电压调节器设计
发电机电压调节器的工作原理
发电机电压调节器（Automatic Voltage Regulator，AVR）是用于调节和稳定发电机输出电压的设备。
它监测发电机输出电压的变化，并通过调节励磁电流，控制发电机的磁场，从而使输出电压保持在设定的稳定值。
以下是发电机电压调节器的基本工作原理：
检测电压：发电机电压调节器通过电压感测器或电压传感器监测发电机的输出电压。
这些传感器测量发电机输出电压的大小。
参考电压：发电机电压调节器设定一个目标或参考电压，这是期望发电机输出电压的稳定值。
通常，参考电压由用户或系统要求确定，并在调节器中进行设定。
比较和误差放大：发电机电压调节器将测量到的发电机输出电压与参考电压进行比较。
比较的结果产生一个误差信号，表示实际电压与目标电压之间的差异。
控制信号生成：基于误差信号，发电机电压调节器通过控制电路生成控制信号。
控制信号用于调节发电机励磁电流，进而控制发电机磁场的强度。
励磁控制：控制信号被发送到发电机的励磁系统，调节励磁电流的大小。
通过调节励磁电流，发电机的磁场强度得到调整，从而影响发电机的输出电压。
反馈回路：发电机电压调节器通常具有反馈回路，用于监测和调整发电机输出电压。
反馈回路将测量到的输出电压信息反馈给调节器，以便进行实时的校正和调整。
通过持续的比较、调节和反馈，发电机电压调节器可以使发电机输出电压保持在设定的稳定值，以满足电力系统的需求。
这样可以确保电力系统中的设备和电器正常运行，并保护其免受电压波动的影响。
具体的发电机电压调节器设计和工作原理可能因不同的发电机型号和应用而有所不同。
配电网高压无功调节装置的设计与优化
配电网高压无功调节装置的设计与优化发表时间：2020-10-12T16:59:12.100Z 来源：《基层建设》2020年第16期作者：卢梓威[导读] 摘要：伴随时代的变迁，国内经济也增长得越来越快，国民的整体生活品质也日益增高。
东莞莞能绿色能源服务有限公司广东东莞 523000摘要：伴随时代的变迁，国内经济也增长得越来越快，国民的整体生活品质也日益增高。
在人们当前的生活当中，电网配电发挥着越来越重要的作用，其中的电压无功灵活调节也日趋重要。
基于此，本文从配电网出发，主要探讨了无功高压调节装置的有关设计和优化，仅供参考。
关键词：配电网；无功调节；高压装置在配电网体系当中，电压属于电能质量衡量的一项关键性指标。
如果电压过低或过高，就会降低设备工作效率、缩短设备使用寿命。
有时还会大幅影响到配电网的整体稳定与安全，甚至崩溃电压而引起大范围停电现象。
通过平衡无功功率，可以进一步稳定电压。
在配电网上，各种电压问题均会提升电力体系内部的设备功率损耗，影响传输电力能量的整体效率。
若配电网上缺少无功功率，就会降低输电功率因数，甚至提升配电设备热量损耗，进一步产生线损。
此外，过剩的无功功率，常常也会提升配网电压，而缩短设备寿命。
所以，针对电力系统，应加强无功管理，避免无功输送，优化无功高压调节，进一步避免线损、稳固电压。
一、无功高压调节装置的概述1、原理据电容器实际的无功出力值、电压、容量值、频率之间的关系，便可以利用Q=2∏fCU2算得Q。
通过更改电容量C的值，能够自动化投切管理控制电容器下Q值的更改。
在很多国外的国家，也常常利用频率f的更改，来变化无功的值。
在国内一般会更改电容器电压U的值，来更改输出的无功容量。
2、基础构造（1）电容器为无功类型的电源在电容器（C）中，主要涉及线路型与电力变电站。
在系统结构上面，一直以来两者都仅在容量方面存在差异。
其中的线路容量、变电站分别为300~1000kvar、750~18000kvar。
PWM型数_模混合电压调节器芯片电路设计
