混合励磁同步发电机励磁控制装置

1.本发明涉及发电机控制技术领域，尤其是涉及一种混合励磁同步发电机励磁控制装置。


背景技术：

2.发电机励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，正常运行时供给发电机励磁电流，并根据发电机负载的变化做相应调整，以维持发电机端电压稳定在给定水平上，对发电机的运行可靠性、经济性有直接的影响。
3.发电机励磁控制系统一般由励磁功率变换单元和励磁调节器两个主要部分组成。其中励磁功率变换单元是指向同步发电机定子谐波励磁绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的控制装置。
4.相关技术中，现有的励磁功率变换单元存在多种形式，但是存在调节电压范围较窄、体积大、对励磁功率单元的保护措施不完善等问题，难以满足基于双谐波绕组的混合励磁同步发电机的励磁要求。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种混合励磁同步发电机励磁控制装置。
6.根据本发明第一方面实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，其中包括：整流电路、rc缓冲电路、基于全桥结构的dc/dc拓扑电路、采样电路、过流保护电路、mcu控制电路；外部的混合励磁同步发电机输出的交流电经过整流电路整流，rc缓冲电路缓冲后输送到基于全桥结构的dc/dc拓扑电路；所述采样电路的输入端连接在混合励磁同步发电机的检测点处，输出端连接mcu控制电路检测端口；所述过流保护电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，输出端连接mcu控制电路检测端口；mcu控制电路结合采样电路采集的电信号和过流保护电路的保护信号，输出全桥驱动信号；基于全桥结构的dc/dc拓扑电路经全桥驱动信号驱动后，输出励磁电流，加到混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，其中所述mcu控制电路输入端口用于检测系统电信号和保护信号，输出端口输出驱动信号；所述驱动信号主要用于驱动移相全桥；所述保护信号用于锁定驱动信号，避免系统故障。
7.根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，通过过流保护电路中电流传感器u3的输出端通过电阻rf1接地，所述电阻rf1两端电压经运算放大电路和电压跟随电路调制后，接入比较运算放大器u2的反向输入端。所述比较运算放大器u2同相输入端接入设定电压值，当反向输入端电压高于同向输入端，输出电流保护信号后，mcu控制电路相应端口触发中断响应，强制关闭全桥驱动信号，且强制为低电平。通过关断全桥四个开关管可以实现系统停机，达到过流保护的目的。在本发明实施例中通过设定系统保护电流值，当
流经定子谐波绕组回路中的电流超出设定值时，无论控制信号是否有输出，强制将所有驱动信号拉低。
8.根据本发明的一些实施例，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路包括：全桥电路、电感lr、变压器t1、全波整流电路和lc滤波电路；所述全桥电路输入端与rc缓冲电路连接，所述全桥电路输出端连接电感lr后与变压器t1一次侧相连，所述变压器t1二次侧连接所述全波整流电路，所述全波整流电路连接所述lc滤波电路后接入混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路将整流电路整流后的直流电变换为混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组所需的励磁电流。
9.根据本发明的一些实施例，所述过流保护电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和比较电路；所述电流信号采集电路包括电流传感器u3、电阻rf1、电容ca7；其中，电阻rf1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca7并联在电阻rf1两端；所述运算放大电路包括运算放大器u1a、电阻ra1、电阻ra3、电阻ra5、电阻ra6；其中，电阻ra3一端连接运算放大器u1a的同相输入端和电阻ra1，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra1一端连接运算放大器u1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra6一端连接运算放大器u1a的反相输入端和电阻ra5，另一端连接模拟地；电阻ra5一端连接运算放大器u1a的反相输入端，另一端连接运算放大器u1a的输出端；所述rc滤波电路包括电阻ra4、电容ca4；其中，电阻ra4一端连接在运算放大器u1a的输出端，另一端连接电容ca4；电容ca4的另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器u1b；运算放大器u1b的同相输入端连接电容ca4，反向输入端与输出端直接相连；所述比较电路包含比较运算放大器u2、电阻ra7、电阻ra8、电阻ra9、电阻ra10、电容ca10、电容ca