一种无刷直流发电机励磁控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种无刷直流发电机励磁控制装置，包括整流滤波电路部分、PWM控制电路部分和过压、过流保护部分，其特征在于：发电机内部永磁交流发电机的三相交流电经继电器K1的触点后与整流滤波电路连接，整流滤波电路输出的励磁直流电通过PWM控制电路的控制加持在直流发电机的励磁线圈上，PWM控制电路的输出VREF与过压、过流保护电路连接，过压、过流保护电路的输入端连接发电机的输出端，过压、过流保护电路的输出端连接继电器K1的线圈；过压、过流保护电路的OFF与PWM控制电路连接，发电机输出直流的正极与PWM控制电路、过压、过流保护电路连接，发电机输出直流的负极与过压、过流保护电路励磁控制装置供电电源DC的负极相连。
【专利说明】一种无刷直流发电机励磁控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无刷直流发电机励磁控制装置，属于直流发电机控制【技术领域】，尤其适用于车载底盘中小功率无刷爪极同步发电机的励磁控制。
【背景技术】
[0002]在供电系统当中，WZF系列无刷爪极同步发电机广泛使用于与风力、海浪、海流、小水力等驱动的转速随机变化的原动机配套发电，也适用于与车辆底盘发动机的配套发电。该系列电机结构紧凑、比功大，输出直流纹波小，可靠性高，电磁干扰小，运行噪音小，维护方便，使用寿命长。然而，在直流发电机供电时负载可能随时增大或减小，将造成发电机输出电压也会随之减小或增大。这对于用电设备非常不利，特别是对要求电压稳定的设备易造成冲击，或是瞬间的失效。本实用新型提供了一种WZF系列无刷爪极同步发电机的励磁控制电路，实现高精度的直流发电机输出电压控制，同时提高了控制系统的稳定度。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是要提供一种无刷直流发电机励磁控制装置，为特种车辆可靠提供制电源品质高的直流电能，并具备过电压、过电流自动保护功能，保证了设备用电的安全，在民用领域可用于地质勘探、石油平台等电源系统。
[0004]本实用新型的技术方案:本实用新型的无刷直流发电机励磁控制装置包括整流滤波电路部分、PWM控制电路部分和过压、过流保护部分，发电机内部永磁交流发电机的三相交流电经继电器Kl的触点后与整流滤波电路连接，整流滤波电路输出的励磁直流电通过PWM控制电路的控制加持在直流发电机的励磁线圈上，PWM控制电路的输出VREF与过压、过流保护电路连接，过压、过流保护电路的输入端连接发电机的输出端，过压、过流保护电路的输出端连接继电器Kl的线圈；过压、过流保护电路的OFF与PWM控制电路连接，发电机输出直流的正极与PWM控制电路、过压、过流保护电路连接，发电机输出直流的负极与过压、过流保护电路励磁控制装置供电电源DC的负极相连。
[0005]所述的PWM控制部分采用脉宽调制器组成PID调节电路；过压、过流保护电路部分采用双路通用运算放大器组成同相输入迟滞比较器电路以及PI调节电路。
[0006]所述的过压、过流保护电路采用双路通用运算放大器组成同相迟滞比较器电路以及比例积分调节电路PI。
[0007]所述的PWM控制电路的输出OFF与过压、过流保护电路连接。
[0008]本实用新型的优点主要表现在以下几个方面:整流滤波电容采用ESR低、耐压高的铝电解电容器，确保在原动机的转速突增或突降以及负载的突增或突降能承受住所产生的冲击；PWM控制电路采用PID调节电路，响应速度快，实现直流发电机电压的稳定输出；过压过流保护电路由通用型集成放大器组成，结合PWM脉宽调制器实现了过压及过流保护，在发电机或负载异常时能及时切断直流发电机内部交流励磁机的三相交流，保证了设备使用的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0010]图2为整流滤波电路。
[0011]图3为PWM控制电路图。
[0012]图4为过压、过流保护电路图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图和具体硬件电路对本实用新型作进一步的详细描述:
[0014]如图1:图中左侧为受控对象直流发电机框图，主要由主发电机、永磁交流发电机以及励磁线圈组成；图中右侧为励磁控制装置电气原理框图，主要由整流滤波电路、PWM控制电路以及过压、过流保护电路组成。直流发电机内部永磁交流发电机在原动机拖动下发出电压随转速呈线性变化的三相交流电(U、V、W)，经继电器Kl常闭触点后与整流滤波电路连接。经励磁控制装置中的三相桥式整流滤波后，受PWM控制电路中的开关控制后再输入到直流发电机中作为主发电机励磁线圈的磁场激励电源(UB+、UB-)，为主发电机提供随负载变动的激磁电流。
[0015]PWM控制电路与过压、过流保护电路连接，在直流发电机输出电压过高时，该电路驱动继电器Kl切断永磁交流发电机的三相交流电，直流发电机励磁线圈失去激磁电流后中止发电；在负载短路造成输出电流过大时，该电路输出信号Off给PWM控制电路封锁PWM信号，保护发电机因过载而损坏。
