專利名稱：一種用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)電機(jī)的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)普遍采用AVR(Automatic Voltage Regulator,自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)調(diào)節(jié)輸出 電壓的高低并通過(guò)調(diào)節(jié)使輸出交流電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。 在現(xiàn)有發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)通過(guò)這種AVR來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，從而調(diào)節(jié)了 發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓的高低。 現(xiàn)有AVR可以稱為"峰值調(diào)節(jié)的AVR"，其原理是，對(duì)取樣交流電壓進(jìn)行整流濾波 后，得到一個(gè)與峰值成比例的直流電壓信號(hào)，將該電壓與參考直流電壓進(jìn)行比較，控制勵(lì)磁 P麗(Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制)的占空比，這樣勵(lì)磁電流就隨著輸出電壓的高低 變化而變化，使輸出電壓相對(duì)穩(wěn)定。 其比較器的輸入特征是交流電壓基準(zhǔn)參考信號(hào)和交流電壓采樣信號(hào)均為直流信 號(hào)。 現(xiàn)有AVR有以下缺陷 1.對(duì)波形的畸變不進(jìn)行識(shí)別，其控制目標(biāo)是維持輸出電壓的峰值穩(wěn)定。對(duì)輸出電 壓的畸變不進(jìn)行控制與糾正。波形畸變限制了發(fā)電機(jī)的使用范圍。 2.其對(duì)信號(hào)的采樣方法是采用整流并采用慣性濾波器濾波的方式，僅能檢測(cè)出與 輸出電壓的峰值成比例的信號(hào)。
采樣電路的函數(shù)形式是
Vc = k*Vam Vc是采樣電路輸出的信號(hào)，Vam是輸出電壓的峰值，k是分壓常數(shù)。 由于采樣電路的輸出只與發(fā)電機(jī)輸出電壓的峰值有關(guān)，所以它不能識(shí)別輸出電壓
的畸變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種正弦調(diào)節(jié)的AVR，可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的全波 正弦控制，改善輸出電壓波形，減少輸出電壓的波形畸變。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié) 器，主要包括高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器、同步信號(hào)發(fā)生器、正弦參考電壓信號(hào)源、勵(lì)磁調(diào) 節(jié)器和勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路。其中，交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器實(shí)時(shí)采樣發(fā)電機(jī)的輸出電壓，得到能夠反 映輸出交流電壓波形變化的實(shí)時(shí)電壓信號(hào)，并分別輸入到同步信號(hào)發(fā)生器和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器； 同步信號(hào)發(fā)生器根據(jù)所述高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出，產(chǎn)生同步信號(hào)，并供給所述 的正弦參考電壓信號(hào)源；正弦參考電壓信號(hào)源產(chǎn)生正弦參考電壓基準(zhǔn)，正弦參考電壓信號(hào) 源的相位和周期均與發(fā)電機(jī)輸出的電壓信號(hào)一致，其幅度在任意角度內(nèi)符合正弦規(guī)律；所 述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)接收的高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出和正弦參考電壓信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流；所述勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 進(jìn)一步，所述正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器
的輸出信號(hào)和正弦參考電壓信號(hào)源的輸出信號(hào)均為交流信號(hào)。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣 器對(duì)輸出電壓采樣時(shí)，可以采用變壓器轉(zhuǎn)換、光電隔離變換、差分放大器轉(zhuǎn)換將高壓交流信 號(hào)不失真的轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)可以使用的低電壓信號(hào)。輸出采樣信號(hào)的零點(diǎn)可以為系統(tǒng)參考 地電壓，輸出正負(fù)極性的電壓信號(hào)或?qū)⒇?fù)半周信號(hào)轉(zhuǎn)換為正極性，或?qū)⒔涣鞑蓸有盘?hào)的零 點(diǎn)偏置在1/2系統(tǒng)電壓上。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用比較方式 對(duì)勵(lì)磁開關(guān)管進(jìn)行開通與關(guān)斷的控制，或者是進(jìn)行導(dǎo)通角的控制，或者進(jìn)行P麗占空比的 控制。