11、电容ca12；其中，电阻ra8一端连接3.3v电源，另一端连接电阻ra10和比较运算放大器u2的同相输入端；电阻ra10另一端连接模拟地；电容ca10和电容ca11并联在电阻ra10两端；电阻ra9一端连接运算放大器u1b的输出端，另一端连接比较运算放大器u2的反相输入端和电容ca12；电容ca12另一端连接模拟地；电阻ra7一端连接3.3v电源，另一端连接比较运算放大器u2的输出端；所述比较运算放大器u2的反向输入端电压高于同向输入端，输出端输出过流保护信号，所述过流保护电路用于限制混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组最大电流，防止损坏电机混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组。
10.根据本发明的一些实施例，所述采样电路包括电流采样电路，所述电流采样电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，所述电流采样电路采集混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组的电流信号；所述电流采样电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和保护电路；所述电流信号采集电路包括电流传感器u5、电阻rn1和电容ca27；其中，电阻rn1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca27并联在电阻rn1两端；所述运算放大电路包括运算放大器ua2a、电阻ra19、电阻ra22、电阻ra24和电阻ra25；其中，电阻ra22一端连接运算放大器ua2a的同相输入端和电阻ra19，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra19一端连接运算放大器ua2a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra24一端连接运算放大器ua2a的反相输入端和电阻ra25，另一端连接模拟地；电阻
ra25一端连接运算放大器ua2a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua2a的输出端；所述rc滤波电路包括电阻ra21和电容ca28；其中，电阻ra21一端连接在运算放大器ua2a的输出端，另一端连接电容ca28；电容ca28的另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器ua2b；运算放大器ua2b的同相输入端连接电容ca28，反向输入端与输出端直接相连；所述保护电路包括电阻ra23、二极管da2和电容ca29；其中，电阻da2一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra23；电阻ra23另一端连接运算放大器ua2b的输出端；电容ca29一端连接模拟地,另一端连接二极管da2，并输出电流采集信号。
11.根据本发明的一些实施例，所述全桥电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4；其中，开关管q1～q4构成全桥电路，二极管d1和电容c1并联在开关管q1集电极和发射极两端；二极管d2和电容c2并联在开关管q2集电极和发射极两端；二极管d3和电容c3并联在开关管q3集电极和发射极两端；二极管d4和电容c4并联在开关管q4集电极和发射极两端。
12.根据本发明的一些实施例，所述全波整流电路包括电力二极管d5、电力二极管d6、电阻r2、电阻r3、电容c5、电容c6；其中电阻r2与电容c5串联后，并在电力二极管d5两端；其中电阻r3与电容c6串联后，并在电力二极管d6两端；所述lc滤波电路包括第二电感lf、电容cf；其中，第二电感lf一端连接全波整流电路，另一端连接电容cf和混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；电容cf并联在混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组两端。
13.根据本发明的一些实施例，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路构成全桥电路中的四个开关管q1～q4驱动信号由mcu控制电路输出，通过控制全桥电路两桥臂之间的移相角，调节励磁电流的大小。
14.根据本发明的一些实施例，所述rc缓冲电路在励磁控制装置启动工作时，起缓冲作用；所述rc缓冲电路在励磁控制装置稳定工作时，闭合开关s，中断缓冲作用；所述rc缓冲电路包括电阻r1、电容c0、开关s；r1的一端连接在整流电路上，一端连接在电容c0上；开关s并联在r1两端；电容c0一端连接在r1上，另一端接地。
