汽油發電機組控制電路數字化設計方案

摘要：基于對某型汽油發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行改進的設計方案。實驗表明，該方案實現了對機組的控制與保護功能，優化了設計、滿足了技術指標要求。
關鍵詞：發電機組；控制電路；數字電路；MCU

汽油發電機組是某型雷達的配套設備。發電機組控制保護電路采用模擬電路實現，保護電路基準采用電位器調整設置，由于機組工作時的強烈振動易使電位器調定位置改變，引起保護電路的基準發生變化，使機組不能正常工作。
現代電子產品中越來越多地采用數字電路和計算機程序控制。數字電路的優點是抗干擾能力強、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，針對某型汽油發電機組在使用中發現的問題，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行改進設計。

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

1．2 控制保護過程分析
(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，控制比較器輸出脈沖將變寬或變窄，發電機勵磁繞組導通時間隨之變化，發電機輸出電壓也將按比例上升或下降，直至到達穩定狀態。
(2)輸出電壓穩定。
發電機輸出電壓，經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有負載變化引起輸出電壓變化時，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間固定，輸出電壓處于一個穩定值。
再如圖2所示，當發電機輸出電壓發生變化時，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。
發電機輸出電壓與輸出電流，經電壓互感器和電流互感器取樣后接入到保護比較器。當發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，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效，勵磁繞組導通控制功率管無輸入激勵信號也處于截止狀態，使勵磁繞組無勵磁電流，發電機停止輸出。
1．3 自動控制原理分析
綜上所述，某型汽油發電機組控制保護電路，是一個典型的一階閉環自動控制系統。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，所以是一個基于擾動補償的一階復合閉環自動控制系統。發電機組控制保護電路自動控制原理框圖，如圖3所示。

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