收稿日期:1998-08-19.刘三清,男,1946年生,副教授;武汉,华中理工大学电子科学与技术系(430074).PWM 型数/模混合电压调节器芯片电路设计刘三清 罗 娟 徐维锋 应建华(华中理工大学电子科学与技术系)摘 要 给出了一种新型的汽车电压调节器电路结构.该电路的电压调节功能由脉宽调制过程实现,电路芯片的设计采用双极模拟/I 2L 数字混合结构.通过闭环仿真模拟验证了电路原理的正确性,在模拟分析的基础上,对芯片电路的工艺设计和版图设计进行了讨论.关键词 脉宽调制;集成注入逻辑;电压调节器;版图设计分类号 T N 402 电压调节器对汽车发电系统输出电压的稳定起着非常重要的作用[1].为此,国内外有关人员对新型电压调节器的研究和开发十分重视.PWM 型集成电路电压调节器的技术关键在于:a .电压调节PWM 方式的实现;b .较大驱动能力的实现;c .自保护功能的实现;d .芯片电路耐高压的实现.在研究分析国外有关技术的基础上,进行了PWM 数/模混合结构电压调节器芯片电路的设计.所设计的电路除了具有良好的电压调节性能外,还具有高低压判断与保护,过压过流吸收等功能,芯片电路既可驱动功率MOS 器件,也可驱动双极达林顿功率器件.1 电压调节系统的构成电压调节系统功能如图1所示,其中芯片电路由振荡单元OSC ,稳压单元VSB ,逻辑单元I 2L图1 电压调节系统框图IC ,电阻网络RA ,分析比较单元CPA ,基准电压单元REF,前置驱动单元DRI,过压吸收单元OVA,高低压保护单元HLP 以及低压判断单元LVJ 等功能块构成.在芯片电路外部,R s1,R s2和R s3为片式采样电阻,B 为蓄电池,T 为开关功率器件,GNR 为发电机.电路工作原理简述如下.汽车启动时,发电系统开始工作.采样电阻R s2和R s3的分压V +经低压判断而直接开启激磁开关功率器件T ,激磁电流导通,发电机开始发电,V 上升.V 上升到一定程度,在过压吸收单元的作用下,V +被稳定于约9.5V 电压值,此时T 的基极由I 2L 逻辑电路控制的p 点逻辑综合信号控制.在正常工作的情况下,p 点信号为PWM 信号,该信号通过前置驱动单元控制开关器件的开通与关断.p 点电压还受高低压保护单元输出状态的控制,当发电系统出现抛负荷或蓄电池亏损等现象时,系统会出现过压或欠压状态,此时高低压保护单元的输出使p 点进入低电平状态,截断激磁电流,以保证系统的安全.振荡单元、I 2L 单元、比较单元、基准电压产生单元以及电阻网络是构成PWM 功能的核心部分,其中振荡单元产生一个频率为12kHz 左右的方波信号,该信号经I 2L 逻辑单元处理,产生两路信号,一路为逻辑组合信号,与电阻网络及基准电压共同构成阶梯基准信号;另一路为七级分频信号,与比较单元的输出一起在p 点构成频率为100H z 左右的PWM 信号.比较单元主要是用于对采样信号与阶梯参考信号进行比较,结果作用于I 2L 单元.高低压保护单元的信号也要通过比较单元产生保护作用.2 PWM 形成原理图2用来说明PWM 信号的形成.图2(a)第27卷增刊(Ⅰ) 华 中 理 工 大 学 学 报 Vo l.27 Sup.Ⅰ1999年 11月 J.Huazho ng U niv.o f Sci.&T ech. No v. 1999 (a)(b)图2 PW M工作原理为原理图,其中运算放大器对采样输入V3与阶梯基准电压V2进行比较,比较结果经放大器整形后用于触发I2L R-S触发器.I2L触发器的S端输入为I2L分频器与组合电路给出的约100Hz负向窄脉冲信号V1,V1对触发器每触发一次,p点被置于高电平状态,启动激磁电流.V p的下跳时刻则取决于比较器的输出.当V3超出V2时,R-S触发器被置于低电平,中止激磁电流.对于汽车发电系统来说,其发电输出电压的变化不仅取决于激磁电流,而且与汽车工况有关.当汽车发电系统处在低速重负荷状态时,输出电压上升缓慢;而在高速轻负荷时,输出电压上升较快.图2(b)中t0-t1和t2-t3两区间V3的变化反映了这个规律.图2(b)中V2是与周期激磁脉冲V1同步的阶梯参考电压.显然,对于低速重负荷和高速轻负荷两种情况,V3和V2相交的时刻处在不同的阶梯上,相应地激磁信号V p持续期不相同,也就是说,对于低速重负荷情况激磁信号脉宽变宽,而高速轻负荷时脉宽变窄,PWM信号得以产生.而正是由于激磁脉宽的调节,实现了对发电电压的调节.在传统的电子电压调节系统中,参考电压采用的是恒定的电压.