嵌入式发电机控制器（精选9篇）
嵌入式发电机控制器 篇1
0 引言
电机控制系统中嵌入式单片机的应用对于机电工作稳定性与安全性的提升十分重要, 以嵌入式单片机作为电力控制系统的核心元件对于电机控制系统性能的提升也十分有利。嵌入式单片机的应用主要有硬件电路与软件系统, 其在硬件电路中的应用主要包括电机转子位置检测电路与驱动电路。嵌入式单片机能够促进电机控制系统的微型化发展, 此外, 其对于电机控制系统性能的优化也十分重要。
1 嵌入式单片机应用于电机控制系统的要求
嵌入式单片机应用于电机控制系统中需要满足电机控制系统的基本性能与控制任务。电机控制系统的控制任务主要有控制换相顺序、控制电机的转速、控制电机转向。
控制换相顺序是使电机的通电换相顺序按照单机的工作方式进行, 从而保证电机能够正常运行。控制换相顺序又被称为脉冲分配, 电机控制系统中脉冲分配的主要方式有软件法实现脉冲分配与硬件法实现脉冲分配。软件法实现脉冲分配是利用单片机发出控制脉冲信号, 脉冲信号的发射方向是单片机的I/O接口至驱动电路。软件法实现脉冲分配需要提前设计好通电换相的顺序, 且还需要花费大量的CPU时间, 因此对电机的换相顺序进行控制一般采用通过脉冲分配器芯片控制通电换相的硬件法实现脉冲分配。
电机转速的控制主要是通过对单片机发出的脉冲信号频率进行控制的, 电机转速控制的方法一般有:
(1) 通过改变延时的时间进而改变输出脉冲信号的频率的, 但该种方法与软件法实现脉冲分配一样需要花费大量的CPU时间。
(2) 定时器延时法, 即在中断电机服务的子程序过程中对输出的脉冲信号进行操作控制, 通过调整定时器的定时常数来实现电机转速调节与控制。
电机转向控制的方法主要是通过改变电机通电的相序, 从而实现电机转向的控制。
2 ds PIC20F单片机
ds PIC20F单片机是在十六位单片机的基础之上与DSP技术相结合而构建的一种数字系统控制器, 应用于电机控制系统中若再加上其他功能强大的外围设备的辅助, 则其功能会更加强大。ds PIC20F单片机与传统的单片机相比较具有中断处理能力快、高速数字信号处理能力强、可拓展性强等优势。ds PIC20F单片机的可拓展性使得其具备软件的可修改、功能可增减等性能。此外ds PIC20F单片机对硬件的依赖性更低, 将其与丰富的内部资源相结合能够实现对电机系统的控制功能。ds PIC20F单片机的排线设计更加简单, 安装的成本更加低廉, 提高了工作的可靠性稳定性及抗干扰能力。
3 硬件设计
电机控制系统结构如图1所示, 主要包括:A/D数据采集器、驱动模块电路、电机、ds PIC20F等。A/D数据采集器将采集的信息传递给驱动模块电路, 驱动模块电路再将处理后的信号传递给电机, 在传递信号的过程中驱动模块将转子位置信息传递给ds PIC20F, ds PIC20F又将转速的调节信号反馈给驱动模块电路, 电机接收信号之后作出相应的反应传出偏差信号给ds PIC20F, ds PIC20F接收信号后对信号进行控制并反馈调节电机。电子转子位置传感器的功能是检测电机转子的位置, 通过驱动模块将转子的位置信息传递给ds PIC20F, 然后对电机的转动速度进行反馈调节。CPU控制芯片的功能是对转子的位置进行计算并将转子的位置信号转变成电信号, 以能够让转子的位置信号通过驱动模块传递出去。此外CPU控制芯片还能够在电机旋转之后计算电机旋转的最佳转速。驱动模块的主要功能是根据CPU控制芯片传递过来的电机位置电信号使电机旋转。系统根据转子位置脉冲信号的宽度计算电机的实际转速, CPU根据电机实际转速与电机设定转速的差异产生偏差信号, 并将其传递给电机驱动模块, 电机驱动模块根据偏差信号调节电机的转速, 从而实现电机控制系统的闭环控制。
3.1 电机转子位置检测电路
霍尔位置传感器是电机转子位置检测线路中的核心部件。霍尔位置传感器主要由两部分组成:静止部分与转动部分。静止部分固定在电机的机座上, 转动部分一般固定在电机的转轴上, 随转轴一起旋转。霍尔位置传感器的转动部位有一个遮光盘, 其主要功能是遮住电机的齿部, 其是电机转子位置确定的重要组成部分。在电机的齿部被遮光盘遮住时其会产生高电平信号, 未被遮挡时会产生低电平信号, 电机位置检测部位根据低电平信号与高电平信号的差异来确定电机转子的位置。
3.2 驱动电路
电机控制系统驱动电路的核心部件主要有功率变换器、电动机、控制器等。LMD18200型号的电动机采用了数字集成芯片, 集成了CMOS控制电路和DMOS功率器件, 是专门针对直流电动机驱动设计的H桥型组件。该芯片应用于电机控制驱动系统中的正常工作电流一般为3A, 有时候其瞬间的驱动电流可高达6A, 有良好的驱动效果。该数字集成芯片还有过流保护功能设计, 提升了电机控制系统运行的安全性与稳定性。LMD18200电动机速度的控制与调节可以通过改变占空比实现。LMD18200数字集成芯片构成的驱动电路与分离原件构成的驱动电路相比具有更加优良的性能, 设计简单, 操作与控制更加简便、有效, 并提升了电机控制系统的稳定性与安全性。
4 软件设计
电机控制系统的任务控制与管理是通过μCLinux系统 (嵌入式实时操作系统) 实现的。μCLinux的任务调度函数可以实现任务的切换操作。电机控制系统软件对电机的控制需要先设定优先等级, 然后需要对数据进行预处理, 最后输出驱动信号。软件任务调动流程如图2所示。
5 结语
电机控制系统中嵌入式单片机的应用对于电机控制工作十分重要, 应积极研究与实现优化措施, 以进一步优化电机控制系统的性能。
参考文献
[1]张军锋.嵌入式单片机在电机控制系统中的应用[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2015, (29) :1320-1320
[2]张国栋.基于嵌入式单片机的步进电机控制系统设计[J].电脑知识与技术, 2011, 07 (24) :6017-6019
[3]陈勇.基于嵌入式平台的三维高速数控雕刻机控制系统设计与实现[D].成都:成都电子科技大学, 2009
[4]马建设, 李合银, 程雪岷, 等.嵌入式自动聚焦摄像模组控制系统的设计[J].光学精密工程, 2012, 20 (10) :2222-2228
[5]徐艾, 谭宝成, 廉春原, 等.智能轮式移动机器人嵌入式控制系统设计[J].国外电子元器件, 2008, 16 (11) :30-32
嵌入式发电机控制器 篇2
关键词：BACnet控制器楼宇控制设备嵌入式Linux体系结构
BACnet协议是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议。该协议已成为美国国家标准(ANSI/ASHRAE135-1995)和欧盟标准草案，并在成为草案级国际标准。其中定义了23个对象和42个服务，以及5个数据链路的局域网底层网络结构。1月正式发布了附录135a，成为标准的附件J，确定BACnet/IP技术的第6个局域网互联的底层技术。
