發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)交流電壓檢測(cè)技術(shù)分析

丁洪兵

摘? 要：當(dāng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員需要大量時(shí)間檢查故障出現(xiàn)的原因。其中發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要測(cè)量監(jiān)控大量參數(shù)，因而控制系統(tǒng)的檢修更為復(fù)雜。文章介紹了某型船用發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)綜合檢測(cè)裝置的構(gòu)成，并詳細(xì)闡述了裝置中交流電壓幅值與頻率的檢測(cè)原理。實(shí)際測(cè)試表明，所設(shè)計(jì)的綜合檢測(cè)裝置能夠滿足實(shí)際需要。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);幅值測(cè)量;頻率測(cè)量

中圖分類號(hào)：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）16-0143-02

Abstract： When the generator system fails， the maintenance personnel need a lot of time to check the cause of the failure. The overall structure of the generator control system is complex， and a large number of parameters need to be measured and monitored， so the maintenance of the control system is more complex. This paper introduces the composition of a comprehensive detection device for a marine generator control system， and expounds the detection principle of AC voltage amplitude and frequency in the device. The practical test shows that the designed comprehensive detection device can meet the practical needs.

Keywords： generator; amplitude detection; frequency detection

1 概述

作為運(yùn)輸、交通、生產(chǎn)的常用交通工具，水面船舶中存在各類用途的電氣設(shè)備。其中，發(fā)電機(jī)主要用于向船用蓄電池充電，并向船舶主推進(jìn)電機(jī)供電。作為船舶動(dòng)力源，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)對(duì)于保障船舶的正常航行起著至關(guān)重要的作用[1]。

如圖1所示，某型船只發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由邏輯控制器和自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成。邏輯控制以接觸器、繼電器為主要邏輯控制器件，并包含一些傳感器、控制保護(hù)部件等;自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由可控硅勵(lì)磁變換器和勵(lì)磁變換器調(diào)節(jié)組件構(gòu)成，其中，可控硅勵(lì)磁變換器為諧振式可控硅斬波電路，由主可控硅導(dǎo)通電路、可控硅主關(guān)斷電路、可控硅輔助關(guān)斷電路、充電電路及保護(hù)電路等基本環(huán)節(jié)組成，非線性開關(guān)器件、諧振器件數(shù)量多，技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。勵(lì)磁變換器調(diào)節(jié)組件作為發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，存在7種類型的調(diào)節(jié)組件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成多、控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障種類繁多、判斷難度大。隨著設(shè)備使用時(shí)間的增加，發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)故障頻發(fā)，依靠人工檢測(cè)、經(jīng)驗(yàn)判斷，通常難以及時(shí)準(zhǔn)確地排除故障、快速搶修，因此，需要研制一種發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)綜合檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)勵(lì)磁變換器調(diào)節(jié)組件的7型調(diào)節(jié)組件故障診斷，以提高設(shè)備維修人員的搶修排險(xiǎn)能力。

本文主要介紹了發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)綜合檢測(cè)裝置的組成，并對(duì)交流電壓的幅值及頻率參數(shù)檢測(cè)原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)所設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法進(jìn)行了實(shí)物電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了維修工程師對(duì)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)組件的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 綜合檢測(cè)裝置

2.1 綜合檢測(cè)裝置構(gòu)成

發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中主要存在8個(gè)組件，通過充分分析發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的參數(shù)影響規(guī)律和組件端口特性，將8個(gè)組件分為7種類型，制作了7塊測(cè)量電路板進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)。如圖2所示，綜合檢測(cè)裝置的7塊測(cè)量板分別為逆變板、直流電壓板、電流傳感器板、電壓傳感器板、觸發(fā)板、調(diào)節(jié)板1、調(diào)節(jié)板2。發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)某組件中存在高幅值、高頻率的交流電壓，需要合理設(shè)計(jì)測(cè)量電路以實(shí)現(xiàn)對(duì)此交流電壓的精確測(cè)量，保證組件參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)被維修工程師獲得。

2.2 電壓幅值檢測(cè)

如圖3所示為電壓幅值的檢測(cè)原理圖，待測(cè)電壓為交流電壓，首先經(jīng)過不控整流橋轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，直流電壓?jīng)由分壓電阻、RC濾波電路和穩(wěn)壓二極管輸入ISO124精密隔離放大器，ISO124輸出的低壓直流信號(hào)經(jīng)過濾波電路送至單片機(jī)進(jìn)行采樣[2]，低壓直流信號(hào)幅值被單片機(jī)獲得后，首先將隔離放大器內(nèi)部計(jì)算獲得待測(cè)的電壓幅值，并送至上位機(jī)操作系統(tǒng)顯示。

ISO124隔離放大器易于使用，無需復(fù)雜的外圍電路即可運(yùn)行，且信號(hào)帶寬范圍大。同時(shí)，其隔離層特點(diǎn)不但不會(huì)影響信號(hào)完整性，而且為隔離層提供出色的可靠性和優(yōu)秀的高頻瞬變抗擾性。

2.3 交流電壓頻率檢測(cè)

發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中的交流電常由直流電通過逆變獲得，多為高頻率的方波電壓。交流電壓的頻率檢測(cè)原理如圖4所示，待測(cè)量的信號(hào)為正半周與負(fù)半周均為方波的交流電壓，通過限流電阻和反并聯(lián)二極管濾去負(fù)半周，僅剩下正半周方波信號(hào)，而信號(hào)整體的頻率不變，此處限流電阻能夠降低待測(cè)信號(hào)的電流值，防止過大電流對(duì)光耦隔離芯片造成損壞。正半波信號(hào)再通過光耦隔離以及RC濾波獲得5V的低壓待測(cè)信號(hào)，該信號(hào)與光耦隔離前的信號(hào)相比，幅值降低，頻率不變。通過雙頻反向施密特觸發(fā)器74LVC2G14GW后[3]，輸出的信號(hào)在單片機(jī)引腳可承受范圍內(nèi)，利用單片機(jī)定時(shí)器捕獲施密特觸發(fā)器輸出的信號(hào)，通過計(jì)算兩次信號(hào)之間的時(shí)間差，獲得方波電壓的頻率，再上傳至上位機(jī)[4]。

3 結(jié)束語

通過分析發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)所需測(cè)量參數(shù)以及相應(yīng)的參數(shù)類型后，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)制作了測(cè)量電路板并編寫了相應(yīng)的單片機(jī)及上位機(jī)軟件程序。其中文中所闡述的交流電壓的幅值與頻率檢測(cè)界面如圖5所示，綜合檢測(cè)裝置實(shí)物如圖6所示。實(shí)際檢測(cè)實(shí)驗(yàn)證明，綜合檢測(cè)裝置可滿足發(fā)電機(jī)控制組件的參數(shù)檢測(cè)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]董治紅.遠(yuǎn)程發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研制[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（14）：85-87.

[2]張紅勇，方軍.ISO124P器件為核心的隔離電路設(shè)計(jì)淺析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013，42（09）：103-106.

[3]方翔，朱根.基于施密特觸發(fā)器的溫度報(bào)警電路設(shè)計(jì)[J].福建電腦，2016，32（01）：125-126.

[4]沈媛萍.基于Proteus和單片機(jī)的電力系統(tǒng)頻率測(cè)量[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，30（06）：34-37.