15.根据本发明第二方面实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，所述采样电路包括电压采样电路，所述电压采样电路的输入端连接发电机电枢a相绕组，用于采集发电机电枢绕组的相电压信号；所述电压采样电路输出端连接mcu控制电路检测端口；所述电压采样电路包含电压信号采集电路、运算放大电路、电压抬升电路、电压跟随电路和保护电路；所述电压信号采集电路包括电压传感器u4、电阻r01、电阻rm1和电容ca8；其中，电阻r01一端连接发电机电枢a相绕组，一端连接电压传感器u4的输入端；电压传感器u4的另一输入端连接发电机电枢中心线n线；电阻rm1一端连接电压传感器u4信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca8并联在电阻rm1两端；所述运算放大电路包括运算放大器ua1a、电阻ra11、电阻ra15、电阻ra17和电阻ra18；其中，电阻ra15一端连接运算放大器ua1a的同相输入端和电阻ra11，另一端连接电压传感器u4信号输出端口；电阻ra11一端连接运算放大器ua1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra17一端连接运算放大器ua1a的反相输入端和电阻ra18，另一端连接模拟地；电阻ra18一端连接运算放大器ua1a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua1a的输出端；所述电压抬升电路包括电阻ra13、电阻ra14和电容ca19；其中，电阻ra13一端连接
3v标准电压,另一端连接电阻ra14和电容ca19；电阻ra14另一端连接运算放大器ua1a的输出端；电容ca19另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器ua1b；运算放大器ua1b的同相输入端连接电容ca19，反向输入端与输出端直接相连；所述保护电路包括电阻ra16、二极管da1和电容ca20；其中，电阻da1一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra16；电阻ra16另一端连接运算放大器ua1b的输出端；电容ca20一端连接模拟地,另一端连接二极管da1，并输出电压采集信号。
16.根据本发明第三方面实施例的电机，包括上述的励磁输出控制装置对电机的励磁输出电流进行控制。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置的主电路图；图2是根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置的定子谐波励磁绕组过流保护电路图；图3是根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置的电压采集电路图；图4是根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置的定子谐波绕组励磁电流采集电路图。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
21.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中术语“第一”、“第二”、“第三”等是区别于不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元，或者可选地，还包括没有列出的步骤或单元，或者可选地还包括这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作（或步骤）描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
25.在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”、“单元”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，单元可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些单元可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。单元可例如根据具有一个或多个数据分组（例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一单元交互的第二单元数据。例如，通过信号与其它系统交互的互联网）的信号通过本地和/或远程进程来通信。
26.实施例1本实施例提供一种基于双谐波绕组的混合励磁同步发电机的励磁控制装置，其中包括：整流电路、rc缓冲电路、基于全桥结构的dc/dc拓扑电路、采样电路、过流保护电路、mcu控制电路；外部的混合励磁同步发电机输出的交流电经过整流电路整流，rc缓冲电路缓冲后输送到基于全桥结构的dc/dc拓扑电路（如图1所示）；所述采样电路的输入端连接在混合励磁同步发电机的相应检测点处，输出端连接mcu控制电路检测端口；所述过流保护电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，输出端连接mcu控制电路检测端口；mcu控制电路结合采样电路采集的电信号和过流保护电路的保护信号，输出全桥驱动信号；基于全桥结构的dc/dc拓扑电路经全桥驱动信号驱动后，输出励磁电流，加到混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，其中所述mcu控制电路输入端口用于检测系统电信号和保护信号，输出端口输出驱动信号；所述驱动信号主要用于驱动移相全桥；所述保护信号用于锁定驱动信号，避免系统故障。