1BACnet网络体系结构和控制器功能分析
1.1BACnet网络体系结构
BACnet建立在包含四个层次的简化分层体系结构上。这四层相当于OSI模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层。BACnet标准定义自已的应用层和简单的网络层，对于其数据链路层和物理层，提供了五种选择方案，在附件J-BACnet/IP中加入了对IP的支持。
图1是BACnet/IP网络体系结构层次图。BACnet没有对应于OSI的第四、五、六层，也就是说，BACnet没有传输层、会话层和表示层。BACnet网络层屏蔽了底层采用的网络技术的差异。
1.2BACnet控制器的功能分析
在一个BACnet控制网络中，一个BACnet控制器通常和多个控制设备直接相连，负责监控这些设备的运行。概括起来说，BACnet控制器应该具有三个方面的功能。①通信功能。BACnet控制器是一个网络控制器，所以它必须能够发送和接收BACnet报文，和其它BACnet设备进行通信。②监视功能。BACnet控制器要监视与它直接相连的控制设备的状态。这样，它就要提供数据结构来描述这种状态。在BACnet协议中，描述这些状态是用BACnet对象。BACnet协议提供了42个标准对象。③控制功能。BACnet控制器要控制与它相边听设备的运行，不仅要使这些设备之间具有互动能力，而且要使这些设备和系统的远程设备能够互动，所以在BACnet控制器中应该有逻辑控制模块来实现这一功能。值得注意的是，不同时间、不同地点，BACnet控制器中的控制逻辑可能是不同的，因而在BACnet控制器中要提供改变控制流程的工具。这种工具最好是图形界面的，以方便用户使用。
图1BACnet体系结构层次图
2基于嵌入式Linux开发软件的可行性
①Linux是一个和Unix相似、以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。在开发过程中，可以根据实际需要，通过内核构筑工具对Linux内核功能进行裁减，做成体积很小的嵌入式操作系统，可使其达到500KB或更小的规模。
②在实时性应用方面，通用的Linux在强实时性应用方面存在欠缺。Linux调度程序原来主要是针对台式计算机操作系统。重点考虑的是在应用程序的吞吐量上，即采用了一种“公平共享”的策略保证所有进程得到平均的CPU时间。在楼宇控制设备这种弱实时性应用中，如果采用先进的内核机制、进程调度算法和较小粒度的系统时间(10ms)，是可以满足弱实时应用要求的，因此，Linux可用于楼宇自动化系统。
③Linux是源代码开放的操作系统，可以很容易得到内核的接口和源码，我们可以把BACnet的协议实现集成到内核中去。
嵌入式发电机控制器 篇3
关键词：嵌入式系统；家居控制系统；研究；探讨
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 05-0000-02
Home Control System Research Based on Embedded System
Zhou Zuhua
(Vocational and Technical College,Guizhou University,Guiyang550003,China)
Abstract:At present,the rapid development of family intelligent technology,the family intelligent controller of home intelligent system is the key.Home control system based on embedded system has become one of our development focus of the study.Based on the study of a large number of home and abroad on the basis of the control system,a home control system to achieve:that is, the control module to combine with the operating system,plus a variety of sensors embedded home control system.
Keywords:Embedded system;Home control system;Research;Discussion
一、嵌入式系统家居控制系统的硬件设计及功能
对基于嵌入式系统家居控制系统的进行研究探讨，就需要我们对其硬件进行科学合理的设计，并充分实现其功能作用。因此，在设计嵌入式系统家居控制系统的时候，我们必须要充分考虑到控制系统的科学、稳定、扩展等特点。这样，就要求我们必须把嵌入式系统家居控制系统的硬件设计当作其中最为核心的组成部分来进行，尽量优化设计，最大限度地发挥其功能作用。一般情况下，我们可以把嵌入式系统家居控制系统设计成为核心模块和控制模块两个部分。在嵌入式系统家居控制系统中，核心模块主要用来构建嵌入式控制系统的，而控制模块则主要是一些位置处于外面环境的接口所组成的。实际上，嵌入式系统家居控制系统的硬件主要有：核心模块主要是由处理装置（如微处理器等）以及处于外面环境中的存储芯片等所组成的。就嵌入式系统家居控制系统的发展而言，三星公司所生产的S3C2440微处理器使用最多最广。这是因为，S3C2440微处理器被广泛应用到多媒体软件、便捷式通信产品等嵌入式系统内，同时还能够比较轻易地运行到Windows CE中。此外，因为整个嵌入式系统家居控制系统的实现要求比较高，所以采用三星公司生产的S3C2440微处理器则能够很好地满足了这些要求。处于外面环境中的存储芯片，即控制模块则采用芯片，通过串口信号线与微处理器相互连接，同时通过CPU进行控制。不过，这样需要增加相应的驱动线路。但是其触摸屏则采用了四线电阻式，直接把它同CPU相互连接起来。
二、嵌入式系统家居控制系统的软件设计及功能
通过Windows CE操作控制系统可以实现和满足嵌入式系统家居控制系统对实时性以及网络功能的具体要求。不过，我们也必须同时综合考虑开发成本以及难易程度等因素。此外，Windows CE操作控制系统具有比较好的用户界面，而且比较容易于操作、控制和管理等。同时，在嵌入式系统家居控制系统中，我们主要是应用层面的开发与研究。因此，选用Windows CE操作控制系统比较适合，也比较划算。但在Windows CE操作控制系统产品的开发过程中，有以下几个方面的重要内容值得我们重视：一是驱动程序的研究开发；二是内核定制；三是应用程序的研究开发等。以上几点在嵌入式系统家居控制系统极为重要与关键。而微软在这些方面都提供了比较好的开发工具，因而也就成为了内核定制以及应用程序研究开发的重要工具之一。