这种调节方式中,调节频率是随着发电机的工况的变化而剧烈变化的.一般来说调节频率可从零Hz变化到数百Hz.这不仅给用电系统的电源处理造成困难,而且在低速重负荷工况下,电压指示也会出现明显的摆动.采用PWM方式可克服这些缺点.而且由于引入了数字工作方式,有利于芯片的进一步智能化处理.3 阶梯参考电压产生与PWM脉冲形成电路 由于汽车中恶劣的工作环境,特别是发电机系统的过压冲击现象对芯片电路的耐压能力有较高的要求.电路设计中虽然采取了多种保护措施,但仍要求电路能承受数十V的冲击.因此该芯片采用耐压能力较强的双极结构,其中数字处理部分则采用双极I2L结构.I2L结构阶梯参考电压产生与PWM脉冲形成电路的逻辑图如图3所示.图3中,R1,R2和R3及R a1～R a6构成电阻网络,其图3 I2L逻辑图中R a1～R a6为一组比例电阻,它们一端连接于公共点A,另一端分别与I2L逻辑门相连.由于I2L 的逻辑输出“1”相当于开路,逻辑“0”相当于对地短路[2],当有关I2L逻辑门输出呈现某一规律的变化时,A点到地之间的等效电阻发生阶梯规律变化.这种变化与R1,R2和R3的共同作用,产生阶梯参考电压.R-S触发器由G1和G2构成.其S 端触发信号由T0～T6七级分频组合而成.R端触发信号由比较输出信号V4通过G3组合而成,G3的逻辑组合作用主要是为了产生窄的触发信号.图3所示的逻辑图只是I2L电路的等效逻辑,图4给出了与图3中三与非门和R-S触发器对应的I2L电路形式.(a)(b)图4 三与非及R-S触发器的I2L形式4 电路系统的闭环模拟电路设计中除了对各电路单元进行了分析模27增刊(Ⅰ) 刘三清等:PW M型数/模混合电压调节器芯片电路设计 图5 闭环仿真模拟电路拟外,还进行了电路系统的闭环工作仿真模拟.闭环仿真模拟采用的电路结构如图5所示.图中,当V p 为高电平时,T 1和T 2导通,V +通过R c 对等效于蓄电池的电容C b 充电,这个过程用来模拟激磁电流开通时的发电机发电过程.发电状态可由充电电压V ++和充电回路时间常数模拟.当V p 为低电平时,充电回路断开,并联于C b 的电阻R L 将消耗能量而使C b 上的电压下降,R L 用来模拟发电系统的负载.利用PSPICE 分析得到的闭环工作仿真模拟结果如图6所示.模拟分析表明,当采样电压较低时,激磁PWM信图6 PW M 电压调节作用的闭环仿真模拟□V (136) ○V (111)号脉宽较宽,随着电压逐渐上升,脉宽趋于一恒定值,此时调节电压将稳定在某一数值上,根据该电路的要求,调节电压设置为14.4V.在稳定状态下,采样电压的波动约4mV,相应地调节电压的波动约为数十mV .另外,通过设置不同的V ++,R c 和R L ,对不同的发电系统工况进行模拟,结果表明,在高速轻负荷和低速重负荷两种条件的稳定状态下,PWM 脉冲占空比变化为5%～100%,其转速特性和负荷特性均满足要求.5 工艺设计与版图设计工艺和版图设计主要考虑的问题有:a .电路应有较高的耐压性能,在50V 过冲电压下不应损坏;b .模拟电路中对许多器件有较高的要求,特别是差分放大器的镜像电流源、温度补偿参考电压源等电路相关的晶体管、电阻参数有较高的精度和严格对称性的要求;c .应兼顾模拟电路和I 2L 数字电路的性能.为此,在工艺上通过采用较大的外延层厚度,较低的外延层浓度,较大的扩散结深来实现电路的耐压性能[3,4],通过分别采用扩散及离子注入两种不同的方式来制作具有不同参数性能要求的电阻.在版图设计上,为适应高耐压的要求,选用了最小尺寸为6 m 的设计规则,并选用不低于16 m 的隔离槽与器件图形的距离,通过几何对称和热对称设计来满足部分器件的高对称性和高精度的要求.另外,对于一些对电路性能有重大影响的器件,如与振荡器中充放电恒流源有关的器件、对温度性能有严格要求的参考电压源的相关器件以及I 2L 电路中多扇出器件,则通过精细的性能模拟分析与尺寸优化来设计.参考文献1 张岳生.现代汽车电子的应用及发展趋势.