專利名稱：一種永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓輸出裝置，特別是涉及到一種永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置。
背景技術(shù)：
目前發(fā)電機(jī)所采用的是勵磁式的交流發(fā)電機(jī)，其調(diào)壓模式是采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁繞組的磁通φ來實現(xiàn)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的三相電壓的，其電機(jī)相電壓Ee1與勵磁繞組磁通φ關(guān)系為Ee1＝4.44NKn1fφ (1)式中，Ee1——電機(jī)相電壓；N——電機(jī)繞組的砸數(shù)；Kn1——電機(jī)繞組系數(shù)f——動勢的頻率；φ——勵磁繞組磁通由公式(1)可知，電機(jī)相電壓Ee1與勵磁繞組磁通φ和轉(zhuǎn)速是成正比的，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，頻率f增大，為了維持輸出的相電壓Ee1不變，只能降低勵磁繞組的磁通φ。而轉(zhuǎn)子的磁通與轉(zhuǎn)子的勵磁電流相關(guān)，其關(guān)系如下所示φ=N*IR*S---(2)]]>式中，φ——勵磁繞組磁通；N——電機(jī)繞組的砸數(shù)；I——勵磁電流；R——電機(jī)繞組的電阻；S—磁路的有效橫截面積由公式(2)可知，勵磁繞組的磁通φ與勵磁繞組的電流是成正比的，因此調(diào)節(jié)勵磁電流就可以實現(xiàn)相電壓的穩(wěn)壓輸出，其實現(xiàn)電路原理如圖1所示。
電子電壓調(diào)節(jié)器的基本電路，有信號監(jiān)測電路、信號放大與控制電路、功率放大電路和保護(hù)電路四部分組成。其工作原理如下電阻R1和R2穩(wěn)壓管VS構(gòu)成信號監(jiān)測電路，電阻R1、R2串聯(lián)在交流發(fā)電機(jī)輸出端子“B”和搭鐵端子“E”之間，構(gòu)成分壓器，直接監(jiān)測發(fā)電機(jī)輸出電壓U的變化。R1上的分壓UR1=R1R1+R2U]]>由此可見，發(fā)電機(jī)電壓U升高時，分壓電阻R1上的分壓值UR1升高，反之，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓U下降時，分壓值UR1下降。穩(wěn)壓二極管VS一端連接三極管VT1的基極，另一端接在分壓電阻R1、R2之間，VS與三極管VT1的發(fā)射極串聯(lián)后再與分壓電阻R1并聯(lián)，從而監(jiān)測發(fā)電機(jī)電壓的變化，并控制三極管VT1的導(dǎo)通與截止。三極管VT1和電阻構(gòu)成信號放大與控制電路，其作用是將電壓監(jiān)測電路輸入的信號進(jìn)行放大處理后，控制功率三極管VT2導(dǎo)通與截止。電阻既是三極管VT1的負(fù)載電阻，又是功率三極管VT2的偏流電阻。三極管VT1為小功率三極管，接在大功率三極管VT2的前一級，起功率放大作用，也稱為前級放大電路。功率三極管VT2通常采用達(dá)林頓三極管構(gòu)成功率放大電路，VT2為型大功率三極管，串聯(lián)在勵磁繞組與搭鐵端之間，這是外搭鐵型調(diào)節(jié)器的顯著特點。勵磁繞組的電阻是VT2的負(fù)載電阻。VT2導(dǎo)通時，勵磁電路接通，有勵磁電流；VT2截止時，勵磁電流被切斷。因此，通過控制三極管的導(dǎo)通與截止，就可以改變勵磁電流使發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定。續(xù)流二極管VD構(gòu)成保護(hù)電路，其功用是防止勵磁繞組產(chǎn)生的自感電動勢擊穿三極管而造成損壞。
勵磁式的交流電機(jī)的電子調(diào)節(jié)器裝置是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵磁磁通來實現(xiàn)的，因此勵磁式的交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上必須裝上滑環(huán)，通過碳刷的滑動接觸作為過度，才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電路與外電源接通。