（一）嵌入式系统家居操作控制系统的平台定制
在嵌入式系统家居控制系统中，其硬件平台成功组建以后，我们必须结合具体的家居应用实际，针对特定的硬件定制嵌入式操作控制系统，这也是本文研究和探讨的重点。可以这么说，要想直接在嵌入式系统家居控制系统的硬件平台上编写相应的软件是相当困难的，因为嵌入式系统家居控制系统资源受到极大的限制。当前，人们通常是采用宿主机或者目标机等的方式进行，即就是首先在相应的电脑上编写控制程序，接着应用交叉编译方式，从而生成在目标平台上可以运行的二进制程序或文件，最后一个步骤是下载到相应的目标平台上运行，进而实现其功能与作用。但是，在进行嵌入式系统家居控制系统研究开发以前，我们必须首先要建立和配置好交叉研究开发的环境与条件。Windows CE操作控制系统作为一个很好的平台，其定制过程主要包括以下几个方面：一是确定并选择操作系统的基本配置，并且要为特定的操作控制平台确定和选择相应的微处理器以及支持包等。二是利用标准研究开发向导，并根据Windows CE操作控制系统的基本架构，结合目标硬件设备研究开发、添加适当的组件、设备驱动程序等，创建一个定制的平台。如果可以，就对一些配置文件进行修改之后，再培植所需要的功能模块中去，与此同时通过编译进而生成相应的镜像文件。三是应用串口、网络或USB等把编译生成的相应镜像文件下载到目标设备中，可以使用调试工具查看Windows CE操作控制系统的运行情况，并可以随时进行调试或修改。若有必要，可以重新进行配置、封装、调试以及修改等，直到达到用户的要求为止，从而更好地实现嵌入式系统家居控制系统的功能。四是最后需要导出相应的软件研究开发工具包，在运行后安装到系统中，从而使得系统可以进行特定硬件平台的应用程序研究与开发。
（二）嵌入式系统家居控制系统驱动程序的研究开发
通常情况下，由于嵌入式系统家居控制系统的驱动程序涉及到中断驱动程序和GPIO 驱动，因此可以采用单片驱动程序和分层驱动两种方式进行。在这里，单片驱动程序我们就不用多说了，而主要研究分层驱动程序。分层驱动程序主要由两个部分组成，即模型设备驱动程序依赖平台的驱动程序。微软为连接驱动程序提供了相应的设备驱动程序，模型驱动程序对于平台来说都是通用的，也就是同时都是源代码和库。总体上看，模型驱动程序主要执行以下任务：一是连接设备驱动程序提供器接口；二是把不同的操作控制系统连接在一起；三是负责与系统控制模块与内核之间的通信，与此同时，也包括诸如中断控制等一些复杂的操作。而设备驱动程序接口主要是供模型设备驱动程序调用，主要由模型设备驱动程序提供。而对于分层驱动程序方面，编写驱动主要就是要编写直接操作处理器中寄存器的相应数值和操作系统平台中传递的参数。通常，它们在操作控制系统的层面上，通过传递数值和返回参数，修改和获取S3C244的相应数值，并通过调用相关应用程序来实现需要的控制功能。
（三）嵌入式系统家居控制系统应用软件的研究开发
作为微软公司研究开发的Windows CE操作控制系统具有与Windows系统基本一致的功能与作用。当然，Windows CE操作控制系统的研究开发也有着自己显著的特征。对于Windows CE操作控制系统应用软件的研究开发，我们应当注意以下几点：首先，必须使用Unicode字符集的程序。其次，程序代码应当做到和最小，因为嵌入式设备一般都没有太大的空间容纳像台式电脑那样的内存，如果程序过大，运行的时间就会延长。再次，Windows CE操作控制系统应用软件的程序主要是通过驱动程序读取。直接获取与S3C2440端口相连的传感器的状态和数值后，把相关信息返回Windows CE操作控制系统应用软件的程序中，程序再根据传感器的状态及数值又把关联的信息通过调用串口驱动程序，发送相应的命令并传给有关功能模块，随后该模块发送信息到用户手机，用户就可以随时看到家中的变化。倘若用户要对家中的一些设备进行操作，就可以应用发送信息的方式把控制信息传给有关功能模块，该功能模块再将此信息又传到Windows CE操作控制系统应用软件的程序中，这时应用程序就可以控制相应的端口了，进而满足用户的具体要求。
三、结束语
在当今社会，随着家庭智能化技术的全面快速发展，家居控制系统的重要意义和作用越来越凸显在人们的面前，这也是嵌入式系统家居控制系统的关键所在。因此，我们必须结合实际，坚持以先进的现代科学技术和通信技术为前提与基础，尽力做到以嵌入式系统为技术核心，不断优化家居控制系统的结构与功能，保证其功能全面、性能稳定、耗能低下等特征，促进其全面快速健康发展，更好地为人们提供方便快捷的服务。
参考文献：
[1]赵静,梅军.嵌入式智能家居控制系统的研究与设计[J].今日电子,2010,2
[2]彭小军,李荣.基于ARM的嵌入式智能家居控制系统研究[J].低压电器,2009,18
[3]郭海杰,吴飞,雷必成.嵌入式智能家居控制系统的研究[J].福建电脑,2009,3
嵌入式发电机控制器 篇4
1 嵌入式单片机ds PIC20F芯片特点分析
相较于其他单片机芯片,嵌入式单片机ds PIC20F芯片自身包括了丰富的内部资源,因而无需过多的外设装置即可以开展正常的电机控制工作。外设装置越多,则中央控制芯片所需要处理的信息量越多,整个控制系统的运行效率越慢。因而采用ds PIC20F芯片能够在保证电机控制系统运行效果的前提下降低外设装置的使用数量,既降低了成本支出,又使控制工作更加简便。此外,该芯片已经形成了一个品牌系列,量产化生产之下的单位成本较低,应用更加成熟,节约了研究设计时间,并且具有良好的经济性。
2 基于嵌入式单片机的电机控制系统设计
2.1 总体结构设计
本文在详细分析了当前既有研究成果并结合本学科所学知识基础上设计的基于嵌入式单片机的电机控制系统结构图见图1。
由图1 可知,该电机控制系统之中主要包括A/D数据采集模块、驱动模块电路、电机转子位置采样模块所构成。
2.1.1 A/D数据采集模块
A/D数据采集模块主要是用于该系统中传感器以及电机之间的信号采集工作,以此来检测模拟信号是否正常。因此,在本文设计方案中使用了WJ28 数据采集转换模块作为A/D数据采集模块的应用产品。该产品结构包括电源隔离、信号隔离、线性化、A/D转换和RS-485 串行通信构成[1]。可承受3000VDC隔离电压,抗干扰性能优秀;同时,其工作温度范围为-45 ~ 85℃,能够满足绝大多数工业企业电机设备运行及控制所需。
2.1.2 驱动模块电路
驱动系统主要由控制器、功率转换器以及电动机所组成。由于直流电源是目前我国境内应用的主要电源方式,因而本文设计的驱动模块电路主要是针对直流电机所展开。其电路设计图见图2。
在该驱动模块电路中,其正常工作电流为2.5A,如果需要瞬间驱动电机运转,则其提供的电流强度可以达到5 ~ 6A。同时,在该电路内部还伴有过流保护测量电路,以此来保证该电路能够处于正常工作状态之中,实现良好而有效的过流保护作用。
