一种基于微控制器的励磁控制系统的制作方法

本实用新型涉及控制系统技术领域，具体涉及一种基于微控制器的励磁控制系统。

背景技术：

励磁系统是发电机重要组成部分，它为同步发电机提供可调励磁电流，励磁控制系统作用是在正常运行时维持发电机机端电压和合理分配机组间的无功功率，并按系统与用户要求调节功率因数；当电力系统发生事故而使发电机机端电压下降时，对发电机进行强行励磁，以提高继电保护动作的灵敏性及发电机并列运行的稳定性，同时提高电力系统暂态稳定性与动态稳定性，抑制低频振荡；在发电机甩负荷电压升高时，对发电机进行强行减磁，以限制过电压；当发电机内部及发电机机端发生三相短路时，进行强行灭磁，以防止事故的扩大，对水轮发电机组励磁装置还起电气制动作用。同步发电机励磁控制技术是一门涉及通信技术、控制理论、控制技术、网络技术的综合技术，也是一门关系到发电机运行特性及电力系统运行安全性、稳定性的重要技术。

近年来，微机励磁控制系统以其硬件结构简单、清晰、设备通用性好、标准化程度高、软件灵活、能够方便实现多种功能和满足各种控制规律的要求等优点，在许多电力工业得到了广泛的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的提供一种结构简单、通用性好、应用广泛的基于微控制器的励磁控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于微控制器的励磁控制系统，包括微控制器、测量电路、采样同步信号电路、可控硅触发同步信号电路、触发脉冲功率放大及隔离输出电路和电源转换电路，所述测量电路、采样同步信号电路、可控硅触发同步信号电路、触发脉冲功率放大及隔离输出电路和电源转换电路均分别与微控制器电连接；所述测量电路包括电压测量电路和电流测量电路，所述电压测量电路包括发电机电压测量电路、母线电压测量电路和发电机励磁电压测量电路所述电流测量电路包括发电机定子电流测量电路和发电机励磁电流测量电路。

所述电压测量电路包括电阻R30、R31、R32、R8和R9，可调电阻RP1，变压器T3、T4和T5，二极管V1、V2、V3、V4、V5和V6，电容C1，电解电容C7；发电机端电压互感器的感应电压UF1A、UF1B和UF1C分别进入电阻R30、R31和R32的一端，电阻R30、R31和R32的另一端分别连接到变压器T3、T4和T5的a端，变压器T3、T4和T5的b端相连接，变压器T3的c端连接到二极管V1的阳极和二极管V2的阴极的公共端，变压器T4的c端连接到二极管V3的阳极和二极管V4的阴极的公共端，变压器T5的c端连接到二极管V5的阳极和二极管V6的阴极的公共端，变压器T3、T4和T5的d端相连接，二极管V1的阴极分别并接到二极管V3的阴极、二极管V5的阴极、电容C1的一端、可调电阻RP1的一端和可调端、电阻R9的一端，可调电阻RP1的另一端串接电阻R8后接地，二极管V2、V4和V6的阳极接地，电容C1的另一端接地，电阻R9的另一端连接到电解电容C7的正极，电解电容C7的负极接地，电阻R9和电解电容C7的正极的公共端输出信号UF1到微控制器。

其中，所述发电机励磁电流测量电路包括电阻R24、R25，可调电阻RP13，二极管V19、V20、V21、V22、V23、V24，电解电容C14；发电机端互感器电流ILA、ILB和ILC，电流ILA进入二极管V24的阳极和二极管V23的阴极的公共端，电流ILB进入二极管V20的阳极和二极管V22的阴极的公共端，电流ILC进入二极管V19的阳极和二极管V21的阴极的公共端，二极管V24分别并接到二极管V20的阴极、二极管V19的阴极、可调电阻RP13的一端和可调端，二极管V23的阳极接地，二极管V22的阳极接地，二极管V21的阳极接地，可调电阻RP13的另一端串接电阻R24后接地，可调电阻RP13的可调端串接电阻R25和电解电容C14的正负极后接地，电阻R25和电解电容C14的公共端引出信号ILAC输入到微控制器中。根据权利要求1所述的基于微控制器的励磁控制系统，其特征在于：所述电压测量电路集成到一块IC芯片上，通过插接在线路板上与微控制器电连接。