這樣一來由于碳刷在運(yùn)轉(zhuǎn)中會逐漸磨損，彈簧壓力的變化或裝置不良會影響接觸的可靠性，增加了維護(hù)和維修的工作量，勵磁式的交流電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁需要從外部供電，因此在沒有外部電源的情況下，電機(jī)無法發(fā)電，同時勵磁繞組本身不可避免的要損耗能量，從而降低了電機(jī)的效率，如在汽車上使用時，需要蓄電池提供的電流來驅(qū)動勵磁繞組產(chǎn)生磁場，如此就占用了蓄電池的部分能量，并且將減短了蓄電池的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中勵磁調(diào)壓裝置機(jī)械磨損大、維護(hù)不便、電機(jī)效率低的問題，提供一種永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，包括工作電源電路、電機(jī)三相電壓頻率采集電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路、單片機(jī)電路和可控硅驅(qū)動電路，其特征在于所述電機(jī)三相電壓頻率采集電路輸入端加載三相電機(jī)的X、Z兩相的線電壓，輸出端將方波信號提供給單片機(jī)電路中的單片機(jī)中斷管腳；所述穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路的輸入端接收永磁發(fā)電機(jī)中三相半控橋式整流電路輸出端的電壓反饋，輸出端連接單片機(jī)電路中的單片機(jī)模擬信號采集管腳；所述單片機(jī)電路輸出三相的觸發(fā)控制角脈沖，并提供給可控硅驅(qū)動電路的輸入端；所述可控硅驅(qū)動電路的輸出作為脈沖控制輸出控制三相半控橋式整流電路從而獲得穩(wěn)壓輸出。
上述技術(shù)方案中，所述單片機(jī)電路中包括運(yùn)算并調(diào)節(jié)得到可控硅的控制觸發(fā)角，再根據(jù)三相電路的相位差設(shè)置三相電壓的觸發(fā)控制角的單片機(jī)。
上述技術(shù)方案中，所述的工作電源電路是不需要外加電壓就可以在電機(jī)旋轉(zhuǎn)后自我啟動的獨(dú)立的三相整流供電電路，該電路為所述的電機(jī)三相電壓頻率采集電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路、單片機(jī)電路提供工作電源。
上述技術(shù)方案中，所述的電機(jī)三相電壓頻率采集電路是采用同步變壓器和比較器構(gòu)成的同步采樣電路，該電路用來實現(xiàn)測量電機(jī)電壓頻率的功能。
上述技術(shù)方案中，所述的可控硅驅(qū)動電路采用三極管放大電路，該電路中接有防止可控硅誤觸發(fā)導(dǎo)通的去藕電容。
上述技術(shù)方案中，所述工作電源電路包括依次連接的整流濾波電路和直流-直流變換電路，所述整流濾波電路的輸入端接入永磁發(fā)電機(jī)的三相電壓X、Y、Z，所述直流-直流變換電路輸出作為工作電源的直流電壓。
上述技術(shù)方案中，所述穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路采用電阻分壓電路。
上述技術(shù)方案中，所述單片機(jī)電路采用PHILIP的高度集成、小封裝低功耗的的單片機(jī)P89LPC925芯片(如附圖7所示)，并利用單片機(jī)軟件進(jìn)行了電機(jī)三相電壓的頻率采集、輸出電壓反饋采集，PI(比例積分)閉環(huán)控制、脈沖觸發(fā)控制角的運(yùn)算。
本發(fā)明的優(yōu)點在于采用了單片機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置代替了勵磁式交流發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)壓裝置，使發(fā)電機(jī)可以省去易損壞的勵磁繞組、炭刷和滑環(huán)，從而提高了發(fā)電機(jī)的可靠性，減少維護(hù)工作，并且免去了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場所需的勵磁功率損耗和炭刷，滑環(huán)之間摩擦的機(jī)械損耗，從而提高了發(fā)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能的效率；本發(fā)明采用了自啟動方式，發(fā)電機(jī)不需要外加電壓就可以輸出穩(wěn)定的電壓，因此可以避免勵磁式的電機(jī)在沒有外加的直流電的情況下無法發(fā)輸出電壓的現(xiàn)象。本發(fā)明還具有負(fù)載特性好，電壓調(diào)整快，電壓的輸出精度高等優(yōu)點。