柴油发电机组自动同步并车控制器设计

断 ， 现无 法 同 步 或误 同 步 ， 机 组 造 成 损 害 。 因 出 对 此， 良好 的抗 干扰设 计 对 于 自动 同 步器 是 十 分 必要
的。
出电压 信号 ， 快速 实现 自动 同步并 联 ， 提高 用 电可 在
靠性方 面具 有重 要意 义 。
参考文献 ：
［ ］ 赖广显 ． １ 新型柴油发 电机组 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 民邮电出版 人
件位置 ， 理布线 ， 可 以提 高系统 的抗 干扰 能力 。 合 也
检测 电路 由与门 ４９ 组成 ， ０３ 检测到各条件都满足合 闸要 求 ， 准确 发 出合 闸信 号 。 才
２ ６ 电源 电路 的确定 ．
电源部 分 是 自动 同步器 的基 础部 分 ， 负责 为 它 各 部分 电路提 供工 作 能 量 ， 与整 个 自动 同步 器能 否 稳 定可靠 地工 作有 很 大 的关 系 ， 以它 的设 计 尤 为 所
瞬态性 能好等 优 点 。其 工作 原 理 为 ： 自动 同 步器 在 接 受到 同步 投 入 指 令 后 ， 过 检 测 两 台 待 并 机 组 通 （ 或者一个 电 网 和一 台机 组 ） 的两 个 交 流 电压 信 上 号， 完成 其相位 比较并 产 生 出一个 校 正 模 拟 直 流信 号 。该信 号经 Ｐ 运算 电路 处 理 后 送 到发 动机 电子 Ｉ
性高 ， 具有较高 的工程应用价值 。 关键词 ： 柴油发 电机组 ； 同步 ； 并车 ； 设计
ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １０ － ５ ． ０ ２ ０ ． ０ ｏ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ． ０ ３ ２ ０ ２ １ ． ２ ０ ５ ｓ ４
中图分类号 ：Ｍ １ ．２ Ｔ ６ １２
时刻经过 同步 检测 电路 确认 同步 后 输 出合 闸信 号 ，
完成 同步过程 。 自动 同步 器 的外部 工作连 接 图如 图
１所示 。
与并 联操作 人 员 的操 作技 能 有 很 大 的关 系 ， 为 因 人 素 较多 ， 易 出现 大 的 冲击 电流 ， 机组 造 成 损 害 ， 容 对 缩短 机组 寿命 。 因此 ， 油发 电机 组 自动 同步 并 车 柴
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ： ０ －２０ ２ １ ）２０ １ －３ １ ３４ ５ （ ０２ ０ －０ ３０ ０
柴油 发 电机组在 国防建设 中起着 电源保 障 和供
应 的重要 作用 ， 近年 来 ， 用 电源对可 靠性要 求越 来 军
采 用经典 的 Ｐ 控制 理论 ， Ｉ 具有结 构 简单 、 电路成 熟 、
ｌ ４
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Ｎｏ ２ ２ ２ ． ０１
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步 闸 令… ＼ｊ 合 命 ． 一
电信 网 号
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同步器
机组信号
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次 同步谐振 ， 坏发 电机 。 因此 一 个好 的 自动 同步 损
路吸收电压波形中的杂波信号 ， 电阻降压和电容 经 二 次滤波 后 ， 到 光 电耦 合 器 经光 电隔 离 后形 成 矩 送 形 波信号 。该信 号 经 施 密特 触 发 器 反 向 、 整形 后 变
成方 波信 号 。 ２ ２ 频 率相位信 号 合成 电路 ．
… 一 ｌ ／｜ Ｋ
输 出
电 输 调 输 —＿ 源入 速出 ／
合闸
－
Ｉ
机 组
Ｉ Ｉ去 子 速 ｌ 电调 器
电 瓶
图 １ 外 部 工 作 连 接 图