汽车电器,1996(1):5～72 Bo w er s.Electr onics Cir cuits for a V o lt age R egulatorof an Electro nics G enerato r.U nited St ate Patent 4,800,291,1989.3 Elmar y M I.Dig ital Bipo lar Integr ated Circuits.NewYo rk:Jo hn W iley&Sons,1983.4 沈文正,李荫波,胡骏鹏等.实用集成电路工艺手册.北京:宇航出版社,1989.A Design of Bipolar Digital /Analog Hybrid IC Chipfor PWM Voltage RegulatorLiu Sanqing Luo J uan X u W eif eng Ying J ianhuaAbstract A new ty pe of vo ltag e regulato r cir cuit is proposed .Pulse width modulate (PW M )metho d is used to adjust the vo ltag e,and the circuit is form ed by bipolar analog circuit combining w ith digital circuit of integrated injection log ical.T he circuit is v er ified by sim ulation in clo sed lo op.On the basis of circuit simulations,the processing and layo ut design is discussed.Keywords PWM ;integ rated injection logical (I 2L );vo ltag e regulator ;simulation desig nLiu Sanqing Assoc.Pr of.;Dept.of Electronic Sci.&T ech.,HUST ,W uhan 430074,China.28 华 中 理 工 大 学 学 报 1999年。
复合控制数字励磁电压调节器设计
ｃ ｒ ｎ ｕ ｅ ｅ ａｏ ｈ ｏ ｏ ｓｇ ｎ ｒ ｔ ｒ
Ｕ 引 罱
在 同步 发 电 机 发 电系 统 中 ，励 磁 调 节 系 统 是
压 ＰＤ控 制和 相复励 控制 的优 点 ，即保持 了在 小扰 Ｉ 动 下 电压 调 节 的 精 度 和 快 速 性 ，又 保 证 了在 大 扰
收稿 日期 ：２０ ・２２ ０ ５１ －０
～
２ 数字励磁 调节器硬 件设计
本 数字励 磁 调 节 器 由励 磁 主 回路 和 控 制 回路 两部 分组 成 。其 主 要 用 于 无 刷 励 磁 同 步 发 电机 ，
也可用于小型发 电机 的有刷励磁 系统。总体结构
如 图 ２所 示 。这种励 磁调 节器 的工 作 电源取 自母线 单 相相 电压 Ｕ 经过 整 流 滤波 后 的直 流 电 ，而励 磁 电源既 可 以 取 自发 电 机 谐 波 绕 组 ，也 可 以取 自母
以功能 强 大 的 单 片 机 为 控 制 核 心 的微 机 励 磁 调 节
器已成为数字励磁调节器 主要 的应用 型式 。本文 主要介绍采用 Ｄ ＰＴ ｓ２ Ｌ ２０ Ａ设计 的数字励 Ｓ Ｍ ３０ Ｆ４７磁调 节器 。 Nhomakorabea出
图１ 复合控制结构
１ 复合控 制方式
数字励磁 调节器有线性最优 控制、相 复励 励 磁控制 、ＰＤ调节控制 、非线性最优控制 、复合控 Ｉ 制以及神经 网络智能控制 等，其 中复合 控制实际 上就是相复励 ＋ Ｉ ＰＤ控制。这种控制方法集 中了电
三相电压型PWM整流器PI调节器参数整定的原理和方法
三相电压源型PWM整流器PI调节器参数整定的原理和方法1引言1.1 PID调节器简介在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