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中勵磁式交流發(fā)電機(jī)的電子電壓調(diào)節(jié)器基本電路圖；圖2是本發(fā)明的車用永磁發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)壓整流裝置電路示意圖；圖3是本發(fā)明中可控硅導(dǎo)通角控制原理波形圖；圖4是本發(fā)明的一個實施例的工作電源電路的示意圖；圖5是本發(fā)明的一個實施例的電機(jī)相電壓頻率采集電路的示意圖；圖6是本發(fā)明的一個實施例的穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路的示意圖；圖7是本發(fā)明的一個實施例的單片機(jī)電路的示意圖；圖8是本發(fā)明的一個實施例的可控硅驅(qū)動電路的示意圖；圖9是本發(fā)明的一個實施例的單片機(jī)主程序流程示意圖；圖10是本發(fā)明的一個實施例的單片機(jī)中斷控制流程示意圖；圖11是本發(fā)明的模塊示意圖。
具體實施例方式
由于永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是采用永磁體的材料，轉(zhuǎn)子的磁通φ是恒定的，根據(jù)公式(1)可知，其電機(jī)輸出的相電壓Ee1與相電壓的頻率(即轉(zhuǎn)速)是成正比的，因此隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)相電壓Ee1也隨著增大，為了實現(xiàn)永磁發(fā)電機(jī)的輸出恒定直流電壓的，本發(fā)明采用了三相半控橋式整流，其可控硅的導(dǎo)通順序采用了微機(jī)控制移相觸發(fā)脈模塊來實現(xiàn)整流穩(wěn)壓輸出的，整流穩(wěn)壓輸出控制裝置如圖2所示，三個可控硅功率管為共陽極的接法，三個整流二級管的接法為共陰極接法，由于永磁發(fā)電機(jī)輸出的相電壓之間互差120°(2π/3)，則三個可控硅的觸發(fā)脈沖之間也是互差120°(2π/3)，其控制導(dǎo)通原理是這樣實現(xiàn)的由于采用了負(fù)半波控制導(dǎo)通，為了方便計算X相采用了ωt＝0是從負(fù)半波開始計算的，波形如附圖3所示，現(xiàn)假定在ωt=π6+α]]>處給X相的可控硅T1一個觸發(fā)脈沖信號UT1，此時可控硅T1管導(dǎo)通，必然是的Z相整流管D3導(dǎo)通，因為此時Z相的電位最高，于是Uzx出現(xiàn)在負(fù)載上，負(fù)載電流(i0)通過D3和T1管子流通，直至ωt=7π6]]>時為止，此時Uzx＝0，過后T1管子加上了反向電壓，此時T1管子導(dǎo)通截止。在ωt=5π6+α]]>處給Y相的可控硅T2一個觸發(fā)脈沖信號UT2，此時可控硅T2管導(dǎo)通，同時X相的整流二極管D1導(dǎo)通，于是Uxy電壓加載到負(fù)載上，負(fù)載電流(i0)通過D1和T2管子流通，直至ωt=11π6]]>時為止，此時Uxy＝0，過后T2管子加上了反向電壓，此時T2管子導(dǎo)通截止。在ωt=9π6+α]]>處給Z相的可控硅T3一個觸發(fā)脈沖信號UT3，此時可控硅T3管導(dǎo)通，同時X相的整流二極管D2導(dǎo)通，于是Uyz電壓加載到負(fù)載上，負(fù)載電流(i0)通過D2和T3管子流通，直至ωt=15π6]]>時為止，此時Uyz＝0，過后T3管子加上了反向電壓，此時T3管子導(dǎo)通截止。當(dāng)觸發(fā)角α≤π3]]>時，每個可控硅的導(dǎo)通角均為 相當(dāng)于用三相全波整流，當(dāng)導(dǎo)通角周期性的按照如上導(dǎo)通時，其輸出的波形如附圖3的Uo所示。
根據(jù)如上的過程可以計算出其整流穩(wěn)壓裝置輸出電壓的有效值和平均值，把三相交流電源的相電壓表示為ux＝Umsinωtuy＝Umsin(ωt-2π/3)uz＝Umsin(ωt+2π/3)那么線電壓為uzx=uz-ux=3Umsin(ωt-π/6)]]>uxy=ux-uy=3Umsin(ωt-5π/6)]]>
uyz=uy-uz=3Umsin(ωt+π/2)]]>對于α≥π/3，輸出電壓的平均值和有效值分別為U0=32π∫π6+α7π63Umsin(ωt-π/6)d(ωt)]]>=33Um2π(1+cosα)]]>U=3Um[34π(π-a+12sinα)]12]]>對于α≤π/3，輸出電壓的平均值和有效值分別為U0=32π∫π6+α5π63Umsin(ωt-π/6)d(ωt)]]>=33Um2π(1+cosα)]]>U=3Um[34π(π-a+12sinα)]12]]>比較以上的兩個的結(jié)果可知，在0≤α≤π范圍內(nèi)，可控整流輸出電壓的計算公式是一樣的，因此為了得到一個恒定的電壓輸出，就必須得到一個能跟隨負(fù)載變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)的導(dǎo)通控制角α，為了實現(xiàn)這樣的控制角α，本發(fā)明采用了由單片機(jī)控制實現(xiàn)的PI調(diào)節(jié)器(PI為比例積分)進(jìn)行閉環(huán)控制，控制方式采用了增量式的PI調(diào)節(jié)器，其控制原理如下un+1＝un+ΔunΔun＝un-un-1＝kp(en-en-1)+kienen＝Uk-un式中un+1——下個周期要輸出的電壓；un——本周期的反饋電壓；un-1——上個周期的反饋電壓；Δun——本周期和上個周期的電壓誤差；kp——比例系數(shù)；