2.1.3 电机转子位置采样模块
电机转子位置采样模块主要是利用预先安装的霍尔位置传感器进行数据信息的收集并做进一步的处理之后所实现的。而霍尔位置传感器则包括静止和转动两部分,其中静止部分主要是与电机基座相固定,转动部分则被设计成为了一个拥有齿槽的遮光盘,并与电机的转动轴相连接,当电机处于运转之时随其一同转动[2]。由于霍尔位置传感器遮光盘齿槽的存在,在电机运转时,利用齿槽的联动来实现实时收集电机转子位置信息,以此来确定其工作位置,并为控制系统提供准确的电机运行参数。
整个基于嵌入式单片机的电机控制系统的运行原理为:电机转子位置采样模块开展电子转子位置的检测工作,并将收集到的数据信息传输至中央控制芯片,通过数学方法计算之后确定其精确位置。同时,将经过处理之后的电机转子位置信息传输至电机驱动模块,依据预设控制指令来驱动电机运转[3]。当电机启动运转之后根据使用该电机设备的企业实际工作需要输入相应的运转速率参数,在中央控制芯片根据当前电机转子的位置信号计算出电机的实际运转速度,之后将其与设定的转速参数进行比对,得出转速偏差数值及信号之后进行相应调整并反馈至电机,最终实现二者相一致的闭环控制目的[4]。
2.2 软件系统设计
针对嵌入式单片机的电机控制系统需要同时对多项任务进行调度分配与管理,为了保证其数据运算处理能够保持在一个较高的水平,本文采用了 μCLinux操作系统作为其软件系统,主要包括主程序以及中断程序两方面内容。其中主程序则是应用在电机正常控制情况下的数据信息收集工作,而中断程序则是用于故障的诊断以及预警。其所需要负责的工作内容包括以下几方面。
测控功能:对于电机日常运转中的一系列数据信息进行检测与分析,如:电机运转速率的测量、转子位置的确定、数据信息的预处理以及电机驱动功率输出等。
保护功能:当整个控制系统出现运转异常,特别是电机发生故障时应及时向操作人员做预警,并启动相应的保护措施。
人机交互动能:除了显示当前电机运转状况、转速、工作温度等信息外,还需要根据不同工作内容需求做出系统设置参数的修改、调整等。
3 基于嵌入式单片机的电机控制系统仿真测试
在完成了整个电机控制系统的设计工作之后,为了能够对其运行的稳定性以及设计的可行性进行验证,本文选取了Proteus仿真软件作为测试的主要手段,其仿真测试结果见图3。
有鉴于采样频率以及收集到的数据量相对较大,因而本文选取了整个测试过程中的1min测试结果作为分析对象。在取样时间段内,采样数据呈现出了明显的正弦曲线,结果表明本文设计方案具有较高的可行性。但是,不同忽视的是,尽管其高频采样结果较为理想,但是低频采样结果并不理想,存在着一定的电机运转参数漏采(测)情形发生[5]。然而,由于工作领域中对于低频采样的注重程度相对较低,因而此设计方案瑕不掩瑜,是行之有效的。
4 结论
嵌入式发电机控制器 篇5
随着能源和环境问题的日益严峻,作为可再生能源的风力发电得到了广泛关注和大力发展。风电并网是实现风能大规模利用的有效方式,随着风力发电机组容量和规模的不断扩大,其在电网中所占的比重逐步提高,对电力系统的影响也将越来越显著。
风的随机波动性和间歇性决定了风电场的输出功率也具有随机波动性和间歇性,风电的出力可靠性差,与电力系统需要实时平衡稳定的特性相悖,其在电网中运行势必会对电网产生一系列影响,在风电穿透功率较大的电网中,风电机组的稳定、可靠运行显得尤为重要。文献[1,2]基于风能资源季节分布与水能资源互补的特点,提出风水互补的运行方式,用水电调节风电。文献[3]通过具有快速启停和负荷调节特性的燃气轮机电站补偿风电场出力的波动。但常规能源由于地理上的局限,不具有普遍的可获得性。文献[4]利用转子惯性存储部分动能,这种方式下,系统只在某些设定点能够抑制较小功率波动,而且效率较低。文献[5]引入储能装置与风力发电系统相结合,由储能系统调节风电输出功率。由于储能系统具有普遍可获得性,且对任何风速和运行点都可以进行补偿,因此有可能被广泛采用。
结合储能系统来研究改善风能发电的稳定性,提高发电及接入系统的稳定运行成为风电并网运行中的重要问题。文献[6]采用飞轮储能装置平滑风力发电功率,文献[7]使用超导储能系统,文献[8]中超级电容器承担平滑功率的作用。然而,飞轮储能系统一般损耗高,控制系统相对复杂;超导储能安装和维护费用较大;超级电容器则常用于秒级储能,不适合实际兆瓦级使用,而电池储能系统(BESS)成本低,技术成熟,是电力系统中最实用化的储能系统[9]。文献[10]通过对各种储能装置拓扑比较分析,指出电池储能系统因存储容量和功率密度高,适用于风力发电系统储能。
本文利用嵌入式能量存储(embedded energy storage,EES)电池系统,探讨一种抑制风电输出功率波动的可行方案,使风电场具有灵活可控的电能,对提高电网吸纳风电的能力及电网和风电场的稳定运行都具有重要意义。
1 集成EES的双馈风力发电系统
双馈风力发电系统的结构见附录A图A1,其定子绕组直接与电网相连,转子绕组则通过由网侧换流器(GSC)和转子侧变流器(RSC)构成的背靠背脉宽调制(PWM)变流器接入电网。由附录A图A1可见,其直流母线的存在以及电压源型变流器的采用,使得双馈发电系统非常容易在直流端嵌入储能系统[11,12,13]。
图1中EES通过Boost DC/DC接入直流母线。由图可见,集成EES的成本仅源于储能装置自身,而无需附加AC/DC或DC/AC装置,节省了传统储能系统中一套专用变流器的成本;另一方面,EES不仅电气上可嵌入发电系统,而且可以在物理空间上嵌入[12],储能装置可放置在风力机塔筒的内部中空部分,不需要额外的储能室和相应的建筑占地面积,在经济灵活性和安全可靠性方面具有优势。
2 集成EES的双馈风力发电系统控制策略
风的自然间歇性使风力发电功率稳定性较差,其输出功率随风速增大或减小。可利用储能系统对此波动功率进行补偿,以实现输入电网功率恒定。因此,EES需具备一定的能量缓冲水平。为保障储能系统的自身安全和正常工作,运行中需实时检测EES的储能状态或称为荷电状态(SOC)。SOC定义为电池剩余电量与标称电量的比值,对电池的充放电过程至关重要,需设定在一定的范围内。SOC不易直接获得,可简化地通过检测电池端电压uees实现[13]。附录B为一简化电池模型[14]电压与SOC的关系及发电系统控制策略切换机制。
2.1 SOC未越限时的控制策略
电池的SOC处于工作范围(如20%～80%)内时,EES作为能量缓冲系统由Boost DC/DC变流器接入发电系统的直流母线侧,根据风速变化调节发电系统输出功率。在传统双馈发电系统中,直流环节的电压波动在一定程度上反映了风电功率的波动,因此,直流侧DC/DC以恒定的直流母线电压为控制目标。当直流侧电压高于设定值时,表明风速较高,过剩的风能可通过DC/DC变流器向EES充电;反之,当直流侧电压低于设定值时,表明风速较低,风电输入电网功率的缺额则由EES通过DC/DC变流器放电而流入直流母线侧。