其中，所述发电机励磁电流测量电路包括+12V电源，-12V电源，电阻R14、R19，可调电阻RP9、RP14，电容C16、C15、C23，运算放大器U3A；分流器测得的励磁电流的信号IM分别进入电阻R14的一端和电容C16的一端，电容C16的另一端接地，电阻R14的另一端分别并接到电容C15的一端、电阻R19的一端、运算放大器U3A的反相输入端、可调电阻RP9的一端和可调端、电容C23的一端，电容C15的另一端接地，电阻R19的另一端连接到可调电阻BP14的可调端，可调电阻BP14的一端连接到+12V电源，另一端-12V电源；运算放大器U3A的正负电源端分别连接到+12V电源和-12V电源，运算放大器U3A的同相输入端接地；运算放大器U3A输出端、电容C23的另一端和可调电阻RP9的另一端的公共端输出信号IDLC到微控制器。

其中，所述励磁控制系统还包括LCD液晶显示屏，所述LCD液晶显示屏与微控制器电连接。

其中，所述励磁控制系统还包括LED状态指示灯，所述LED状态指示灯与微控制器电连接。

本实用新型的励磁控制系统结构简单，可靠稳定，能够通过精确控制从而保证发电机及电力系统安全、稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构示意图；

图2为发电机励磁电流测量电路结构示意图；

图3为电压测量电路结构示意图；

图4为一个采样同步信号电路结构示意图；

图5为另一个采样同步信号电路结构示意图；

图6为电源转换电路结构示意图；

图7为触发脉冲功率放大及隔离输出电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型做详细的阐述：

如图1所示，本实用新型的励磁控制系统，包括微控制器、测量电路、采样同步信号电路、可控硅触发同步信号电路、触发脉冲功率放大及隔离输出电路和电源转换电路，所述测量电路、采样同步信号电路、可控硅触发同步信号电路、触发脉冲功率放大及隔离输出电路和电源转换电路均分别与微控制器电连接。其中，所述测量电路包括电压测量电路和电流测量电路，所述电压测量电路包括发电机电压测量电路、母线电压测量电路和发电机励磁电压测量电路；所述电流测量电路包括发电机定子电流测量电路和发电机励磁电流测量电路。

其中，微控制器的型号为80C196KC。

其中，发电机励磁电流测量电路能够实现对发电机端励磁电流的测量。如图2所示，为发电机励磁电流测量电路，其中励磁电流的来源为发电机端的发电机端电流互感器。所述发电机励磁电流测量电路包括电阻R24、R25，可调电阻RP13，二极管V19、V20、V21、V22、V23、V24，电解电容C14；发电机端电流互感器的感应电流ILA、ILB和ILC，电流ILA进入二极管V24的阳极和二极管V23的阴极的公共端，电流ILB进入二极管V20的阳极和二极管V22的阴极的公共端，电流ILC进入二极管V19的阳极和二极管V21的阴极的公共端，二极管V24分别并接到二极管V20的阴极、二极管V19的阴极、可调电阻RP13的一端和可调端，二极管V23的阳极接地，二极管V22的阳极接地，二极管V21的阳极接地，可调电阻RP13的另一端串接电阻R24后接地，可调电阻RP13的可调端串接电阻R25和电解电容C14的正负极后接地，电阻R25和电解电容C14的公共端引出信号ILAC输入到微控制器中。

其中，所述电压测量电路包括发电机电压测量电路、母线电压测量电路和发电机励磁电压测量电路。如图3所示为本实用新型的电压测量电路，能够实现对发电机电压、母线电压和发电机励磁电压的测量。所述电压测量电路包括电阻R30、R31、R32、R8和R9，可调电阻RP1，变压器T3、T4和T5，二极管V1、V2、V3、V4、V5和V6，电容C1，电解电容C7；发电机端电压互感器的感应电压UF1A、UF1B和UF1C分别进入电阻R30、R31和R32的一端，电阻R30、R31和R32的另一端分别连接到变压器T3、T4和T5的a端，变压器T3、T4和T5的b端相连接，变压器T3的c端连接到二极管V1的阳极和二极管V2的阴极的公共端，变压器T4的c端连接到二极管V3的阳极和二极管V4的阴极的公共端，变压器T5的c端连接到二极管V5的阳极和二极管V6的阴极的公共端，变压器T3、T4和T5的d端相连接，二极管V1的阴极分别并接到二极管V3的阴极、二极管V5的阴极、电容C1的一端、可调电阻RP1的一端和可调端、电阻R9的一端，可调电阻RP1的另一端串接电阻R8后接地，二极管V2、V4和V6的阳极接地，电容C1的另一端接地，电阻R9的另一端连接到电解电容C7的正极，电解电容C7的负极接地，电阻R9和电解电容C7的正极的公共端输出信号UF1到微控制器。