ki——積分系數(shù)；Uk——輸出設(shè)定參數(shù)。
en——本周期反饋電壓un與設(shè)定電壓Uk誤差；en-1——上一個周期反饋電壓un-1與設(shè)定電壓Uk誤差；脈沖觸發(fā)控制角的計算公式為un+1=3Um[34π(π-a+12sinα)]12]]>式中un+1——由PI調(diào)節(jié)器計算出來的下個周期要輸出的電壓Um——電機(jī)三相電壓的相電壓的峰值。
α——為脈沖觸發(fā)控制角。
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
實施例1本實施例的電路是這樣實現(xiàn)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓模塊的電路包括工作電源電路、電機(jī)三相電壓頻率采集電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路、單片機(jī)電路和可控硅驅(qū)動電路。其各部分電路的功能和電路原理是這樣實現(xiàn)的。
工作電源電路，其主要功能給微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓模塊提供高精度穩(wěn)定的3.3V電源。本工作電源電路采用了寬范圍電壓輸入(4.75V～60V)的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊LM1575，來適應(yīng)于不同電壓輸出等級的永磁發(fā)電機(jī)(如14V，28V，36V等)，其電路的實現(xiàn)如附圖4所示，永磁電機(jī)三相電壓X、Y、Z經(jīng)過二極管全波整流后，經(jīng)限流電阻R6，經(jīng)電容E2和C2進(jìn)行電源濾波后輸入到DC-DC轉(zhuǎn)換模塊LM1575進(jìn)行DC-DC變換得到所需要的電壓VCC(3.3V/300mA)，其中ZW2是穩(wěn)壓管保護(hù)LM1575的輸出管腳，L1為DC-DC轉(zhuǎn)換電感，其電感值為100uH。該電路中接有濾波電容E3和C3。
電機(jī)三相電壓頻率采集電路，其主要功能是測量電機(jī)三相電壓頻率以便單片機(jī)計算導(dǎo)通控制角α和為發(fā)送移相觸發(fā)脈沖提供參考時間。由于線電壓的頻率與相電壓的頻率相同，因此本電路采用線電壓uzx頻率作為電機(jī)相電壓的頻率進(jìn)行測量，并且由于控制觸發(fā)角α的導(dǎo)通過程，就是線電壓的在0～π的導(dǎo)通過程，因此此頻率也可以作為發(fā)送移相觸發(fā)脈沖的提供參考時間，其電路的實現(xiàn)如附圖5所示，本電路采用了同步技術(shù)來獲取線電壓的頻率，本電路采用了1∶1的微型同步變壓器B1獲取線電壓uzx同步的波形，然后經(jīng)過二極管D4進(jìn)行半波整流得到線電壓的正半波，再經(jīng)過分壓電阻R1和R3進(jìn)行分壓后，通過比較器AD8611進(jìn)行過零比較得到與線電壓相同頻率的脈沖方波，最后把脈沖方波送到單片機(jī)的中斷引進(jìn)腳/INT0上，進(jìn)行頻率的測量。其中ZW1為保護(hù)輸入的電壓不能太高以免損壞比較強(qiáng)AD8611。
穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路，主要功能獲取輸出電壓的值做為PI調(diào)節(jié)器的輸出反饋值，以便計算出導(dǎo)通控制角α，電路的實現(xiàn)如附圖6所示，輸出電壓B經(jīng)過分壓電阻R7和R8的分壓，然后把分壓值送到單片機(jī)的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳AD10進(jìn)行電壓采集，并且可以根據(jù)分壓電阻R7和R8的分壓值不同，設(shè)定不同的穩(wěn)壓輸出。該電路中接有濾波電容E1和C4，使輸入到單片機(jī)的電壓比較平穩(wěn)，PI調(diào)節(jié)器不會頻繁調(diào)節(jié)，以致調(diào)節(jié)出來的電壓波動比較大，ZW3為3v的穩(wěn)壓管，主要是保護(hù)單片機(jī)的引腳輸入，R9為調(diào)整電阻，調(diào)整輸出反饋的精度。