RSC实现风力发电机输出有功与无功功率的解耦控制。为实现最大风能捕获,根据风速实时调节发电机的转速,保持最佳叶尖速比,最大化风能转换效率;无功功率的参考值可根据定子功率因数的需求选取。
由于DC/DC用于控制直流母线电压,GSC则补偿发电机定子侧的输出功率与风电输入电网功率指令的差额功率,保证输入电网的功率恒定,提高风电输出功率的稳定性。为充分利用变流器的无功调节能力,可根据系统的需要提供或吸收一定的无功功率,其参考值可依据网侧的功率因数选择(通常工作于单位功率因数);另外,在电网电压降落情况下,无功功率可用于调节系统交流电压的稳定,其最大补偿容量取决于变流器的设置容量。
各部分变流器及集成EES的双馈发电系统的总体控制框图见图2。图中,P*gsc,Pgsc,Q*gsc,Qgsc,i*d,id,i*q,iq分别为GSC有功、无功功率及d轴、q轴电流参考值和实际值;P*opt,Ps,Q*s,Qs,i*rd,ird,i*rq,irq对应RSC有功、无功功率及d轴、q轴电流参考值及实际值;u*dc和udc分别为直流侧电压参考值和实际值;P*g为风电系统输入电网功率指令;ωr和v分别为电机转速和风速;DFIG为双馈感应发电机。
2.2 SOC越限时的控制策略
某段时间内风速持续较高(如暴风),可能使得EES存储容量达到上限饱和;某段时间内风速持续较低(如无风),又会使得EES存储容量低于下限而深度放电。对于由蓄电池构成的储能系统,必须避免过充或深放状态的出现。因此,为保证EES的安全及发电系统的正常运行,如图2所示,当检测到电池SOC或电压越限时,必须将储能系统切除。
此时,系统恢复为传统的双馈发电系统,总体控制策略须进行相应调整。在切除储能环节后的高风速区(额定风速以上),RSC实现恒功率控制,在低风速区(额定风速以下)依然跟踪最大功率曲线;GSC则恢复为控制直流端电压恒定,保证系统的可靠运行。EES退出后的总体控制框图见附录C图C1。
3 仿真算例
为了验证所述算法以及EES平抑风能功率波动的效果,着重对额定风速下的最大风能捕获区进行以下算例验证。
其中,双馈发电机为1.5 MW,基本风速为8 m/s,对应的风电输入电网功率参考值为0.4(标幺值),其基准值为1.5 MW。仿真风速在4 m/s～12 m/s范围内变化时,风力系统输入电网的功率在0.2～0.6(标幺值)波动。因此可选择嵌入式储能系统的功率为0.2(标幺值),即0.3 MW(储能系统的功率及容量选取依据见附录D)。风电功率波动主要是分钟级时间尺度,可简单计算求得10 min跨度的EES容量为50 kW·h。
3.1 各种模拟风况下EES功率控制的仿真结果
风力机是风力发电机组的原动力,风电功率取决于风速。为描述风的随机性和间歇性引起的功率波动特性,采用国内外常用的风力四分量模型[15],即基本风、阵风、渐变风和随机风。图3所示为5 min时段内风速属性,从上至下依次为基本风+阶跃、基本风+渐变风、基本风+阵风和基本风+随机风情况,其中最大风速均不超过12 m/s。定义EES的充电功率为负,放电功率为正。
由图3仿真结果可见,当风速在一定范围内变化时,除了在快速变化的随机风速下具有较小跟踪误差外,集成EES的双馈风力发电系统均能保持风电输出功率快速跟踪功率指令,且使其保持恒定。增大EES的容量可进一步减小跟踪误差。仿真结果表明,EES具有灵活、快速的功率吞吐能力,能有效抑制风电输出功率的波动。
3.2 风电系统总输出功率指令改变时的分析
同一风速下,在仿真中第300 s,风电系统总输出功率指令由0.35突变为0.55(标幺值)。由图4可见,结合EES协调控制,风电系统输出功率能够快速跟踪指令值,在EES容量配置合适的情况下,可使风力发电机组成为灵活可控、可预测的电源。
3.3 电网电压扰动时的分析
当电网由于短路故障等原因发生电压降落时,风电输入到电网的功率下降,而原动力功率基本不变,功率的不平衡将导致发电机转子的加速,而且可能导致直流母线过电压,给电网及风力发电系统的安全运行带来潜在的威胁。
基于风电并网导则,在干扰期间,风力发电机组需保持与系统连接,以限制局部母线上的冲击,加快故障清除后系统的恢复。此时可借助EES的功率补偿能力提高系统的稳定性。图5为仿真结果,在仿真第2 s系统电压出现扰动,2.3 s时切除故障。
如图5(a)所示,在扰动期间,EES稳定直流端电压,帮助GSC向电网提供无功补偿,以支撑扰动期间接入点的电压水平,其支撑能力与变流器容量有关。另外,在故障期间,EES吸收多余的能量,限制了发电机的加速度,使其转速升高范围有限,见图5(b);结合DC/DC的控制,使直流电压保持恒定,有利于保护电力电子变换器,大大提高了双馈机组的低电压穿越能力[15];而且当故障被切除后,EES能够快速将故障期间所存储的能量输出给电网,有利于系统电压的恢复,使为重新建立系统连接的瞬态过程缩减到最短[16]。
4 结论
风电功率波动源于源动力——自然风的间歇性和随机性,为保证风电并网的稳定运行,本文采用嵌入式储能系统来调节风电功率,通过EES的协调,不仅有效地减小了对电网的冲击和影响,提高了风电出力的可用性,还可降低电力系统的备用容量,提高电力系统接纳风电的能力。本文得到以下结论:
1)EES的功率调节作用,能够有效抑制双馈风电系统输入电网的功率波动,使其输出平滑功率,提高了风能出力的可靠性;
2)当电网发电计划或运行方式改变时,即使在风速不变的情况下,安装EES的双馈发电系统也能够快速跟踪变化功率指令,使风能资源成为可调可控的电源,便于电网规划和调度安排;
3)当系统电压故障时,EES的功率补偿能力能够抑制发电机的加速度和速度上升,EES+DFIG的运行模式使双馈发电机的低电压穿越能力得到了增强,提高了系统的稳定运行能力。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
嵌入式发电机控制器 篇6
1 硬件应用
1.1 整体硬件结构
电机转子的位置能通过电子转子位置传感器来检测。CPU控制芯片通过先计算电机转子位置再把计算得到的结果转化成电信号,这种电信号让驱动模块驱动电机旋转。在电机旋转之后,CPU控制芯片则又会依据电机那个时候的速度运转情况选择最适合的电机转速。而根据电子转子位置传感器脉冲信号的宽度就能计算出电机在那个时候的速度。原理如图1所示。
1.2 电机转子位置检测电路
电机转子位置的检测是由霍尔位置传感器来进行的。霍尔位置传感器具有固定在电机转轴上的转动部分和固定在电机座上的静止部分。转子位置是通过比较静止部分、转动部分以及固定在电机转轴上的遮光片这三部分的输出状态以及电平信号来确定的。霍尔位置传感器的使用使得转子位置有了高精度定位的效果。这在一定程度上极大的提升了电机控制系统的在转速控制方面的性能。
1.3 驱动电路