27.根据本发明实施例的混合励磁同步发电机励磁控制装置，通过过流保护电路中电流传感器u3的输出端通过电阻rf1接地，所述电阻rf1两端电压经运算放大电路和电压跟随电路调制后，接入比较运算放大器u2的反向输入端。所述比较运算放大器u2同相输入端接入设定电压值，当反向输入端电压高于同向输入端，输出电流保护信号后，mcu控制电路相应端口触发中断响应，强制关闭全桥驱动信号，且强制为低电平。通过关断全桥四个开关管可以实现系统停机，达到过流保护的目的。在本发明实施例中通过设定系统保护电流值，当流经定子谐波绕组回路中的电流超出设定值时，无论控制信号是否有输出，强制将所有驱动信号拉低。
28.具体地，所述rc缓冲电路在励磁控制装置启动工作时，起缓冲作用；所述rc缓冲电路在励磁控制装置稳定工作时，闭合开关s，中断缓冲作用；所述rc缓冲电路包括电阻r1、电容c0、开关s；r1的一端连接在整流电路上，一端连接在电容c0上；开关s并联在r1两端；电容c0一端连接在r1上，另一端接地。
29.具体地，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路包括：全桥电路、电感lr、变压器t1、
全波整流电路和lc滤波电路；所述全桥电路输入端与rc缓冲电路连接，所述全桥电路输出端连接电感lr后与变压器t1一次侧相连，所述变压器t1二次侧连接所述全波整流电路，所述全波整流电路连接所述lc滤波电路后接入混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路将整流电路整流后的直流电变换为混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组所需的励磁电流。具体地，所述全桥电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4；其中，开关管q1～q4构成全桥电路，二极管d1和电容c1并联在开关管q1集电极和发射极两端；二极管d2和电容c2并联在开关管q2集电极和发射极两端；二极管d3和电容c3并联在开关管q3集电极和发射极两端；二极管d4和电容c4并联在开关管q4集电极和发射极两端。所述全波整流电路包括电力二极管d5、电力二极管d6、电阻r2、电阻r3、电容c5、电容c6；其中电阻r2与电容c5串联后，并在电力二极管d5两端；其中电阻r3与电容c6串联后，并在电力二极管d6两端；所述lc滤波电路包括第二电感lf、电容cf；其中，第二电感lf一端连接全波整流电路，另一端连接电容cf和混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；电容cf并联在混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组两端。所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路构成全桥电路中的四个开关管q1～q4驱动信号由mcu控制电路输出，通过控制全桥电路两桥臂之间的移相角，调节励磁电流的大小。
30.如图2所示，具体地，所述过流保护电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和比较电路；所述电流信号采集电路包括电流传感器u3、电阻rf1、电容ca7；其中，电阻rf1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca7并联在电阻rf1两端；所述运算放大电路包括运算放大器u1a、电阻ra1、电阻ra3、电阻ra5、电阻ra6；其中，电阻ra3一端连接运算放大器u1a的同相输入端和电阻ra1，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra1一端连接运算放大器u1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra6一端连接运算放大器u1a的反相输入端和电阻ra5，另一端连接模拟地；电阻ra5一端连接运算放大器u1a的反相输入端，另一端连接运算放大器u1a的输出端；所述rc滤波电路包括电阻ra4、电容ca4；其中，电阻ra4一端连接在运算放大器u1a的输出端，另一端连接电容ca4；电容ca4的另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器u1b；运算放大器u1b的同相输入端连接电容ca4，反向输入端与输出端直接相连；所述比较电路包含比较运算放大器u2、电阻ra7、电阻ra8、电阻ra9、电阻ra10、电容ca10、电容ca11、电容ca12；其中，电阻ra8一端连接3.3v电源，另一端连接电阻ra10和比较运算放大器u2的同相输入端；电阻ra10另一端连接模拟地；电容ca10和电容ca11并联在电阻ra10两端；电阻ra9一端连接运算放大器u1b的输出端，另一端连接比较运算放大器u2的反相输入端和电容ca12；电容ca12另一端连接模拟地；电阻ra7一端连接3.3v电源，另一端连接比较运算放大器u2的输出端；所述比较运算放大器u2的反向输入端电压高于同向输入端，输出端输出过流保护信号，所述过流保护电路用于限制混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组最大电流，防止损坏电机混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组。