單片機(jī)電路，其主要的功能有計算三相電壓的頻率、設(shè)置定時器、進(jìn)行PI調(diào)節(jié)、計算控制導(dǎo)通角α、發(fā)送三相移相觸發(fā)脈沖以及設(shè)置觸發(fā)脈沖寬度，單片機(jī)的軟件流程圖如附圖9和附圖10所示，單片機(jī)電路的實現(xiàn)如附圖7所示，在本單片機(jī)電路采用了PHILIP的高度集成、小封裝低功耗的的單片機(jī)P89LPC925芯片，內(nèi)部集成了8k的flash和4輸入8位的AD通道和2個16位的定時計數(shù)器。指令周期執(zhí)行短，只需2到4個周期，在此電路中采用了12MHZ的晶振，因此其最小的指令周期是166ns左右，比一般的8051單片機(jī)快6倍。并具有在下調(diào)試和下載程序的功能，方便軟件的升級和調(diào)試，功耗低，封裝小，安裝和嵌入到電機(jī)中。其中N4是單片機(jī)的上電復(fù)位芯片，N3是RS232轉(zhuǎn)換芯片，為單片機(jī)提供調(diào)試和在線更新程序使用。
可控硅驅(qū)動電路，其主要功能是驅(qū)動三相半控橋式整流中的可控硅的導(dǎo)通。本電路采用了三極管來驅(qū)動可控硅的，其電路的實現(xiàn)如附圖8所示，其工作過程在電機(jī)剛起動時電源電壓VCC先于單片機(jī)建立，而單片機(jī)引腳P1.2、P1.6、P1.7在上電復(fù)位前后多是高電平，因此三極管導(dǎo)通，電流從永磁發(fā)電機(jī)整流輸出B開始流向限流電阻R10、R11、R12和二極管D11、D12、D13后到可控硅的門極，使的可控硅導(dǎo)通，開始對外輸出電壓，直到單片機(jī)啟動完畢之后，進(jìn)入了PI調(diào)節(jié)，采用單片機(jī)的引腳P1.2、P1.6、P1.7進(jìn)行可控硅的導(dǎo)通控制，當(dāng)輸出電壓超過了設(shè)定的電壓時，P1.2、P1.6、P1.7上的電壓為零使得三級管不導(dǎo)通，電流沒法通過三級管去觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，因此單片機(jī)通過設(shè)置P1.2、P1.6、P1.7高低電平來控制可控硅的導(dǎo)通的，電路中的耦合電容C14、C15、C16是防止可控硅關(guān)斷時誤觸發(fā)的可控硅導(dǎo)通的而設(shè)定的，本實施例中，驅(qū)動可控硅的工作電源采用了永磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓輸出B。
參考附圖2，本實施例應(yīng)用于28V/55A的車用永磁發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓裝置圖，附圖2中為微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置的對外接線圖，其中虛線框外是電機(jī)對外充電部分，虛線框內(nèi)為安裝在電機(jī)中的部分，實線框內(nèi)為本發(fā)明的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其中X、Y、Z為發(fā)電機(jī)的三相電壓，CTRL_X、CTRL_Y、CTRL_Z為三相脈沖控制觸發(fā)信號，B整流穩(wěn)壓的輸出電壓，D為充電指示燈、W為三相電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出。
本實施例的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置由工作電源電路、電機(jī)三相波形頻率的取樣電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路、單片機(jī)電路和可控硅驅(qū)動電路構(gòu)成的。電壓的輸出精度為28V±0.5V。
參考附圖4，本實例的工作電源是采用了LM1575電源模塊進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，DC-DC的轉(zhuǎn)換電感L1采用了100uH磁珠電感，其他的參數(shù)如附圖4所示，工作電源采用了開關(guān)電壓的優(yōu)點是其輸入的電壓的范圍比較比較寬，本實施例的輸入電源的范圍是7V～40V，而且輸出的精度比較高，本實施例的輸出精度是3.3V±1％，輸出的電流位300mA。正適用車用永磁電機(jī)的電壓變化比較大的情況。