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以采用PI調(diào) 節(jié)加比較器的方式采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可以使用單片機(jī)或DSP對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和采樣信號(hào)進(jìn) 行AD采樣后，采用軟件進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其同步信號(hào)發(fā)生器輸出的同 步信號(hào)包括相位控制信號(hào)和周期控制信號(hào)。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其正弦參考電壓信號(hào)源和勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器可集成在作為控制芯片的高速CPU中。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，上述的高速CPU集成有作為 正弦參考電壓信號(hào)源的P麗電路及作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的比較器。 進(jìn)一步，所述的正弦調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其還包括智能化控制部分，所 述的智能化控制部分包括輸出電流限制部分和漏電保護(hù)部分以及發(fā)電機(jī)狀態(tài)顯示部分。
本發(fā)明的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的波形和幅度的控制， 其輸出的電壓波形畸變大大得到改善。


圖1為本發(fā)明正弦調(diào)節(jié)AVR的基本結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明中高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的三種輸出信號(hào)圖； 圖3為本發(fā)明發(fā)電機(jī)的正弦調(diào)節(jié)AVR的框圖； 圖4為本發(fā)明中高保真瞬態(tài)信號(hào)采樣器的原理電路具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例l，如圖1所示的本發(fā)明正弦調(diào)節(jié)AVR的基本結(jié)構(gòu)框圖，高保真交流瞬態(tài)信 號(hào)采樣器實(shí)時(shí)采樣發(fā)電機(jī)的輸出電壓，得到能夠反映輸出交流電壓波形變化的實(shí)時(shí)電壓信 號(hào)，這種高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器具有很好的實(shí)時(shí)性，對(duì)信號(hào)的延時(shí)僅有幾個(gè)微秒。設(shè)計(jì) 一種與輸出電壓相位一致的"正弦參考電壓信號(hào)源"，其相位和周期均與發(fā)電機(jī)輸出的電壓 信號(hào)一致，其幅度在任意角度內(nèi)符合正弦規(guī)律；同步信號(hào)發(fā)生器根據(jù)前述交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出，產(chǎn)生相位控制信號(hào)和周期控制信號(hào)，這些信號(hào)供給前述的正弦參考電壓信號(hào) 源；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)包括前述的高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出和正弦參考電壓 信號(hào)源的輸出，該兩個(gè)輸入信號(hào)均為交流信號(hào)，但零點(diǎn)與極性則按照正弦參考電壓信號(hào)源 和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的需要可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果正弦參考電壓信號(hào)源和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為正負(fù)電 源供電條件下工作，則零點(diǎn)可以為零，正負(fù)極性可以是正電壓信號(hào)和負(fù)電壓信號(hào)。如果正 弦參考電壓信號(hào)源和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為單電壓供電條件下工作，則對(duì)應(yīng)輸出電壓的正負(fù)半 周，采樣器的輸出信號(hào)需要對(duì)負(fù)半周的負(fù)信號(hào)進(jìn)行倒相，形成統(tǒng)一的正極性信號(hào)。而如果使 用AD轉(zhuǎn)換器來(lái)處理這些信號(hào)，則必須使用正極性信號(hào)，零點(diǎn)可以為零電平，也可以是對(duì)信 號(hào)變化范圍定標(biāo)后選擇的某一正電平。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用比較方式對(duì)勵(lì)磁開關(guān)管進(jìn)行開通與 關(guān)斷的控制，或者是進(jìn)行導(dǎo)通角的控制，或者進(jìn)行P麗占空比的控制，進(jìn)而控制勵(lì)磁電流的 大小。這種勵(lì)磁調(diào)節(jié)電路，其調(diào)節(jié)速度快，對(duì)輸出畸變可以及時(shí)糾正，因?yàn)樵谌我鈺r(shí)刻，其輸 入的高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出是無(wú)延時(shí)的，而且其輸入的正弦參考電壓信號(hào)都按 照正弦規(guī)律建立了參考基準(zhǔn)，所以在任意時(shí)刻，勵(lì)磁調(diào)節(jié)電路都具備按照正弦規(guī)律實(shí)時(shí)調(diào) 節(jié)的條件并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。 