汽油發(fā)電機組控制電路數字化設計方案

摘要：基于對某型汽油發(fā)電機組控制保護電路的分析，提出了一種采用數字電路和MCU對該控制保護電路進(jìn)行改進(jìn)的設計方案。實(shí)驗表明，該方案實(shí)現了對機組的控制與保護功能，優(yōu)化了設計、滿(mǎn)足了技術(shù)指標要求。
關(guān)鍵詞：發(fā)電機組；控制電路；數字電路；MCU

汽油發(fā)電機組是某型雷達的配套設備。發(fā)電機組控制保護電路采用模擬電路實(shí)現，保護電路基準采用電位器調整設置，由于機組工作時(shí)的強烈振動(dòng)易使電位器調定位置改變，引起保護電路的基準發(fā)生變化，使機組不能正常工作。
現代電子產(chǎn)品中越來(lái)越多地采用數字電路和計算機程序控制。數字電路的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強、工作穩定，可有效避免因元器件參數變化造成的設備性能下降。采用計算機程序控制后，可以將必要的參數固化在程序中或存儲在非易失性存儲器中，從根本上解決了因設置基準變化造成的工作異常。因此，針對某型汽油發(fā)電機組在使用中發(fā)現的問(wèn)題，提出了采用數字電路和計算機程序控制對機組控制保護電路進(jìn)行改進(jìn)設計。

1 設計分析
1．1 控制保護電路原理框圖
某型汽油發(fā)電機組控制保護電路原理框圖如圖1所示，PWM控制時(shí)序如圖2所示。

1．2 控制保護過(guò)程分析
(1)輸出電壓設置。
圖2中基準電壓為箝位電壓。如圖2所示，當調節電壓設置電位器使設置電壓上升或下降時(shí)，控制比較器輸出脈沖將變寬或變窄，發(fā)電機勵磁繞組導通時(shí)間隨之變化，發(fā)電機輸出電壓也將按比例上升或下降，直至到達穩定狀態(tài)。
(2)輸出電壓穩定。
發(fā)電機輸出電壓，經(jīng)電壓互感器取樣后反饋到控制比較器。當設置電壓固定且沒(méi)有負載變化引起輸出電壓變化時(shí)，控制比較器將輸出寬度固定的脈沖控制激勵管和功率管接通勵磁繞組。由于勵磁繞組導通時(shí)間固定，輸出電壓處于一個(gè)穩定值。
再如圖2所示，當發(fā)電機輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，由于基準電壓與設置電壓不變，控制比較器將調整輸出脈沖寬度，最終將使輸出電壓重新穩定在設置值上。
(3)輸出保護。
發(fā)電機輸出電壓與輸出電流，經(jīng)電壓互感器和電流互感器取樣后接入到保護比較器。當發(fā)電機輸出電壓高于預置的輸出電壓上限或低于預置的輸出電壓下限、輸出電流大于預置的輸出電流上限時(shí)，保護比較器的輸出強行使激勵管截止，控制比較器輸出信號無(wú)效，勵磁繞組導通控制功率管無(wú)輸入激勵信號也處于截止狀態(tài)，使勵磁繞組無(wú)勵磁電流，發(fā)電機停止輸出。
1．3 自動(dòng)控制原理分析
綜上所述，某型汽油發(fā)電機組控制保護電路，是一個(gè)典型的一階閉環(huán)自動(dòng)控制系統。由于在控制比較器輸入端引入了主要由負載變化引起的輸出擾動(dòng)，所以是一個(gè)基于擾動(dòng)補償的一階復合閉環(huán)自動(dòng)控制系統。發(fā)電機組控制保護電路自動(dòng)控制原理框圖，如圖3所示。

圖中，輸入：系統輸入是控制面板上的(輸出調整)電位器產(chǎn)生的設置電壓Vs。輸出：系統輸出是機組發(fā)電機輸出電壓Vo。擾動(dòng)：系統擾動(dòng)包括機組發(fā)電機輸出電流變化、機組發(fā)動(dòng)機轉速變化、溫度變化和其他引起機組發(fā)電機輸出電壓變化的因素。其中機組發(fā)電機輸出電流，Io變化是主要外部擾動(dòng)信號。