參附考圖5，本實施例的電機(jī)三相波形頻率的取樣電路利用了同步技術(shù)來獲取電機(jī)三相電壓波形的頻率，本實例的B1是采用了1∶1的，功率為100mW的微型同步變壓器獲取同步線電壓uzx并采用了低功耗，寬范圍工作的比較器AD8611，電壓輸入范圍是0～8V。其輸出為3.3V的50％占波比的方波信號，其頻率是跟隨線電壓的頻率變化而變化，其他的參數(shù)如附圖5所示。
參附考圖7，本實例的單片機(jī)電路是采用了PHILIPS的單片機(jī)P89LPC925，采用了外部12MHz的晶振，其單指令周期是166ns，且其測量頻率的范圍為0～5KHz，其測量的頻率誤差為±2％。復(fù)位電路采用了MIC6315-31復(fù)位芯片上電復(fù)位的，其他參數(shù)如附圖7所示。在單片機(jī)內(nèi)設(shè)置了電壓過壓動作為32V±0.5V，單片機(jī)發(fā)送的觸發(fā)脈沖寬度是100us以保證可控硅的可靠觸發(fā)。
參考附圖8，本實例的可控硅啟動電路采用了三極管2SC1815進(jìn)行驅(qū)動可控硅的，可控硅的驅(qū)動電流限制為200mA左右。并設(shè)置了耦合電容C14、C15、C16防止可控硅誤觸發(fā)導(dǎo)通，其電容值是1uF，其他參數(shù)如附圖8所示。
參考附圖9，本實例的單片機(jī)主程序流程圖采用了C語言編寫的程序，其工作過程是在電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電是，單片機(jī)得到電源后，開始上電復(fù)位初始化內(nèi)部的變量和寄存器。然后從中斷服務(wù)程序中讀取電機(jī)電壓的頻率和周期，根據(jù)頻率和周期計算出各個定時器的時間，并根據(jù)定時器的時間，去執(zhí)行PI調(diào)節(jié)、控制角的計算、發(fā)送三相脈沖。其中PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)是kp＝0.32、ki＝0.24，計算控制角公式中的Um＝1.4un，脈沖的觸發(fā)順序是由中斷啟動發(fā)送X相的發(fā)送脈沖定時，X相發(fā)送定時時間到啟動發(fā)送Y相的發(fā)送脈沖定時，并發(fā)送X脈沖；Y相發(fā)送定時時間到啟動發(fā)送Z相的發(fā)送脈沖定時，并發(fā)送Y相脈沖；Z相發(fā)送定時時間到發(fā)送Z相脈沖。
參考附圖10，本實例的單片機(jī)中斷服務(wù)程序由外部中斷服務(wù)程序和定時中斷服務(wù)程序，外部服務(wù)中斷程序主要是采集和計算電機(jī)電壓的頻率，其頻率的計算采用了計數(shù)器，公式為電機(jī)電壓周期＝本次中斷的計數(shù)值-前一次中斷的計數(shù)值外部中斷的另一個主要功能是，啟動X相發(fā)送脈沖觸發(fā)的定時器。為發(fā)送三相脈沖提供參考點，定時服務(wù)中斷主要是根據(jù)頻率和周期設(shè)置各部分的定時。
本實施例的微機(jī)控制移相觸發(fā)脈沖采用了單片機(jī)控制，因此電路的結(jié)構(gòu)簡潔，占用的空間尺寸比較小，適合安裝的電機(jī)中。采用了軟件的PI調(diào)節(jié)器，因此輸出電壓的負(fù)載特性好，調(diào)整快，并且輸出的電壓穩(wěn)定精度高，為28±2％，額定電流為55A。適用轉(zhuǎn)速比較高的永磁發(fā)電機(jī)，本實施中的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，采用了PHIlIPS的低功耗的單片機(jī)。其整個電路的功耗不到100mA，因此發(fā)熱量低，適用于輸出28V電氣系統(tǒng)的汽車中使用，并且在蓄電池沒電的情況下利用遛車可以實現(xiàn)打火啟動。
實施例2在另一種運(yùn)用本發(fā)明的小型風(fēng)力發(fā)電實施例中，以實施例1所述的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置為基礎(chǔ)，通過永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為三相的交流電，在經(jīng)過本發(fā)明裝置整流穩(wěn)壓輸出，再經(jīng)過逆變器逆變，就可以實現(xiàn)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。
運(yùn)用本實施例制作出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可以是風(fēng)能與電能的轉(zhuǎn)換效率一般可以提高至10％。