目前，在工业过程控制中，95%以上的控制回路具有PID结构。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的，其原理图如图1-1所示。
图1-1 PID控制系统原理图PID控制器传递函数常见的表达式有以下两种：（1）()ip dKG s K K ss=++，Kp代表比例增益，Ki代表积分增益，Kd代表微分增益；（2）1()p diG s K T sT s=++（也有表示成1()(1)p diG s K T sT s=++），Kp代表比例增益，Ti代表积分时间常数，Td代表微分时间常数。
这两种表达式并无本质区别，在不同的仿真软件和硬件电路中也都被广泛采用。
⏹比例（P，Proportion）控制比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能及时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用，以减少偏差。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
⏹积分（I，Integral）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。
为了消除稳态误差，在控制中必须引入“积分项”。
基于集成电路的航空交流发电机电压调节器设计
电位 计 ｗ 的 活动触点 Ａ经 电阻 接在集成 运算放
路。利用仿真手段验证 了电路设计 的正确性 ，结 合三级式航空交 流发电机进行 了调试 ，调试结果表明 ，调压 系
统具有抗 干扰 能力强 、调压精度高的特点 。
关键 词 ：交流发电机 ；电压调节器 ；导通 比 ｏ ；电路设计 ；仿真
中 图 分 类 号 ：Ｔ ０ Ｍ４ ２ 文 献 标 志 码 ：Ａ
作 用下 ，激磁 电流 按照指 数规 律变 化 。 在 一个 工作周 期 内 ，激磁 电流 的平均 值可 由 以
下积分 公式 求 出 ：
晶体 管的工 作条件 ，使 其工 作在开 关状 态 ，等效 电
路如图 ｌ ｂ）所示 。
Ｊ ｒ ｊ ｉ ＝
＋ ］ ， ㈣ 出 ＝
争 。
ｉ ＝Ｂ 一一 ｌ ≤Ｔ， ｏ ｆ ｅ‘ ，ｆ≤ｔ ’
（） ４
式 ： ｆ ； 、 积 常 。 中 ｌ ｆ云； 为 分 数 ＋
式 （） （） ３ 、４ 反映 了发 电机 在大 功率 晶体管 的控制
功率 晶体管 Ｂ 串联在激 磁机 激磁线 圈 ｉ Ｇ 电路 中 ， 用来控 制激 磁机 的激磁 电流 。通过合 理设 置大 功率
文 章编 号： １７— ５２ （００ ４０４ － ４ ６ ３ １２ ２ １ ）０－４３ ０
基 于集 成 电路 的 航 空 交流 发 电机 电压 调 节器 设计
孙 时珍
（ 海军 装备部 航空技术保 障部 ，北 京 １０ ８ ０ ０ ３） 摘 要 ：介绍 了一种 基于集成电路 的脉 冲调 宽式 航空交流发 电机 电压调节器 的设计方 法 ，给出了具体 的硬件 电
调 压器 原理 电路 如图 ２ 所示 。图 中 ，Ａｌ 、Ａ２ ３ 、Ａ
调制器的偏置电压控制板中PID调节器的设计
35 科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON动力与电气工程PID控制技术由于原理简单、操作方面是目前最成熟的鲁棒性最强的控制方法。
随着计算机技术的不断发展,并且在特殊领域发展出了特定的改进方法，如微分先行PID控制算法、带死区的PID控制算法等[1]。
该文采用DSP芯片来做数字PID调节器,数字的PID调节器分为增量型、位置式PID控制算法。
该文采用TI公司TMS320LF2407和外接D/A数模转换芯片结合增量式P ID 控制算法。
同时对多路模拟信号进行采集,(LF2407采用10位A/D的模数转换对模拟数据进行采样),之后经过DSP的运算处理得出控制信号去调节被控对象。
从整体上来说运算和处理速度都得到了提升[2]。
1 PID控制器软件编程P I D 算法其实有两种。
一种是位置型PID算法，另一种是增量型PID算法。