驱动模块在系统中充当被测模块的主程序,是用来模拟被测试模块的上一级模块。它由控制器、功率变换电路和电动机这三个部分构成的。电机的驱动作用是由数字驱动芯片来完成。MCU发出的指令传入信号器,导致信号器的频率变化,从而改变电机速度。
1.4 单片机应用系统设计
单片机应用系统的研究开发步骤可以分为以下的三个大阶段:第一阶段,策划阶段,决定研发方向。进行项目需求分析,清晰系统设计要做什么,做到什么程度,以及怎么做,还要划分硬件和软件的设计内容,同时还要注意所借鉴的技术,力图让设计进度也更具可预测性。第二阶段,实施阶段,落实硬件和软件设计。在这一阶段的工作主要是通过将策划阶段给出的设计方案这一概念方案转化成电子产品的设计概念,然后也就是设计单片机直接接口的电路芯片相关数字电路以及设计模拟电路的相关电路。第三阶段,验证阶段。这一阶段主要有:软硬件联调、脱机调试、验证设计以及完整的文档记录。
1.5 硬件设计
单片机应用系统的硬件电路设计主要分成系统扩展和系统的配置。系统扩展,也就是当单片机内部的功能单元,例如:中断系统、定时器/计数器、数据存储器、程序存储器、输入输出端口等不满足应用系统的要求时,在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。
1.6 例子分析
在采用数字集成芯片LMD18200的直流电机驱动控制电路中,电机的运转状态是可以通过对LMD18200的引脚的输入和输出的信息进行相关的调节。例如:LMD18200的3号引脚的高低电平的变化可以达到对电机的正反转进行控制,而LMD18200的5号引脚的PWM波输入端的占空比的变化可以达到调节电机的速度。
2 软件应用
作为软件平台的灵魂组件的系统多任务的管理以及调度是借助嵌入式实时操作系统μCLinux来实现的。用户根据电机控制的相关的详细要求,调用μCLinux的任务调度函数来对任务进行处理、切换操作,保证能够及时处理就绪任务中的优先任务,再完成电机的实际控制需要。
在这个过程中,在驱动输出之前要秉着测量的可靠性和实时性的原则,然后再低通滤波处理测量得到的数据以及预处理采样得到的数据。电机故障报警功能有很强的故障保护能力。具有显示器显示电机转速和温度的人机交互功能的优先级最低。嵌入式实时操作系统μCLinux工作时,会先进行一系列操作。
3 结语
将不同的单片机嵌入到电机控制系统当中,不仅可以提高电机的抗干扰性、控制性、运行速度,还可以节能减耗,丰富电机的功能。在现实生活中,将嵌入式单片机在电机控制中的使用需要综合考虑多种因素。
摘要：在集成电路技术及电子技术的飞速发展的时代中,嵌入式系统的应用成为当今电子信息技术中的一大潮流。嵌入式单片机应用在电机控制中,不仅极大的提高了电机的运转速度、运行效率、电机使用的安全性和稳定性,还使得电机的功能走向多样化。本文从硬件应用和软件应用这两个方面来介绍嵌入式微控制器(单片机)在电机控制中的应用。
关键词：嵌入式系统,单片机,电机控制
参考文献
[1]李探,李双双.电机发展历史及未来趋势[J].电子科技,2010(5);211.
嵌入式发电机控制器 篇7
据不完全统计,目前全国运行的1kW-320kW低压电动机数量为6000万台,占电网用电量的70%以上,是工农业及商业系统中应用最为广泛的动力设备。全国每年烧毁电动机数量约300万台,容量为10亿千瓦,每年仅电动机在烧毁过程中就耗电亿万度,修理费高达100亿元左右,造成停工停产损失达100亿元。不仅如此,电机修理后还会造成功率下降,耗电量大,性能变差等后果,直接影响企业正常生产。全国每年因维修电动机浪费电磁线约1亿万公斤,若少生产1亿万公斤电磁线(每公斤需用电33.4度)每年就可节约用电33.4亿度。上述情况说明,电动机保护器技术的不断发展,可以节约大量能源和费用,避免不必要的损耗。
2目前国内智能型电机保护器的发展状态
国内外一些厂家为适应电动机保护的需要研制过智能型电机保护器,但技术水平高低不一。少部分采用液晶显示屏,较少采用先进的高速DSP芯片,国内目前尚未应用嵌入式系统电机保护器。
3对引入嵌入式操作系统的可能性探讨
目前工控领域已经开始大量引入嵌入式系统,如果基于DSP技术,在市场已有智能型电机保护器所实现功能的基础上加入嵌入式操作系统,就可以将电机保护器升级为一个嵌入式平台。
引入嵌入式操作系统后,可以使软件的通用性增强,扩展性增强,并且可以增加产品的稳定性、容错性和可升级能力,同时可以为产品今后进一步扩充功能打下基础。
该创新符合了产品技术发展的潮流,同时也会带动软件、工业电子产品、数字技术及产品、新型传感器等应用产品的研究与开发。
4新型电机保护器的技术目标
引入嵌入式操作系统的智能电机保护器将用于工业领域的电机保护,水利工程中用于水库、船闸、水电站、泵站及供排水工程的闸门启闭机的保护。
新型电机保护器应具有高速处理能力,高可靠性,扩展兼容性强的特点,适用于中小型电动机,可以对电动机发生过热、过载、短路、欠压、堵转和不平衡等故障时实现保护。其主要技术特点为:六位数码管分页显示和数据掉电保护;采用高速高集成度的DSP芯片;并行高精度高速AD转换芯片,同时采样3路电压和三路电流值;标准的ModbusR TU接口;采用了嵌入式操作系统提高系统的稳定性扩展性和兼容性。
5本技术产品的实现
作者采用DSP作为处理器,该处理器具有运算速度快功能强大的特点。该处理器采用多路高精度AD芯片,可同时采集三相交流电压和三相电流,装置具有过载、堵转、电流不平衡、缺相、过压、欠压、欠载、过流等保护功能的电机保护器。
新型电机保护器包括电源板、控制板和显示板。电源板与控制板通过3个双排插针成90度角相插接,电源板上设置有电源模块、19个外接线的接线端子、继电器和电压互感器,电源模块为其它模块的工作提供直流电源,继电器用来输出控制信号,电压互感器用来把高压信号转化为毫安信号。
控制板包括供电单元、6路采样电阻和滤波电路、运算放大器、A/D转换器、DSP处理器、模拟量转换输出电路和485通讯模块,采样电阻和滤波电路用来转换电压互感器输出的电流信号并进行低通滤波后经运算放大器和A/D转换器进入DSP处理器,DSP处理器对数据进行处理和计算,模拟量转换输出电路和485通讯模块与DSP处理器连接。
显示板包括8段数码管、多个按键和多个报警指示灯,所述8段数码管、按键和报警指示灯均焊接在显示板上并且通过10脚插排与所述控制板连接。
电源模块上设置有一个为所述控制板提供直流电源10针排插、一个10针模拟和数字信号排插和一个16针的模拟和数字信号排插。
电源板上设置有19个外接线的接线端子中,有3个接线端子为220V电源,其余均为信号线。19个外接线端子成单排排列。
可设置:电动机启动时间、额定电流、过载动作时间、过压动作值、欠压动作值、堵转电流倍数(相对于额定电流)、漏电保护动作电流值、三相电流不平衡率、欠载动作值。