31.如图4所示，具体地，所述采样电路包括电流采样电路，所述电流采样电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，用于采集混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组的电流信号；所述电流采样电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和保护电路；所述电流信号采集电路包括电流传感器u5、电阻rn1和电容
ca27；其中，电阻rn1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca27并联在电阻rn1两端；所述运算放大电路包括运算放大器ua2a、电阻ra19、电阻ra22、电阻ra24和电阻ra25；其中，电阻ra22一端连接运算放大器ua2a的同相输入端和电阻ra19，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra19一端连接运算放大器ua2a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra24一端连接运算放大器ua2a的反相输入端和电阻ra25，另一端连接模拟地；电阻ra25一端连接运算放大器ua2a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua2a的输出端；所述rc滤波电路包括电阻ra21和电容ca28；其中，电阻ra21一端连接在运算放大器ua2a的输出端，另一端连接电容ca28；电容ca28的另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器ua2b；运算放大器ua2b的同相输入端连接电容ca28，反向输入端与输出端直接相连；所述保护电路包括电阻ra23、二极管da2和电容ca29；其中，电阻da2一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra23；电阻ra23另一端连接运算放大器ua2b的输出端；电容ca29一端连接模拟地,另一端连接二极管da2，并输出电流采集信号。
32.实施例2如图3所示，本实施例提供一种基于双谐波绕组的混合励磁同步发电机励磁控制装置，所述采样电路还包括电压采样电路，所述电压采样电路的输入端连接发电机电枢a相绕组，用于采集发电机电枢绕组的相电压信号；所述电压采样电路输出端连接mcu控制电路检测端口；所述电压采样电路包含电压信号采集电路、运算放大电路、电压抬升电路、电压跟随电路和保护电路；所述电压信号采集电路包括电压传感器u4、电阻r01、电阻rm1和电容ca8；其中，电阻r01一端连接发电机电枢a相绕组，一端连接电压传感器u4的输入端；电压传感器u4的另一输入端连接发电机电枢中心线n线；电阻rm1一端连接电压传感器u4信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca8并联在电阻rm1两端；所述运算放大电路包括运算放大器ua1a、电阻ra11、电阻ra15、电阻ra17和电阻ra18；其中，电阻ra15一端连接运算放大器ua1a的同相输入端和电阻ra11，另一端连接电压传感器u4信号输出端口；电阻ra11一端连接运算放大器ua1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra17一端连接运算放大器ua1a的反相输入端和电阻ra18，另一端连接模拟地；电阻ra18一端连接运算放大器ua1a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua1a的输出端；所述电压抬升电路包括电阻ra13、电阻ra14和电容ca19；其中，电阻ra13一端连接3v标准电压,另一端连接电阻ra14和电容ca19；电阻ra14另一端连接运算放大器ua1a的输出端；电容ca19另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器ua1b；运算放大器ua1b的同相输入端连接电容ca19，反向输入端与输出端直接相连；所述保护电路包括电阻ra16、二极管da1和电容ca20；其中，电阻da1一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra16；电阻ra16另一端连接运算放大器ua1b的输出端；电容ca20一端连接模拟地,另一端连接二极管da1，并输出电压采集信号。
33.实施例3根据本发明第三方面实施例的电机，包括上述的励磁输出控制装置对电机的励磁输出电流进行控制。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