由于增量型PID的算法存在的优势,所设计的控制板选择了增量型PID算法。
之后将进行编程操作,编程只要参照以往的PID控制算法进行编写即可,当然实际控制系统的PID参数需要进行测试调整并找到合理的参数进行设置[3]。
该文的P I D 控制器的程序设计是基于以上两种来实现,并结合PID增量式算法,程序的文件名是*.asm和系统配置命令文件(*.CMD),可以从该配置文件中可以看出本文当中DSP的存储器资源和配置方法。
在中断子程序中实时调用P I D 控制算法的程序如下。
ADCINT-ISR: ; ADC 中断子程序CLRC SXM ;符号位扩展抑制指令LDP# 4 ;指向用户变量区LAR AR2, #RESULT0 ;将A/D转换的结果存储到A R 2中MAR *, AR2 ;辅助寄存器设置为A R 2LACC *, 10 ;左移10位加载到A C C 高位SACH ADRESULT ; ADRESULT 存储A /D 转换值CALL PID＿Control ;调用PID控制子程序进行实时控制CLRC INTM ;开总中断R E T 2 直流偏置控制系统的测试结果图1为控制板电压的校正过程,通过对控制板输出的信号进行从0V 开始的调整,并从示波器显示的幅度信号读取相应的PEAK(对应光强最大点)、NULL点(对应光强最小点),并计算出±QUAD点的电压。
课题六 电压调节器的作用、分类、型号及原理
课题六 电压调节器的作用、分类、型号及原理 一、电压调节器的作用电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压保持恒定，使其不因发电机转速高时电压过高烧坏用电器和导致蓄电池过充电；也不会因发电机转速低而电压不足导致用电器工作失常。
二、硅整流发电机的分类 1.按结构特点分（1）触点式调节器。
通过触点的开闭改变磁场电路的电阻来调节磁场电流。
缺点：触点振动频率低，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低， 触点易产生火花,对无线电干扰大，可靠性差，使用寿命短。
（2）电子式调节器。
利用晶体三极管的开关特性，使磁场电路接通与断开来调节磁场绕组的平均电流。
① 晶体管调节器 解放CA1091② 集成电路调节器 奥迪、桑塔纳等轿车优点是：电压调节精度高，且不产生火花，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点。
2.按安装方式分（1）外装式调节器。
（2）内装式调节器。
3.按搭铁型式分 （1）内搭铁式。
（2）外搭铁式。
三、电压调节器的型号根据《汽车电气设备产品型号编制方法》（QC/T73-93）规定，调节器型号含义如下：（1）产品代号：有“FT”和“FTD”两种，分别表示发电机调节器和发电机电子调节器。
教学补充思考： 内外搭铁式电压调节器（2）电压等级代号：与交流发电机相同，以1、2、6分别表示12V、的判断？？24V和6V。
（3）结构形式代号：用1位阿拉伯数字表示，如表1所示。
表1 发电机调节器的结构形式代号结构形式1 2 3 4 5代号触电式单联式双联式三联式电子式晶体管式集成电路（4）设计序号：按设计先后次序，以1~2位阿拉伯数字表示。
（5）变型代号：以汉语拼音大写字母A、B、C…顺序表示（不能用0和1）。
例如：FT126CV表示12V的双联电磁振动式调节器，第6次设计，第三次变型；FTD152表示12V集成电路调节器，第二次设计。
四、电压调节器的工作原理交流发电机电压调节器的调压原理是：当发电机转速升高时，调节器通过减小发电机励磁电流来减小磁通，使发电机的输出电压保持不变；当发电机的转速降低时，调节器通过增大发电机的励磁电流来增加磁通，使发电机的输出电压保持不变。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于PWM控制的交流发电机电压调节器
摘要：本文介绍了基于SG3525 PWM控制器的交流发电机电压调节器的硬件电
路。
