時鐘電路(6)、看門狗電路(7)、滅磁電路(11)和LCD驅(qū)動電路(14)，CPU主控單元(8)輸入端連接開關(guān)量輸入電路(12)，CPU主控單元(8)的輸入輸出端連接通信接口電路(13)；所述人機(jī)界面(26)包括按鍵(15)、LCD顯示器(16)及LED指示燈(18)；按鍵(15)連接CPU主控單元8的輸入端，人機(jī)界面(26)連接 LCD驅(qū)動電路(14)；所述開關(guān)電源(27)輸入為AC220V電壓，輸出為DC±15V，DC5V電壓，與勵磁控制主板(25)、人機(jī)界面(26)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，其特征在于所述滅磁電路 (11)由滅磁繼電器(22)、滅磁電阻組(23)和二極管組(24)組成，滅磁繼電器(22)的輸入 端連接CPU主控單元(8)，輸出端分別連接滅磁電阻組(23)和二極管組(24)，滅磁電阻組 (23)和二極管組(24)分別連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組；當(dāng)CPU主控單元(8)輸出滅磁信號，滅磁 繼電器(22)動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，其特征在于所述交流電壓信 號調(diào)理電路(1)輸入為發(fā)電機(jī)側(cè)線電壓，交流電流信號調(diào)理電路(2)輸入為發(fā)電機(jī)側(cè)相電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，其特征在于所述CPU主控單 元(8)與上位監(jiān)控機(jī)通信的通信接口電路(13)采用CAN通信接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，其特征在于所述LCD顯示器 (16)為高速并行接口，通過LCD驅(qū)動電路(14)直接與CPU主控單元(8)的并行接口連接； 所述LED指示燈(18)包括電源指示燈、故障指示燈、發(fā)送指示燈和接收指示燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，其特征在于所述按鍵(15)包 括上選擇、下選擇、確認(rèn)和復(fù)位四個按鍵，用于修改系統(tǒng)整定參數(shù)、查看運行信息、查看事件 記錄、手動啟動/停止本勵磁控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于船舶自動化控制技術(shù)領(lǐng)域和船舶電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船用同步發(fā)電機(jī)勵磁控制裝置，該裝置由勵磁控制主板、人機(jī)界面和開關(guān)電源組成，所述勵磁控制主板包括CPU主控單元、數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、實時日歷時鐘電路、看門狗電路、整流電路、MOSFET驅(qū)動電路、滅磁電路、開關(guān)量輸入電路、通信接口電路和LCD驅(qū)動電路，所述人機(jī)界面包括按鍵、LCD顯示器及LED指示燈。本發(fā)明安裝使用靈活方便；測量精度高、執(zhí)行速度快、運行穩(wěn)定；具有實時監(jiān)測控制同步發(fā)電機(jī)的端電壓、實時調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)無功功率的分配，提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性的功能，人機(jī)界面豐富，采用CAN通信接口與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)。本發(fā)明按照船舶電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，可廣泛應(yīng)用于船舶電站中發(fā)電機(jī)組自動控制系統(tǒng)。
文檔編號H02P9/14GK101924512SQ20101028987
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者周偉, 牟龍華, 郭宏 申請人:同濟(jì)大學(xué)