对比市场上同类产品,定位小尺寸纯保护功能的电机保护器,新型电机保护器测量的电机参数较全,包括三路电压三路电流的模拟量测量。而相类似尺寸和功能的电机保护装置有的只测量三相电流有的测量三相电压或三相电流加一相电压,因此装置的保护功能受到一定限制,而本产品测量参数较全,在现有基本保护功能的基础上可提供全面的三相电压欠过压保护及由用户选配的相序保护和功率保护,因此与市场同类小型的电机保护器相比,新型电机保护器在做到小型化及低成本的情况下可为用户提供更多的保护功能和选择,使保护功能更接近大型的电机保护器。
6本技术产品的具体实现
以下将结合图1-2对新型电机保护器作进一步说明。
新型电机保护器包括电源板1、控制板2和显示板3。电源板1与控制板2通过3个双排插针成90度角相插接,电源板1上设置有电源模块11、成单排排列的19个外接线的接线端子12、继电器13和电压互感器14,电源模块11为其它模块的工作提供直流电源,电源模块11上设置有一个为控制板2提供直流电源10针排插、一个10针模拟和数字信号排插和一个16针的模拟和数字信号排插,19个外接线的接线端子中,有3个接线端子为220V电源,其余均为信号线,继电器13用来输出控制信号,电压互感器14用来把高压信号转化为毫安信号。
控制板2包括供电单元21、6路采样电阻和滤波电路25,运算放大器24,A/D转换器23,DSP处理器22,模拟量转换输出电路26和485通讯模块27。采样电阻和滤波电路25用来转换电压互感器14输出的电流信号并进行低通滤波后经运算放大器24和A/D转换器23进入DSP处理器22。DSP处理器22对数据进行处理和计算,模拟量转换输出电路27和485通讯模块26均与DSP处理器22连接,显示板3包括8段数码管、多个按键和多个报警指示灯,八段数码管、按键和报警指示灯均焊接在显示板上并且通过10脚插排与控制板2连接。
电机保护检测三相电压UA,UB,UC,三相电流以IA,IB,IC为基础。
新型电机保护器具体的工作过程如图1所示。
(1)当220V交流电输入电源模块后系统上电,DSP对各子系统初始化,设置各项参数(自动保存前次参数)点亮显示屏。(2)电机动力线电压电流信号通过接线端子进入互感器,把强电信号转化为弱电信号,此信号为电流信号,由采样电阻转化为电压信号,经滤波电路滤波和运算放大器放大后送往A/D转换器,DSP控制高精度的模数(A/D)转换器采用三相电压、三相电流的实时数据,DSP通过并行16位数据总线读入六路模拟量的实时值。(3)DSP对数据进行处理和计算,得到三相电压、三相电流的有效值、有功功率、无功功率以及功率因数,通过零序电流互感器得到漏电流值。(4)DSP通过以上数值计算判断电机是否处于不正常的运行状态,处于何种非正常状态,并将当前电压、电流值或故障代码等数据通过串行总线发送给显示电路显示,如发生异常状态由DSP驱动双路继电器动作报警。(5)仪表通过应答方式或实时方式应用485总线与上位机联系,传输当前电压电流值或故障代码等信息,可接受来自上位机的指令控制修改参数。同时仪表可通过4~20m A信号输出当前任意一路可选电压或电流值。
新型电机保护器中由双路继电器输出控制信号,电机异常时切断电机动力回路;DSP(TMS320LF2407)作为系统处理器,它是TI公司开发的带16×16硬件乘法器模块的工控处理器;运算放大器和TI的高速并行16bit ADC芯片(ADS8364)组成测量电路,检测转换后的交流电压信号;485通讯模块进行仪表和上位机的通讯,采用ModbusR TU协议;4~20毫安转换电路,由DSP通过PWM把电压电流值调制成方波信号,再由运放转换成电压信号后送往U/I转换芯片(AD694)转换成4~20m A电流信号输出。
新型电机保护器具体以下特点:(1)六位数码管可翻页显示电压电流及各种参数,内容清晰,操作方便。(2)高可靠的模块电源,220V交流电输入。(3)可显示三相电压三相电流,显示内容全面。(4)采用工作电压监控和防止死机的看门狗技术。(5)采用高速处理器高精度AD器件保证采样的实时性和反应速度,采用数字滤波技术和误码检测技术,以提高测量准确性和可靠性。(6)通过面板上的按钮可完成各种数据设置操作,操作直观易懂。(7)大容量无源触点输出,功能可编程,控制、报警功能强大。(8)具有掉电记忆功能,各种预置数据在停机后再加电开机无需作任何调整即可投入使用。(9)内嵌RS—485通讯接口,便于组网通讯,实现远程监控。(10)具有漏电流输入功能。漏电保护更精确,响应时间更短。
7新型电机保护器的特点及实用性
嵌入式发电机控制器 篇8
无刷励磁发电机从20世纪60年代问世以来,得到了广泛的应用。由于取消了直流电机励磁系统中的机械整流部分和半导体励磁中的炭刷和集电环,无刷励磁发电机具有噪声小、无碳粉铜末、无火花的优点,而且运行安全可靠,维护简单。从长远看,同步电机采用无刷励磁方式是今后的发展方向。但是由于取消了电刷和滑环,转子的电压、电流及温度难以直接测量,转子接地故障监测也较困难。
发电机励磁回路一点接地故障很常见[1]其对发电机本体不会造成危害,但若相继发生第二点接地故障,则会出现故障点电流过大烧伤转子本体、励磁绕组被短接、气隙磁通失去平衡引起振动及轴系转子磁化等灾难性后果,威胁发电机的安全运行。因此无刷励磁发电机装设转子一点接地保护势在必行。
1 无刷励磁发电机
1.1 结构特点
无刷励磁发电机由主发电机、交流励磁机、旋转整流器等主要部分组成[2]。主发电机转子、励磁机电枢和旋转整流器都装在同一轴上,励磁机磁极固定在定子内侧。主发电机结构大同小异,都是转场式,分为隐极和凸极2种形式,交流励磁机为转枢式。同步发电机由有刷励磁进化到无刷励磁主要是有了交流励磁机和旋转整流器。
1.2 工作原理
当原动机拖动主发电机旋转时,励磁机转子上的电枢绕组首先切割剩磁自励发出交流电,然后经旋转整流器变成直流电后进入主发电机转子绕组以励磁。主发电机转子的励磁绕组建立磁场后旋转,在定子的电枢绕组上产生电势及电流。
2 无刷励磁发电机转子一点接地保护
目前,无刷励磁机组只在励端接有一只测量电刷,固定引出转子绕组的负端,无法同时引出转子绕组两端,无法应用乒乓式转子接地保护[3,4,5,6,7],而注入式转子接地保护原理与机组的励磁方式无关,转子绕组只引出一端时也能提供绝缘检测,适用性更强,值得在无刷励磁机组上推广。
在发电机注入式转子接地保护中,直流注入式接地保护和方波注入式接地保护是2种具有实际应用价值的保护方式[8,9]。考虑到无刷励磁机转子的原有设计结构和转子接地保护的实际情况,无刷励磁机组宜采用单端注入式转子接地保护。这里主要分析单端注入式转子接地保护的原理及一点接地动作判据。
2.1 单端注入式转子接地保护原理分析
单端注入式转子接地保护原理如图1所示。此种保护将一方波电源Us加到转子的负端与大地之间,注入电源的切换周期可根据转子绕组对地电容的大小进行调整,实时求解转子一点接地电阻,保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。单端注入式转子接地保护的工作电路如图1所示。
