电压调节器设计

基于SG3525的交流发电机电压调节器

刘华吾(030820418)杨驹丰(030820424)

郑智勋(030820426)张超(030820425)陈兴(030820428)

(F5研究小组)

摘要:本论文详细介绍了基于SG3525的交流发电机电压调节器的硬件电路,分析了交流发电机的输出电压如何控制励磁电流的大小.同时本系统具有过压,欠压保护以及过励磁电流保护,具有很好的运行特性.

关键词:电压调节器

A utomatic voltage regulator based on SG3525for synchronous

machines

Abstract:This paper introduces the design of hardware of the automatic voltage regulator system based on SG3525for synchronous machines.Detailed analyses of how the synchronous generator's exciting current is controlled by the voltage regulation system are presented.And the design comes with over-voltage,under-voltage and over-exciting current protection and reliable performance.

Keywords:automatic voltage regulator synchronous machines exciting current

一.总述

图一:交流发电机调压器结构框图

基压

本交流发电机调压器的原理框图见上图.该系统以SG3525芯片为核心,其输出PWM的波的占空比用来来控制功率驱动电路,通过功率主电路进而使电机励磁绕组产生合适的励磁电流去驱动交流发电机.交流发电机的输出电压经电压采样电路反馈到SG3525的1脚,即误差比较器的反相端,当输出电压波动时,误差放大器会放大误差,后续电路将会自动调节其调节输出PWM波的占空比,进而使功率驱动电路输出波形的导通时间改变,从而调节了励磁电流,使交流发电机的输出电压回复为正常值.而当交流发电机输出的电压过高或过低时,过压欠压保护电路接受到反馈电压后,会相应地将过压或欠压保护信号输出给SG3525的10脚,锁定芯片,切断PWM的输出.当信号消除后,SG3525又将恢复工作.

二.输出电压检测

图二:发电机输出电压检测

本调节器的输出电压的检测采用平均电压检测.其电路图如上图.六个二极管整流,运放LM258为射电跟随器,电阻R1=R2=10Ω,限流用.R3和C1是为了考虑到电压输出跟踪励磁电流变化的滞后性而设计的.电容C1的大小决定着射电跟随器跟随输出电压的速度,实际中可以根据实验进行改进,本设计中取470nF.设二极管整流后输出的电压为d U ,

则

()d AB BC CA U U U U π

=

++我们假设发电机要求的输出电压20010%O U V =±,现取变压器变比为20:1,

则当

200203110%14.9d U V π

=

×÷××=时过压保护动作,

当

20032090%12.2d U V π

=

×÷×=时欠压保护动作.正常工作时12.214.9d V U V <<.

.

三.励磁回路f I 调节和励磁电流过流保护

励磁回路要求能够根据交流发电机的输出电压O U 的大小实现励磁电流的调节,同时能够实现过流保护,在控制器出现故障时,自动切断励磁电流,以防励磁回路过热烧坏发电机和引起输出电压的较大波动而影响供电质量.其电路见下图

励磁回路的主电路本质上就是一个BUCK 电路,通过控制功率管GTR Q1的开关的占空比实现调节f I ,二极D1是续流二极管.驱动管Q2,R6,R7,C1构成带加速电容的恒流驱动电路,R3,R4,R5,C2,R8运放U1,U2构成励磁电流过流保护电压采集,U1运放为射电跟随,U2为电压比较器..

图中R1是励磁绕组的内阻,R2精密电流检测电阻,我们取其阻值为0.5Ω,设计的要求是励磁电流()0.2,2f I A A ∈,当功率管GTR Q1完全导通是流过励磁绕组的电流最大,此时

max

1224100.5C f on on

V V

I R R R R ==

++Ω+Ω+,on R 是功率管的开通电阻,通常1on R =Ω,考虑到余量,所以max 2f I A ≈,显然通过控制功率

管GTR Q1的关闭,min 0f I A =.在本调压控制器中,为了加快功率管的开通过程,从而改善调

压器的动态响应特性,图中C1为加速电容,本调节器取1.0uF ,实际设计中可以根据实验结果

图三:励磁回路电路图

进行调整.当驱动管Q2截止时,功率管Q 导通,当Q1截止瞬时,加速电容C1将电阻R7短路,此瞬间流过功率管的基极电流为

6

c be

bm

V U i R −=

在正常导通时流过GTR 的基极电流

67c be c

b V U I I R R β

−=

>

+取2c I A =,5β=,则

67

240.7400b V V

I mA

R R −=

>+取6730R R K ==.

驱动管Q2的额定电压和额定电流,分别取15V 和400mA(集电极电

流),二极管D1和功率Q1的额定工作电压和额定电流分别为30V,4A 和30V,4A(集电极电流).