其中，在本实用新型中，采样同步信号电路有两种结构，用于发送同步采样信号。

如图4所示为其中的一个采样同步信号电路，所述采样同步信号电路包括+12V电源，-12V电源，电阻R43、R41、R42、R39、R49、R51，可调电阻RP11，二极管V26，运算放大器U1A，电容C2、C3，变压器T1；发电机端互感电压UF1A和UF1C分别进入电阻R51的一端和变压器T1的d端，电阻R51的另一端连接到变压器T1的c端，变压器T1的a端分别并接到电阻R49的一端、可调电阻的RP11一端和可调端，电阻R49的另一端接地，变压器T1的b端接地，可调电阻的RP11另一端分别并接到电容C3的一端和电阻R39的一端，电容C3的另一端接地，电阻R39的另一端分别并接到电容C2的一端、运算放大器U1A的同相输入端和电阻R41的一端，电容C2的另一端接地，电阻R41的另一端分别并接到运算放大器U1A的输出端和电阻R42的一端，运算放大器U1A的反相输入端接地，运算放大器U1A的正负电源端分别连接到+12V电源和-12V电源，电阻R42的另一端分别并接到电阻R43的一端和二极管V26的阴极，电阻R43的另一端接地，二极管V26的阳极接地，电阻R43和二极管V26的阳极的公共端引出信号CYTB输入到微控制器。

如图5所示为其中的另一个采样同步信号电路，采样同步信号电路包括电阻R44、R45、R46、R47、R50，可调电子RP10，电容C4、C5，二极管V27，运算放大器U1C，发电机端电压互感器的互感电压UA和UC分别输入到电阻R50的两端，电阻R50的信号UA输入端分别并接到可调电阻RP10的一端和可调端，电阻R50的信号UA输入端接地，可调电阻RP10的另一端分别并接到电容C5的一端和电阻R47的一端，电容C5的另一端接地，电阻R47的另一端分别并接到电容C4一端、运算放大器U1C的同相输入端和电阻R44的一端，电容C4另一端接地，运算放大器U1C的反相输入端接地，运算放大器U1C的输出端分别并接到电阻R44的另一端和电阻R46的一端，电阻R46的一端分别并接到电阻R45的一端和二极管V27的阴极，电阻R45的另一端和二极管V27的阳极接地，电阻R45、R46和二极管V27的阴极的公共端引出信号CFTB到微控制器进行处理。

在本实用新型的励磁控制系统中，不同的电路模块需要不同的输入电压，其中，本实用新型的电源转换电路能够将输入的220V直流电或者220V交流电转化成正负12V电源和5V电源为其他部分提供合适的工作电压。

如图6所示为本实用新型的电源转换电路，电源转换电路包括电源模块PWR，电阻R2、R3，电容C3，二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7和V8，发光二极管HL1、HL2，电源滤波器FL1，按钮开关SB。外部直流220V电源的正极连接到二极管V1的阳极，负极连接到二极管V2的阴极，二极管V1的阴极分别并接到电阻R2的一端、二极管V3的阳极，电阻R2的另一端连接到发光二极管HL1的阳极，二极管V2的阳极分别并接到发光二极管HL1的阴极和电源模块PWR的2脚，二极管V3的阴极串接按钮开关SB连接到电源模块PWR的1脚。外部直流220V电源的两端分别连接到电源滤波器FL1的1脚和2脚，电源滤波器FL1的3脚分别并接到二极管V4的阳极和二极管V5的阴极，电源滤波器FL1的5脚分别并接到二极管V6的阳极和二极管V7的阴极，二极管V4的阴极分别并接到二极管V6的阴极、二极管V8的阳极、电阻R3的一端、电容C3的一端，二极管V8的阴极串接按钮开关SB连接到电源模块PWR的1脚，电阻R3的另一端连接到发光二极管HL2的阳极，二极管V5的阳极分别并接到二极管V7的阳极、电容C3的另一端、发光二极管HL2的阴极和电源模块PWR的2脚；电源滤波器FL1的4脚连接到电源模块PWR的3脚，电源模块PWR的4脚输出-12V电源，电源模块PWR的5脚输出12V电源，电源模块PWR的7脚输出5V电源，电源模块PWR的6脚接地。