最后所應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解對本發(fā)明的部件進(jìn)行等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，包括工作電源電路、電機(jī)三相電壓頻率采集電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路、單片機(jī)電路和可控硅驅(qū)動電路，其特征在于所述電機(jī)三相電壓頻率采集電路的輸入端加載三相電機(jī)的X、Z兩相的線電壓，輸出端將方波信號提供給單片機(jī)電路中的單片機(jī)中斷管腳；所述穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路的輸入端接收永磁發(fā)電機(jī)中三相半控橋式整流電路輸出端的電壓反饋，輸出端連接單片機(jī)電路中的單片機(jī)模擬信號采集管腳；所述單片機(jī)電路輸出三相的觸發(fā)控制角脈沖，該觸發(fā)控制角脈沖提供給可控硅驅(qū)動電路的輸入端；所述可控硅驅(qū)動電路的輸出作為脈沖控制輸出控制三相半控橋式整流電路從而獲得穩(wěn)壓輸出。
2.按權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述單片機(jī)電路中包括一用于運(yùn)算并調(diào)節(jié)得到可控硅的控制觸發(fā)角，再根據(jù)三相電路的相位差設(shè)置三相電壓的觸發(fā)控制角的單片機(jī)。
3.按權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述的工作電源電路是不需要外加電壓、在電機(jī)旋轉(zhuǎn)后自我啟動的獨(dú)立的三相整流供電電路，該三相整流供電電路為所述的電機(jī)三相電壓頻率采集電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路和單片機(jī)電路提供工作電源。
4.按權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述的電機(jī)三相電壓頻率采集電路是采用同步變壓器和比較器構(gòu)成的同步采樣電路。
5.按權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述的可控硅驅(qū)動電路采用三極管放大電路，該電路中接有防止可控硅誤觸發(fā)導(dǎo)通的去藕電容。
6.按權(quán)利要求3所述的永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述工作電源電路包括依次連接的整流濾波電路和直流-直流變換電路，所述整流濾波電路的輸入端接入永磁發(fā)電機(jī)的三相電壓X、Y、Z，所述直流-直流變換電路輸出作為工作電源的直流電壓。
7.按權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路采用電阻分壓電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁發(fā)電機(jī)的微機(jī)控制移相脈沖觸發(fā)穩(wěn)壓裝置，包括工作電源電路、電機(jī)三相電壓頻率采集電路、穩(wěn)壓和反饋設(shè)定電路、單片機(jī)電路和可控硅驅(qū)動電路等電路構(gòu)成，利用單片機(jī)的運(yùn)算功能實現(xiàn)軟件的閉環(huán)控制和三相移相觸發(fā)脈沖驅(qū)動可控硅的導(dǎo)通，通過內(nèi)置或配置于永磁發(fā)電機(jī)中，永磁發(fā)電機(jī)可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。本發(fā)明提高了發(fā)電機(jī)的可靠性，減少維護(hù)工作，提高了發(fā)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能的效率；另外，本發(fā)明采用了自啟動方式，發(fā)電機(jī)不需要外加電壓就可以輸出穩(wěn)定的電壓，因此可以避免勵磁式的電機(jī)在沒有外加的直流電的情況下無法發(fā)輸出電壓的現(xiàn)象。本發(fā)明還具有負(fù)載特性好，電壓調(diào)整快，電壓的輸出精度高等優(yōu)點。
文檔編號H02M7/12GK1893256SQ20061007903
公開日2007年1月10日 申請日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者林進(jìn)生, 李隘遵, 吳曉峰 申請人:深圳市金奇稀土電機(jī)有限公司