发 号． ｝ 隔 形 电 卜１ － 离 信 － ＿ 整
相 位 角差 合
信蹙 ｌ ｝ 电 定 —控 凋 ｒ｛ 蓓 制
境 问题 日益 突出 ， 国防建设 也要 节能减 排 ， 柴油 发 电 机组 的经 济性 运行 也 需要 采 用 多 机并 联 ， 据 负 荷 根
变化 决定 开 机 数 量 。传 统 的 并 联 方 式 依 靠 人 工 并
联， 费时 费力 ， 自动 化 程度 低 ， 且 并 联 时机 的选 择 并
社 ，０４ ２０ ．
［ ］ 王兆安 ， ２ 黄俊． 电力 电子技术 ［ ． 京 ： Ｍ］ 北 机械 工业 出
版社 ，００ ２０ ．
在本 自动同步器的设计中， 相位信号的采集 ， 采 用 了光 电耦 合器采 样 ， 实现光 电隔离 ， 隔离 电压 高达
２ｋ 提高 了 自动 同步器 抗干 扰和 耐冲击 能力 ； 采 Ｖ， 在 样 输入 回路 加入 压敏 电阻 ， 以预 防雷 击事故 发生 ； 可
点完 全 闭合 的 时 间 ） 不 相 同 ， 了适 应 用 户 使 用 也 为
的不同 合闸执行 元 件 以及使 其 准 确 合 闸 ， 设计 了合 闸超 前 角调节 电路 ， 电路 可 以实 现 ０～ ０ 提 前 角 该 ２。 调节 ， 即在 同期 合 闸之前 提 前 ０～２ 。 Ｏ 相位 角发 出合
关 键 。模 块 外部 电源 取 柴油 机 的启 动 电瓶 ， 了 防 为
止 电源 地和 正极接 反 ， 输入 回路 串入 了二极 管 ， 在 这
样 即使 接错 线路也 不至 于烧毁 模块 内部 电路 。稳压 电源采用 由多个稳 压管组 成 的稳压 电路 。具有 电路
简单 、 功耗低 、 出电压稳 定 、 输 抗干扰 能力 强等 特点 。 所 以输 入 电压为 １ ０～３ ５Ｖ之 间均 可 以保证 稳 压器
调 速控制 器 的并机 端 上 ， 其 中一 台机 组 和 另一 台 使 机组 （ 电网 ） 间 的相 位 差 短 时 问 内消 失 。在 此 或 之
越高， 而且 ， 常需 要 几 台机 组 并 联 工作 ， 某 些 指 通 如 挥 中心 的电源供 应使 用 ８台甚 至更多 的柴油 发 电机 组并 联工作 ， 且 每 隔 １ｈ轮 流 休 息 。另 一 方 面 环 并
的输 出电压稳 定在 ＋１ 兼 顾 了柴 油 机 采用 １ ０Ｖ， ２Ｖ
４ 总 结
本 柴油 发 电机组 自动 同步并 车控制 器 的设 计借 鉴 了国 内外 同类 产 品 的优 点 ， 根 据我 公 司的 实 际 并 使 用情 况 ， 出不 断改进 ， 有性能 稳定 、 做 具 可靠 性高 、
２ ４ 合 闸超前 角调 节 电路 ．
闸信号 ， 使合 闸执 行元 件 的主 触 点 闭合 的时 间 和 同 期 合 闸的时 间一 致 ， 小 对 发 电机 的 冲击 。该 部 分 减 电路 由 四个单 元精 密运 算放 大器组 成 。
２ ５ 同步检 测输 出 电路 ．
不 同的合 闸执行 元 件 ， 自动 断 路器 或 交 流接 如
相等、 频率 相等 、 相位 差为零 。
２ 电路 设 计
２ １ 频 率相位 信号 采样变 换及 整形 电路 ．
发 电机或 电 网线 电压 信号 首先 通过 阻容滤 波 电
电压差 和频 率差 的存在 将导 致并 网瞬 间并联 点 两侧 出现一 定 的无 功 功率 和 有 功 功率 的交 换 ， 网 电 或发 电机组 都将 会 受 到 一 定 的 冲击 。相 比而 言 ， 相 位差 的存在 会使 发 电 机组 受 到 伤 害 ， 重 时 会 引 发 严
调节 Ｉ 成电平信 号 Ｉ …… ’ …
电湖信 号 一
…
－ Ｉ 离整形 隔
合闸角
调节
测断 ！ ‘ 判 Ｈ 眇输 ！ 。出 。。
图 ２ 原理 框 图
电压 信号 分别送 给调 速控制 电路 和合 闸超前 角调 节
电路 。 ２ ３ 调速 控 制电路 ．
触器 ， 它们 的合 闸时 间 （ 即从 合 闸线 圈 得 电到 主 触
起 ， 出一个 与两者 相位差 成正 比的电压信 号 。该 输
本 自动 同 步器 模块 选 择 了模 拟 电路 控 制 系统 ，
收稿 日期 ： ０ ２０ －３ ２ １－５０