36.显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，包括整流电路、rc缓冲电路、基于全桥结构的dc/dc拓扑电路、采样电路、过流保护电路、mcu控制电路；外部的混合励磁同步发电机输出的交流电经过整流电路整流，rc缓冲电路缓冲后输送到基于全桥结构的dc/dc拓扑电路；所述采样电路的输入端连接在混合励磁同步发电机的检测点处，输出端连接mcu控制电路检测端口；所述过流保护电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，输出端连接mcu控制电路检测端口；mcu控制电路结合采样电路采集的电信号和过流保护电路的保护信号，输出全桥驱动信号；基于全桥结构的dc/dc拓扑电路经全桥驱动信号驱动后，输出励磁电流，加到混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组。2.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路包括：全桥电路、电感lr、变压器t1、全波整流电路和lc滤波电路；所述全桥电路输入端与rc缓冲电路连接，所述全桥电路输出端连接电感lr后与变压器t1一次侧相连，所述变压器t1二次侧连接所述全波整流电路，所述全波整流电路连接所述lc滤波电路后接入混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组。3.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述过流保护电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和比较电路；所述电流信号采集电路包括电流传感器u3、电阻rf1、电容ca7；其中，电阻rf1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca7并联在电阻rf1两端；所述运算放大电路包括运算放大器u1a、电阻ra1、电阻ra3、电阻ra5、电阻ra6；其中，电阻ra3一端连接运算放大器u1a的同相输入端和电阻ra1，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra1一端连接运算放大器u1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra6一端连接运算放大器u1a的反相输入端和电阻ra5，另一端连接模拟地；电阻ra5一端连接运算放大器u1a的反相输入端，另一端连接运算放大器u1a的输出端；所述rc滤波电路包括电阻ra4、电容ca4；其中，电阻ra4一端连接在运算放大器u1a的输出端，另一端连接电容ca4；电容ca4的另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器u1b；运算放大器u1b的同相输入端连接电容ca4，反向输入端与输出端直接相连；所述比较电路包含比较运算放大器u2、电阻ra7、电阻ra8、电阻ra9、电阻ra10、电容ca10、电容ca11、电容ca12；其中，电阻ra8一端连接3.3v电源，另一端连接电阻ra10和比较运算放大器u2的同相输入端；电阻ra10另一端连接模拟地；电容ca10和电容ca11并联在电阻ra10两端；电阻ra9一端连接运算放大器u1b的输出端，另一端连接比较运算放大器u2的反相输入端和电容ca12；电容ca12另一端连接模拟地；电阻ra7一端连接3.3v电源，另一端连接比较运算放大器u2的输出端；所述比较运算放大器u2的反向输入端电压高于同向输入端时，输出端输出过流保护信号。4.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述采样电路包括电压采样电路，所述电压采样电路的输入端连接混合励磁同步发电机电枢a相绕组，所述电压采样电路输出端连接mcu控制电路检测端口；所述电压采样电路包含电压信号采集电路、运算放大电路、电压抬升电路、电压跟随电路和保护电路；所述电压信号采集电路包括电压传感器u4、电阻r01、电阻rm1和电容ca8；其中，电阻
r01一端连接发电机电枢a相绕组，一端连接电压传感器u4的输入端；电压传感器u4的另一输入端连接发电机电枢中心线n线；电阻rm1一端连接电压传感器u4信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca8并联在电阻rm1两端；所述运算放大电路包括运算放大器ua1a、电阻ra11、电阻ra15、电阻ra17和电阻ra18；其中，电阻ra15一端连接运算放大器ua1a的同相输入端和电阻ra11，另一端连接电压传感器u4信号输出端口；电阻ra11一端连接运算放大器ua1a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra17一端连接运算放大器ua1a的反相输入端和电阻ra18，另一端连接模拟地；电阻ra18一端连接运算放大器ua1a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua1a的输出端；所述电压抬升电路包括电阻ra13、电阻ra14和电容ca19；其中，电阻ra13一端连接3v标准电压,另一端连接电阻ra14和电容ca19；电阻ra14另一端连接运算放大器ua1a的输出端；电容ca19另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器ua1b；运算放大器ua1b的同相输入端连接电容ca19，反向输入端与输出端直接相连；所述保护电路包括电阻ra16、二极管da1和电容ca20；其中，电阻da1一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra16；电阻ra16另一端连接运算放大器ua1b的输出端；电容ca20一端连接模拟地,另一端连接二极管da1，并输出电压采集信号。