较为详细地分析了通过检测交流发电机的输出平均电压来改变输出PWM波
的占空比，进而控制电机励磁绕组产生合适的励磁电流来使输出电压稳定于规定
的水平。
关键词：电压调节器；PWM
Alternator voltage regulator based on the PWM Controller Abstracts：This article introduces the design of hardware of the alternator voltage regulator system based on the SG3525 PWM controller for synchronous machines. Detailed analysis of how to change the average duty cycle of the PWM wave by detecting the average output voltage of the alternator, and thus control the motor field winding to generating the appropriate excitation current,so that the output voltage is stabilized at the required level.
Key words: Voltage regulator; PWM
前言：
电压调节电路是航空发电机Array的重要组成部分。
其基本组成有
电压检测、比较、放大与执行和
控制几个环节，如图1所示。
本
文的交流发电机调压系统是以
SG3525芯片为核心的。
交流发电
机的输出平均电压经电压采样电
路反馈到SG3525的1脚，即误差
放大器的反相端。
当输出电压有
波动时，误差放大器会放大误差，
后续电路将会自动调节其输出
图1 电压调节器方块图
PWM波的占空比，进而使功率驱
动电路的输出波形的导通时间改变，从而调节了发电机的励磁电流，使其输出电压回复为正常值。
1 输出电压检测电路
本调节器输出电压的检测采用
平均电压检测，如图2所示。
电压
Ud由三相电压经变压整流后取得，
其平均值取决于三个线电压的大
小。
图2 平均电压检测电路
对于三相航空交流发电机，额定输出电压为Uo=200V。
假设其波动范围为±10%，取变压器变比为20:1。
则当发电机正常工作时，由上面公式可算得
12.15V< Ud<14.86V
当超过这个范围时，应该进行欠电压、过电压保护。
采用平均电压检测，当一相电压升高，而伴随出现另一相或另两相电压的降低时，Ud平均值有可能维持不变。
因此，Ud平均值稳定，并不意味各相（或线）电压的稳定，这是平均电压检测的缺点。
2 控制电路
本交流调压器的控制电路由通用公司的SG3525芯片构成，图3表示其内部结构图。
SG3525 主要由以下几部分组成：基准电压，振荡器，误差放大器，PWM比较器及锁存器，分相器，欠压锁定，输出级，软起动及关断电路。
SG3525芯片是的一款具有软启动、过压保护、闭环调节功能的PWM产生芯片，具有两路PWM输出。
SG3525的外部引脚如图4所示。
其中，脚16为SG3525的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，并可向外输出40mA电流，而且设有过流保护电路。
脚5，脚6，脚7内有一个双门限比较器，内电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。
脚2为误差放大器的同相输入端，脚1为误差放大器的反相输入端，脚9为补偿输入端。
SG3525 的PWM 比较器的输入端设有软起动功能。
只需在脚8至地接一个电容C4，利用上电时电源对电容C的充电过程来钳制内部比较器的输入电压，使得锯齿波与比较器输入电压交截产生的PWM 波的占空比逐步展开，从而实现软启动功能。
图3 SG3525内部结构框图图4 SG3525外部引脚图
SG3525输出的PWM波频率是由公式
f=错误!