當(dāng)在任意時(shí)刻都按照正弦規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，本發(fā)明的正弦調(diào)節(jié)AVR就實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸 出電壓的波形和幅度的控制，其輸出的電壓波形畸變大大得到改善。 高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器對(duì)輸出電壓采樣，將高壓交流信號(hào)不失真的轉(zhuǎn)換為控 制系統(tǒng)可以使用的低電壓信號(hào)?？梢圆捎米儔浩鬓D(zhuǎn)換，可以采用光電隔離變換，可以采用差 分放大器轉(zhuǎn)換。輸出采樣信號(hào)的零點(diǎn)可以為系統(tǒng)參考地電壓，輸出正負(fù)極性的電壓信號(hào)或 將負(fù)半周信號(hào)轉(zhuǎn)換為正極性；也可以將交流采樣信號(hào)的零點(diǎn)偏置在1/2系統(tǒng)電壓上。
以上三種輸出信號(hào)簡(jiǎn)單表示為圖2的A、B、C。 正弦參考電壓信號(hào)源產(chǎn)生與輸出電壓同相同周期的正弦參考電壓信號(hào)。本發(fā)明中 采用P麗方式生成正弦參考電壓信號(hào)。 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以采用PI調(diào)節(jié)加比較器的方式采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可以使用單 片機(jī)或DSP對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和采樣信號(hào)進(jìn)行AD采樣后，采用軟件進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。在任意時(shí)刻， 當(dāng)輸出電壓低于額定幅值時(shí)，控制器增加勵(lì)磁，使輸出電壓上升。當(dāng)輸出電壓高于額定幅 值時(shí)，控制電路減少勵(lì)磁。通過(guò)對(duì)輸出電壓的瞬態(tài)控制，達(dá)到對(duì)輸出電壓全波正弦調(diào)節(jié)的目 的。 實(shí)施例2，如圖3所示，本發(fā)明發(fā)電機(jī)的正弦調(diào)節(jié)AVR的框圖。圖中，上半部分表示 了本分明的核心部分。其他部分增加了發(fā)電機(jī)的智能化控制的功能。 高保真瞬態(tài)信號(hào)采樣器的特征在于，其輸入是發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓，其輸出是 如前述的圖2中的波形B的信號(hào)。其原理電路如圖4所示，圖中的特征在于輸入的高壓經(jīng) 過(guò)R42、 R48后，經(jīng)過(guò)D13、 D14整流后，送到差分電壓放大器IC1，實(shí)現(xiàn)單電壓運(yùn)放對(duì)交流信 號(hào)的檢測(cè)，從R51輸出無(wú)失真和延遲的小信號(hào)的交流采樣信號(hào)。
差分放大器的信號(hào)還送到比較器IC2，產(chǎn)生過(guò)零同步信號(hào)。 本發(fā)明采用了一個(gè)高速CPU作為控制芯片。同步信號(hào)被送到該CPU，CPU根據(jù)該同 步信號(hào)，控制正弦參考電壓信號(hào)源的相位和周期，其產(chǎn)生的信號(hào)源并不僅僅是在過(guò)零點(diǎn)與 輸出電壓同步，而是在任意時(shí)刻和角度均與發(fā)電機(jī)的輸出電壓同步。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出頻率波 動(dòng)時(shí)，CPU會(huì)控制正弦參考電壓信號(hào)源進(jìn)行隨動(dòng)響應(yīng)。
正弦參考電壓信號(hào)源采用P麗方式由CPU中集成的P麗電路完成。其特征在于輸 出0-180度和180-360度一樣的單極性正弦波，波形如圖2的B波形，其特征還在于其相位 和周期均與輸出電壓同步。 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也有CPU集成的比較器完成。由于采樣信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)均采用圖2中 的B形式，因此其在任意角度的正弦控制規(guī)律是一樣的。其實(shí)現(xiàn)也可以通過(guò)CPU的比較計(jì) 算來(lái)實(shí)現(xiàn)。其特征在于輸入的兩個(gè)信號(hào)均為相位和周期同步的交流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)正弦調(diào) 節(jié)。 增加的智能化控制包括輸出電流限制和漏電保護(hù)以及發(fā)電機(jī)狀態(tài)顯示。 當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電流超過(guò)額定值時(shí)，通過(guò)減少勵(lì)磁來(lái)限制輸出電流。 當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)殼帶電時(shí)，通過(guò)關(guān)斷勵(lì)磁來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，同時(shí)顯示故障。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和