5.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述采样电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路的输入端连接混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组，所述电流采样电路包含电流信号采集电路、运算放大电路、rc滤波电路、电压跟随电路和保护电路；所述电流信号采集电路包括电流传感器u5、电阻rn1和电容ca27；其中，电阻rn1一端连接电流传感器信号输出端口，一端连接模拟地，电容ca27并联在电阻rn1两端；所述运算放大电路包括运算放大器ua2a、电阻ra19、电阻ra22、电阻ra24和电阻ra25；其中，电阻ra22一端连接运算放大器ua2a的同相输入端和电阻ra19，另一端连接电流传感器信号输出端口；电阻ra19一端连接运算放大器ua2a的同相输入端，另一端连接模拟地；电阻ra24一端连接运算放大器ua2a的反相输入端和电阻ra25，另一端连接模拟地；电阻ra25一端连接运算放大器ua2a的反相输入端，另一端连接运算放大器ua2a的输出端；所述rc滤波电路包括电阻ra21和电容ca28；其中，电阻ra21一端连接在运算放大器ua2a的输出端，另一端连接电容ca28；电容ca28的另一端连接模拟地；所述电压跟随电路包含运算放大器ua2b；运算放大器ua2b的同相输入端连接电容ca28，反向输入端与输出端直接相连；所述保护电路包括电阻ra23、二极管da2和电容ca29；其中，电阻da2一端连接3.3v电源,另一端连接电阻ra23；电阻ra23另一端连接运算放大器ua2b的输出端；电容ca29一端连接模拟地,另一端连接二极管da2，并输出电流采集信号。6.根据权利要求2所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述全桥电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4；其中，开关管q1～q4构成全桥电路，二极管d1和电容c1并联在开关管q1集电极和发射极两端；二极管d2和电容c2并联在开关管q2集电极和发射极两端；二极管d3和电容c3并联在开关管q3集电极和发射极两端；二极管d4和电容c4并联
在开关管q4集电极和发射极两端。7.根据权利要求2所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述全波整流电路包括电力二极管d5、电力二极管d6、电阻r2、电阻r3、电容c5、电容c6；其中电阻r2与电容c5串联后，并在电力二极管d5两端；其中电阻r3与电容c6串联后，并在电力二极管d6两端；所述lc滤波电路包括第二电感lf、电容cf；其中，第二电感lf一端连接全波整流电路，另一端连接电容cf和混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组；电容cf并联在混合励磁同步发电机定子谐波励磁绕组两端。8.根据权利要求2所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述基于全桥结构的dc/dc拓扑电路构成全桥电路中的四个开关管q1～q4驱动信号由mcu控制电路输出，通过控制全桥电路两桥臂之间的移相角，调节励磁电流的大小。9.根据权利要求1所述的一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其特征在于，所述rc缓冲电路包括电阻r1、电容c0和开关s；r1的一端连接在整流电路上，一端连接在电容c0上；开关s并联在r1两端；电容c0一端连接在r1上，另一端接地。10.一种电机，其特征在于，所述电机包括：如权利要求1至9任一项所述的励磁输出控制装置。

技术总结
本发明涉及发电机控制技术领域，具体是一种混合励磁同步发电机励磁控制装置，其中包括整流电路、RC缓冲电路、基于全桥结构的DC/DC拓扑电路、采样电路、过流保护电路以及MCU控制电路。同步发电机输出的交流电经过整流电路整流后输出到RC缓冲电路，经缓冲电路后输送到基于全桥结构的DC/DC拓扑电路，经变换后输出励磁电流，加到发电机定子谐波励磁绕组中。通过过流保护电路限制定子谐波励磁绕组最大电流，防止损坏电机定子谐波励磁绕组。当过流保护电路中的比较器的反向输入端电压高于同向输入端时，输出电流保护信号后，MCU控制电路相应端口触发中断响应，强制关闭全桥驱动信号，通过关断四个开关管实现系统停机，达到过流保护的目的。的。的。


技术研发人员：夏永洪 郭浩然 章炳清 周童 王名名 简缵道 张景明
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/9/23