如图7所示为本实用新型的触发脉冲功率放大及隔离输出电路，用于将微控制器发出的触发信号放大并进行可控硅的触发。触发脉冲功率放大及隔离输出电路包括+24V电源，电阻R1、R8、R12、R16、R20、R24、R2、R6、R10、R14、R18、R22、R29、R52、R53、R54、R55、R56、R3、R4、R5、R7、R9、R11、R15、R13、R17、R19、R21和R23，晶体管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6，电容C1、C4、C6、C8、C10、C12、C2、C3、C5、C7、C9和C11，二极管V19、V26、V21、V27、V22、V28、V23、V29、V24、V30、V25、V31、V1、V4、V7、V10、V13、V16、V2、V3、V5、V6、V8、V9、V11、V12、V14、V15、V17和V18，脉冲变压器MB1、MB2、MB3、MB4、MB5和MB6；单片机发出的信号分成六路分别进入到电阻R1、R8、R12、R16、R20和R24的一端，电阻R1的另一端连接到晶体管VT1的基极，晶体管VT1的集电极分别并接电容C1和电阻R2，电容C1和电阻R2的公共端分别并接到二极管V19的阴极和二极管V31的阴极，电阻R8的另一端连接到晶体管VT2的基极，晶体管VT2的集电极分别并接电容C4和电阻R6，电容C4和电阻R6的公共端分别并接到二极管V26的阴极和二极管V21的阴极；电阻R12的另一端连接到晶体管VT3的基极，晶体管VT3的集电极分别并接电容C6和电阻R10，电容C6和电阻R10的公共端分别并接到二极管V27的阴极和二极管V22的阴极；电阻R16的另一端连接到晶体管VT4的基极，晶体管VT4的集电极分别并接电容C8和电阻R14，电容C8和电阻R14的公共端分别并接到二极管V28的阴极和二极管V23的阴极；电阻R20的另一端连接到晶体管VT5的基极，晶体管VT5的集电极分别并接电容C10和电阻R18，电容C10和电阻R18的公共端分别并接到二极管V29的阴极和二极管V24的阴极；电阻R24的另一端连接到晶体管VT6的基极，晶体管VT6的集电极分别并接电容C12和电阻R22，电容C12和电阻R22的公共端分别并接到二极管V30的阴极和二极管V25的阴极；二极管V19的阳极分别并接到二极管V1的阳极、脉冲变压器MB1的c端和二极管V26的阳极，二极管V1的阴极连接到电阻R29的一端，电阻R29的另一端分别并接到+24V电源和脉冲变压器MB1的a端；二极管V21的阳极分别并接到二极管V4的阳极、脉冲变压器MB2的c端和二极管V27的阳极，二极管V4的阴极连接到电阻R52的一端，电阻R52的另一端分别并接到+24V电源和脉冲变压器MB2的a端；二极管V22的阳极分别并接到二极管V7的阳极、脉冲变压器MB3的c端和二极管V28的阳极，二极管V7的阴极连接到电阻R53的一端，电阻R53的另一端分别并接到+24V电源和脉冲变压器MB3的a端；二极管V23的阳极分别并接到二极管V10的阳极、脉冲变压器MB4的c端和二极管V29的阳极，二极管V10的阴极连接到电阻R54的一端，电阻R54的另一端分别并接到+24V电源和脉冲变压器MB4的a端；二极管V24的阳极分别并接到二极管V13的阳极、脉冲变压器MB5的c端和二极管V30的阳极，二极管V13的阴极连接到电阻R55的一端，电阻R55的另一端分别并接到+24V电源和脉冲变压器MB5的a端；二极管V25的阳极分别并接到二极管V16的阳极、脉冲变压器MB6的c端和二极管V31的阳极，二极管V16的阴极连接到电阻R56的一端，电阻R56的另一端分别并接到+24V电源和脉冲变压器MB6的a端；脉冲变压器MB1的b端连接