决定。
本调压器取f=10kHz,C2=0.2uF，得R3=746.2Ω，取标称值750Ω。
根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络。
脚13所接电阻R4，电容C3是将SG3525输出的PWM进行反相以配合后续的驱动电路，电容C3起滤波作用，电阻R4起限流作用，可分别取100KΩ和0.1uF。
二极管D1是限制电流流向，防止反向灌入SG3525电流而烧坏芯片。
其电路图见下图5，其中IO1为检测到的输出平均电压。
图5 SG3525控制电路
3 放大、控制执行和励磁电流的调节
SG3525产生的脉冲信号输到交流励磁机的励磁回路，来控制励磁电流的大小，如图6所示。
晶体管V1和V2组成调压器的功率放大电路，它将SG3525产生的PWM波信号功率放大，以驱动控制执行回路，同时，对脉冲信号起到整形作用。
晶体管V3和励磁机的励磁绕组W组成调压器的控制执行回路，是调压系统的执行环节。
当晶体管V3导通时，励磁电压Ec加于励磁绕组，励磁电流增加；当晶体管V3截止时，二极管D2续流，励磁电流减小。
故励磁电流具有脉动特性，其平均值If决定发电机输出电压Uo的大小。
图6 励磁回路电路图
励磁电流大小由下面公式决定：
If =Ec rw Dc
式中：Ec 为励磁电压，取Ec=48V ；
Rw 为励磁绕组电阻，取Rw=10Ω；
Dc=Ton T ,为末级晶体管的占空比。
按设计要求，励磁电流If 的范围为：0.2—2.0A ，所以由上面公式可求得占空比Dc 的范围：0.04—0.42.
V3完全导通时，励磁电流最大，此时有
I fmax= Ec Rw+R11 =2.0A
求得R11=14Ω，取标称值15Ω.
在本调压器中,为了加快功率管的导通过程，同时能截止反偏，从而改善调 压器的动态响应特性，采用加速电容C6。
本调节器取1.0uF ，在实际设计中可以根据实验结果调整。
当晶体管V2截止时,功率管V3导通，当V2截止瞬时,加速电容C6将电阻R10短路，此瞬间流过功率管的基极电流为
I bm = Ec-Ube R9
在正常导通时，电容C6充电完成，流过功率管V3的基极电流为
I b =Ec-Ube R9+R10 > I c β
取 Ic=2A ，β=5 ，则
I b =Ec-Ube R9+R10 =48-0.7R9+R10 >0.4A 取R9=R10=60K Ω。
4 调压器的工作特性图
图7 电压调节器工作特性曲线
总结
本文较为详细地设计了基于SG3525的交流发电机电压调节器。
该电压调节器采用了电压闭环控制，当交流发电机的输出电压出现波动时，通过改变SG3525输出的PWM波的占空比来实现励磁电流的调节，从而使发电机输出的电压值趋于正常。
但是，该电压调节器不具有过压欠压保护，也不具有过励磁电流保护，这是本次设计的缺点，需加以改进。
参考文献。