作者 简介 ：张志鹏（ ９３一 ） 男 ， １８ ， 河南巩义人 ， 助理工程师 ， 本科 ， 主要从 事移动 电站研究和电子电路设计。
并 机控 制器 应确保 相 位差 为 “ ” 完成 并 网 ， 零 时 同时 为 了加 速并 网过 程 ， 许一 定 范 围 内的 电压 差 和 频 允
率差 。
发 电机或 电 网的频率 相位信 号 经过采样 变化 及
整形 电路后 ， 变成了两路矩形波信号 ， 其中一路已经 反 向 ， 率相位 信 号合 成 电路 把 两 路 信 号 合成 在 一 频
自动同 步器 的调速控 制 电路是根 据两 路 电的频
率 的相位 差去 控制 柴 油 机 的 电子 调 速器 ， 步 缩 小 逐
两 者 的差 值 ， 最终达 到相位 一致 ， 由运算 放大器 组 它 成 微分 和积 分 电路 构 成 ， 以灵 活地 设 置 调 节 电子 可
调 速器 的灵 敏度 和稳定 度 。
同步检测 输 出 电路 由检 测 同步 电路和输 出继 电
２１ ０２年
第 ２期
移ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
动
电
源
与
车
辆
１ ５
器组 成 。输 出继 电器 选择 Ｄ Ｃ５Ｖ线 圈继 电器 ， 同步
采样 回路 中加 入磁 珠 和 整个 模 块 采 用金 属 外 壳 ， 可 应 对射频 干扰 ； 加入 了相 位补偿 电路 ， 以补偿 由于 可 在输 入 信号端 添加 滤 波 器 引起 的相 位误 差 ， 提高 并 网的可靠 性 和准确性 ； 入合 闸角度 调整 ， 以消除 加 可 因使用 不 同开关所 产 生 的合 闸 时 间差 ， 现 零 冲击 实 合 闸 ； 出继 电器 采 用 金 属 熔 焊 密 封 ， 壳 为 金 属 输 外 壳 ， 圈和触 点都 封装里 面 与外部 实现 了屏蔽 隔离 ， 线 可 以避 免 闭合 和 断开 瞬间所 产生 的 电磁 干扰 进入模 块 内部 ； 印制 电路板 的绘 制过程 中 ， 确摆 放元器 在 正
控 制器 （ 以下简 称 自动 同步器 ） 的研 制 ， 有 十分 重 具
要 的意 义。
自 同步器由信号取样 、 动 相位补偿设定 、 隔离整
形、 相位 角差合 成 电 频信 号 、 制 转 速信 号 输 出 、 控 超 前合 闸角 调整 、 同步相位锁 存判 断 、 同步合 闸输 出控
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第 ２期
移
动
电
源
与
车
辆
１ ３
柴 油 发 电机 组 自动 同步 并 车控 制器 设 计
张志鹏 ， 朱焕科 ， 崔付 军， 聂
（ 郑州金 阳电气有限公司 ， 郑州
摘
静
４０ ０ ） ５０ ６
要 ： 绍了柴油发 电机 组 自动 同步并 车控制器 的工作原理 和电路设计 ， 同步并车 控制器结构简 单 ， 介 该 可靠
［ ］ 童诗 白， 成英． ３ 华 模拟 电子 技术 基础 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 高等
教 育 出 版社 ，０ １ ２０ ．
［ ］ 陈应芳 ． ４ 电源车辆性能 ［ ． Ｍ］ 兰州 ： 甘肃科 学技术 出版
制 等 电路 组成 ， 电路 经 过 有 效组 合 形 成 一个 闭环 各 控 制系统 。 自动 同步器原 理框 图如 图 ２所示 。
１ 工 作 原 理
发 电机 组 与 电网或发 电机组 同步 并联运 行 的理
想条 件是并 联 断路器 两侧 电源 的 四个 状态条 件完 全 相同， 即待 并侧 与系 统侧两侧 电源 的相 序相 同 、 电压
易操作 等 特 点 。 自动 同步器 检 测 机 组 （ 电 网 ） 或 输
和 ２ ４Ｖ铅蓄 电池 的应 用 。另外 该 电路 属 于 线性 稳
压， 电磁干 扰极低 。
３ 抗 干扰 设 计
自动 同步器 采 样 两 台机 组 （ 电 网 ） 的 交 流 或 上 电压信 号 ， 依据 其相 位 差 进 行 同步 处 理 。如 果 因外 界 干扰 无法 正确采 样 交 流 电压 信 号 ， 做 出 错误 判 将