图1中Rm为测量回路电阻,R为注入大功率电阻,Us为注入方波电源模块,UL为励磁直流电压,Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻。假设在距离负端α点发生接地,方波注入式保护由于在稳态下测量,所以在计算接地电阻时可以不考虑接地电容的作用,因此在每半波周期内,电路可以看作是直流注入。下面分析单端注入式转子接地保护的原理。
2.1.1 励磁电压UL不变
由图2可知,在方波的正半波可列出方程组:
设Um采样电阻Rm两端电压,Um=IRm,可得:
方波在负半波时除注入电压极性改变以外,其他均与正半波时相同,同理可得:
由式(2)、(3)可得:
2.2.2励磁电压UL变化
无刷励磁发电机在强励或者启、停机时,励磁电压将发生变化。当励磁电压变化时,通过图2列写回路方程。
在方波的正半波可列出方程组:
其中:
由此可见,当励磁电压变化时,在接地电阻的计算公式中增加了励磁电压作用的分量。在实际情况下,注入式保护装置没有监测励磁电压的硬件电路,因此监测不到励磁电压的变化。在励磁电压已经变化的情况下,依然用式(4)来计算接地电阻,其误差为:
分析式(9)可知,当励磁电压UL变化时,计算出的接地电阻与实际的接地电阻会有一定误差,当α=0时误差为零,随着向转子正端靠近误差逐渐增大,α=1时误差最大。正负半波测量过程中励磁电压变化越大,误差也越大。据此可以画出误差ΔRg和励磁电压变化量ΔUL的关系曲线,如图2所示。
2.2一点接地动作判据
一点接地的动作判据为:
式中:Rgset为一点接地过渡电阻整定值,一般可取5 kΩ至50 kΩ或者更大[10]。当一点接地故障发生后,根据式(10)整定判据,保护装置可以动作于信号。
3 一点接地仿真分析
3.1 仿真模型
在图1所示电路的基础上,采用Matlab/Simulink软件构建励磁绕组接地故障仿真模型[11],如图3所示。励磁绕组用4段π型等效电路来表示。采用三峡左岸电厂ALSTOM机组参数[12,13].额定电压为475.9V,空载电压为191.8 V,电阻Re=0.1 029Ω,电感Le=158mH,对地电阻R、=5 MΩ,对地电容Cy=1.264μF,Rel=0.25Re,Lel=0.25 Le,Re2=0.15Re,Le2=0.15 Le,Re,3=0.10 Re,Le,3=0.10 Le,Ry1=8 Ry,Cy1=Cy/8,Ry2=4 Ry,Cy2=Cy/4;Zs为励磁系统内阻,阻值很小。
在模型中假设励磁电压不变化,仿真过程中UL为一固定值,用Rg、Cg模拟转子的接地电阻和电容。用一个脉冲发生器模块叠加50 V增益控制受控电压源来模拟±50 V的方波电源Us,通过改变脉冲发生器的周期来改变方波的周期。图4和图5分别为Us和Um的仿真波形。
3.2 仿真试验结果
(1)设置UL=500 V,改变Rg的大小,检测保护的灵敏度和精度,结果见表1。
由表1可知,随着Rg的增加,测量值和实际值之间的偏差也有所增大,但灵敏度满足要求。
(2)设置Rg=20 kΩ,改变UL的值,检测相关测量值的变化,结果见表2。
由表2可知,励磁电压变化时,测量值和实际值之间的偏差并不太大,灵敏度高且一致。
(3)设置UL=0,改变Rg的值,检测保护的灵敏度和精度,结果见表3。
由表3可知,单端注入式转子接地保护可在静止或未加励磁状态下监视转子接地故障。
3.3 仿真结果分析
分析仿真试验结果可知,采用单端注入原理可实时计算转子接地位置,接地电阻测量精度高;在未加励磁电压的情况下,也能监视转子绝缘情况;保护灵敏度与转子接地位置无关,保护无死区,在转子绕组上任一点接地都有很高的灵敏度,能满足无刷励磁机组转子接地保护的要求。
4 结语
根据无刷励磁机组转子绕组的引出方式,本文提出无刷励磁机组宜采用单端注入原理对转子进行一点接地监测。本文阐述了单端注入式转子一点接地保护的原理,并搭建Simulink仿真模型进行仿真分析。仿真结果表明,单端注入式原理在未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘,在转子绕组上任一点接地时,接地电阻测量精度高,保护具有一致的高灵敏度,能够满足现场要求,保证无刷励磁机组的安全运行。
摘要：无刷励磁发电机只在励端装有一个测量电刷,固定引出转子绕组的负端,无法应用乒乓式转子接地保护,为此本文提出采用单端注入方波电压式原理构成转子一点接地保护。介绍单端注入方波电压式转子一点接地保护原理、接地电阻计算方法和保护动作判据,采用Matlab/Simulink软件构建转子绕组一点接地故障仿真模型。仿真试验结果表明,该原理能够满足无刷励磁发电机实际运行需要的精度和灵敏度。
嵌入式控制器简介 篇9
关键词：内部结构框图,功能
嵌入式控制器简称EC，用于控制主要I/O的周边设备，例如：键盘、鼠标、触摸屏等；它可以让笔记本完成各种复杂的ACPI电源管理（包括风扇控制管理）等等；EC除了本身硬件之外，还需要微代码的支持。很多EC都采用了share memory的架构，也就是EC的代码和系统BIOS代码共同储存于同一个Flash Rom内。目前用的ECIT8510/8511/8512/8752综合了以前KB M38857以及SIO IT8712F＿I的功能；也将以前电路中需要自己作的一些其他的功能整合到一颗IC里面；节省了成本。EC的具体功能有：1.Power Sequence control;2.Inverter backlight control;3.battery control;4.FAN control;5.Keyboard control;6.PS/2device control;7.LID＿SW#control;8.IR;9.Audio DJ/Instant on;10.light sensor……
FAN control目前将侦测风扇转速的功能作到EC里面，由EC控制风扇的转速，之前用比较器之类的器件自己组成风扇控制电路，现在在EC里面，直接可以根据温度曲线发出DA/PWM信号来控制风扇的速度，目前用的最多的四线风扇，用PWM信号来控制，无噪音。EC的内部架构框图如图1所示。
EC的功能如图2所示。
EC的演变，IT8510,8511增加H/W CIR功能和增加15 GPIO pins，与8510兼容。8512的Flash ROM support SPI ROM I/F,Reduce pins but not reduce GPIOs。
EC将很多功能集成在一起由firmware来支持，但是EC一旦死掉将会对系统造成影响，特别是对thermal的控制这一块，所以线路中一定要预留南北桥对系统的控制信号，如Thermaltrip#，EC firmware的更新增加了系统对firmware的依赖。
参考文献