到二极管V2的阳极，二极管V2的阴极分别并接到二极管V3的阴极、电容C2的一端、电阻R4的一端和电阻R3的一端，电阻R4的另一端连接到发光二极管HL1的阳极，脉冲变压器MB1的d端分别并接到二极管V3的阳极、电容C2的另一端和发光二极管HL1的阴极，电阻R3、发光二极管HL1、电容C2、二极管V3和脉冲变压器MB1的公共端的信号输送到可控硅；脉冲变压器MB2的b端连接到二极管V5的阳极，二极管V5的阴极分别并接到二极管V6的阴极、电容C3的一端、电阻R7的一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接到发光二极管HL2的阳极，脉冲变压器MB2的d端分别并接到二极管V6的阳极、电容C3的另一端和发光二极管HL21的阴极，电阻R7、发光二极管HL2、电容C3、二极管V6和脉冲变压器MB2的公共端的信号输送到可控硅；脉冲变压器MB3的b端连接到二极管V8的阳极，二极管V8的阴极分别并接到二极管V9的阴极、电容C5的一端、电阻R11的一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接到发光二极管HL3的阳极，脉冲变压器MB1的d端分别并接到二极管V9的阳极、电容C5的另一端和发光二极管HL3的阴极，电阻R11、发光二极管HL3、电容C5、二极管V9和脉冲变压器MB3的公共端的信号输送到可控硅；脉冲变压器MB4的b端连接到二极管V11的阳极，二极管V11的阴极分别并接到二极管V12的阴极、电容C7的一端、电阻R13的一端和电阻R15的一端，电阻R13的另一端连接到发光二极管HL4的阳极，脉冲变压器MB4的d端分别并接到二极管V12的阳极、电容C7的另一端和发光二极管HL4的阴极，电阻R15、发光二极管HL4、电容C7、二极管V12和脉冲变压器MB4的公共端的信号输送到可控硅；脉冲变压器MB5的b端连接到二极管V14的阳极，二极管V14的阴极分别并接到二极管V15的阴极、电容C9的一端、电阻R19的一端和电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接到发光二极管HL5的阳极，脉冲变压器MB5的d端分别并接到二极管V15的阳极、电容C9的另一端和发光二极管HL5的阴极，电阻R19、发光二极管HL5、电容C9、二极管V15和脉冲变压器MB5的公共端的信号输送到可控硅；脉冲变压器MB6的b端连接到二极管V17的阳极，二极管V17的阴极分别并接到二极管V18的阴极、电容C11的一端、电阻R23的一端和电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接到发光二极管HL6的阳极，脉冲变压器MB6的d端分别并接到二极管V18的阳极、电容C11的另一端和发光二极管HL6的阴极，电阻R23、发光二极管HL6、电容C11、二极管V18和脉冲变压器MB6的公共端的信号输送到可控硅。

除此之外，所述励磁控制系统还包括LCD液晶显示屏，所述LCD液晶显示屏与微控制器电连接。所述励磁控制系统还包括LED状态指示灯，所述LED状态指示灯与微控制器电连接。所述励磁控制系统还包括RS232标准串行通讯接口，所述RS232标准串行通讯接口与微控制器电连接。所述励磁控制系统还包括发电机定子过压保护电路，所述发电机定子过压保护电路与微控制器电连接。所述励磁控制系统还包括看门狗电路，所述看门狗电路与微控制器电连接。

在本实用新型中，有些电路的具体结构是没有公开的，例如，电机定子电流测量电路、发电机定子过压保护电路以及看门狗电路等等，这些电路的具体结构，本领域的技术人员均能通过现有技术中公开的资料中获得用以完成本实用新型的励磁控制系统的全部功能。