原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器、同步信號(hào)發(fā)生器、正弦參考電壓信號(hào)源、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器實(shí)時(shí)采樣發(fā)電機(jī)的輸出電壓，得到能夠反映輸出交流電壓波形變化的實(shí)時(shí)電壓信號(hào)，并分別輸入到所述同步信號(hào)發(fā)生器和所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；所述同步信號(hào)發(fā)生器根據(jù)所述高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出，產(chǎn)生同步信號(hào)，并供給所述的正弦參考電壓信號(hào)源；所述正弦參考電壓信號(hào)源產(chǎn)生正弦參考電壓基準(zhǔn)，正弦參考電壓信號(hào)源的相位和周期均與發(fā)電機(jī)輸出的電壓信號(hào)一致，其幅度在任意角度內(nèi)符合正弦規(guī)律；所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)接收的高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出和正弦參考電壓信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流；所述勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高保真交 流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出信號(hào)和正弦參考電壓信號(hào)源的輸出信號(hào)均為交流信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高保真 交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器對(duì)輸出電壓采樣時(shí)，采用變壓器轉(zhuǎn)換或者光電隔離變換或者差分放大 器轉(zhuǎn)換將高壓交流信號(hào)不失真的轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)使用的低電壓信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高保真交 流瞬態(tài)信號(hào)采樣器輸出采樣信號(hào)的零點(diǎn)為系統(tǒng)參考地電壓，輸出正負(fù)極性的電壓信號(hào)或?qū)?負(fù)半周信號(hào)轉(zhuǎn)換為正極性，或?qū)⒔涣鞑蓸有盘?hào)的零點(diǎn)偏置在1/2系統(tǒng)電壓上。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的勵(lì)磁調(diào) 節(jié)器采用比較方式對(duì)勵(lì)磁開關(guān)管進(jìn)行開通與關(guān)斷的控制，或者是進(jìn)行導(dǎo)通角的控制，或者 進(jìn)行P麗占空比的控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的勵(lì)磁調(diào) 節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)加比較器的方式采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，或者使用單片機(jī)或DSP對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和 采樣信號(hào)進(jìn)行AD采樣后，采用軟件進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述同步信號(hào)發(fā)生器 輸出的同步信號(hào)包括相位控制信號(hào)和周期控制信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述正弦參考 電壓信號(hào)源和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器集成在作為控制芯片的高速CPU中。
9 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高速CPU集 成有作為正弦參考電壓信號(hào)源的P麗電路及作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的比較器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括智能化 控制部分，所述的智能化控制部分包括輸出電流限制部分和漏電保護(hù)部分以及發(fā)電機(jī)狀態(tài) 顯示部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，包括高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器、同步信號(hào)發(fā)生器、正弦參考電壓信號(hào)源、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路，其中，高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器實(shí)時(shí)采樣發(fā)電機(jī)的輸出電壓，得到能夠反映輸出交流電壓波形變化的實(shí)時(shí)電壓信號(hào)，并分別輸入到同步信號(hào)發(fā)生器和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；同步信號(hào)發(fā)生器根據(jù)所述高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出，產(chǎn)生同步信號(hào)，并供給所述的正弦參考電壓信號(hào)源；正弦參考電壓信號(hào)源產(chǎn)生正弦參考電壓基準(zhǔn)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)接收的高保真交流瞬態(tài)信號(hào)采樣器的輸出和正弦參考電壓信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流；勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明用于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的波形和幅度的控制，其輸出的電壓波形畸變大大得到改善。
文檔編號(hào)H02P9/26GK101707468SQ20091022409
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者黃金亮 申請(qǐng)人:黃金亮