[0016]PWM控制电路的输出VREF与过压、过流保护电路连接，为过压、过流保护电路提供基准电压源信号VREF。
[0017]直流发电机输出直流的正极与PWM控制电路、过压过流保护电路连接。
[0018]发电机输出直流的负极与励磁控制装置供电电源的负极相连。
[0019]图2为整流滤波电路图:
[0020]永磁交流发电机的三相交流电U、V、W与整流桥VCl的交流输入端相连，其中V、W两路通过继电器Kl的两组常闭触点。整流桥VCl的直流输出端UB+接滤波电容Cl的正极，并与直流发电机的励磁线圈的一端相连；励磁线圈的另一端UB-与PWM控制电路相连。继电器Kl线包正极、二极管V6的负极均接供电电源正极+24V，继电器Kl的线包负极Klcon与二极管V6的正极相连，并连接至过压、过流保护电路。二极管V6为继电器Kl的动作提供续流保护作用。
[0021 ] 图3为PWM控制电路图:
[0022]所述的PWM控制部分采用脉宽调制器组成PID调节电路；过压、过流保护电路部分采用双路通用运算放大器组成同相输入迟滞比较器电路以及PI调节电路。
[0023]脉宽调制器Dl的电源引脚13、15脚接供电电压+15V1，D1内部基准电压源输出端16脚输出5.1V的基准电压VREF，为Dl内部比较器的同相端2脚提供基准电压，并同时为图4中运算放大器D2的I脚、7脚提供基准电压。
[0024]直流发电机输出电压经电位器Wl取样后输出到脉宽调制器Dl的I脚，脉宽调制器Dl的1、9脚与电阻R1、电容C2以及电阻R2、电容C3构成比例积分微分运算电路，即PID调节器。PID调节器改善了调压的动静态性能，积分运算消除了静差，实现了无静差调压；而微分运算则加快了调节速度，提高了动态性能。
[0025]Dl的输出端11脚、14脚与GND之间分别接有阻尼电阻R4和R5、齐纳二极管V4和V5，用来适当降低场效应管V1、V2栅极驱动电路的阻抗，防止栅极开路工作。V1、V2的源极接地，漏极共接UB-。
[0026]脉宽调制器的5脚、6脚外接电容器C4和外接电阻器R3决定芯片内部振荡器的振荡频率，9脚外接对地电容器C5，用来消除脉宽周期的不对称现象，10脚OFF与过压、过流保护电路连接，用来接收过流信号。
[0027]图4为过压、过流保护电路图:
[0028]所述的过压、过流保护电路采用双路通用运算放大器组成同相迟滞比较器电路以及比例积分调节电路PI。
[0029]发电机输出电压信号通过电位器W2进行取样接至双路通用运算放大器D2的2脚，D2内部比较器的I脚、电阻R6、R7以及电容C6构成比例积分调节电路，D2的12脚经过电阻R8与晶体管V7的基极相连，当发电机输出电压超过设定值时，即D2的2脚电压略大于I脚的参考电压时，D2的12脚的电压将迅速跳变并驱动晶体管V7，Klcon信号与GND相通致使图2中继电器Kl动作切断永磁交流发电机的三相交流。根据PI调节器的特性，可以通过调节电位器W2以满足过压保护时间要求。
[0030]电流信号经电位器W3取样通过电阻R9、Rll分流后输入到运算放大器D2的引脚6，当发电机负载电流值超过限流值时，即引脚6的电压略大于引脚7的参考电压时，D2的引脚10输出电压跳变至高电平，输出信号OFF控制脉宽调制器Dl关闭从而实现过流保护。电阻R20、R23组成负反馈网络，提高了比较器的抗干扰能力。电阻R24、R26具有分压分流的作用。
【权利要求】
1.一种无刷直流发电机励磁控制装置，包括整流滤波电路部分、PWM控制电路部分和过压、过流保护部分，其特征在于:发电机内部永磁交流发电机的三相交流电经继电器Kl的触点后与整流滤波电路连接，整流滤波电路输出的励磁直流电通过PWM控制电路的控制加持在直流发电机的励磁线圈上，PWM控制电路的输出VREF与过压、过流保护电路连接，过压、过流保护电路的输入端连接发电机的输出端，过压、过流保护电路的输出端连接继电器Kl的线圈；过压、过流保护电路的OFF与PWM控制电路连接，发电机输出直流的正极与PWM控制电路、过压、过流保护电路连接，发电机输出直流的负极与过压、过流保护电路励磁控制装置供电电源DC的负极相连。
2.根据权利要求1所述的无刷直流发电机励磁控制装置，其特征在于:PWM控制部分采用脉宽调制器组成PID调节电路；过压、过流保护电路部分采用双路通用运算放大器组成同相输入迟滞比较器电路以及PI调节电路。
3.根据权利要求1或2所述的无刷直流发电机励磁控制装置，其特征在于:过压、过流保护电路采用双路通用运算放大器组成同相迟滞比较器电路以及比例积分调节电路PI。
4.根据权利要求1或2所述的无刷直流发电机励磁控制装置，其特征在于:PWM控制电路的输出OFF与过压、过流保护电路连接。
【文档编号】H02P9/30GK204231247SQ201420559600
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】周红兵, 刘期平, 张铁军, 刘敏, 钟凌云 申请人:湖北三江航天万峰科技发展有限公司