勵(lì)磁就是向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)子電源的裝置。供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。它一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)組穩(wěn)定極限降低的趨勢(shì)，也促使勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展。

　　DSP是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是值得稱道的兩大特色。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。

　　本文提出采用TI的數(shù)字信號(hào)處理器芯片TMS320LF2812作為控制，將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP+μC/OS-Ⅱ，應(yīng)用于DSP的程序設(shè)計(jì)中，以次級(jí)有源鉗位開關(guān)的零電壓零電流開關(guān)（ZVZCS）DC／DC移相變換全橋電路為主電路，將系統(tǒng)的多個(gè)任務(wù)由DSP+μC/OS-Ⅱ進(jìn)行調(diào)度并行執(zhí)行，完成3種形式勵(lì)磁電流的閉環(huán)控制，為同步機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)嵌入式設(shè)計(jì)提供一個(gè)理想的設(shè)計(jì)方案。

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與一般意義上的操作系統(tǒng)的主要差別就在于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了一種機(jī)制，使得運(yùn)行于其上的應(yīng)用程序都能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求。

　　1 總體結(jié)構(gòu)

　　勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用

　?。?）根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值；

　　（2）控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率分配；

　　（3）提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性；

　　（4）提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性；

　?。?）在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；

　?。?）根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行勵(lì)磁限制及勵(lì)磁限制。

　　勵(lì)磁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如1所示。包括零電壓零電流開關(guān)（ZVZCS）DC/DC移相變換全橋電路、滅磁電路、驅(qū)動(dòng)電路、勵(lì)磁電壓、電流調(diào)理電路、DSP控制電路、鍵盤及顯示電路、跳閘保護(hù)電路等。

　　三相交流電源，是由三個(gè)頻率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流電勢(shì)組成的電源。三相交流電較單相交流電有很多優(yōu)點(diǎn)，它在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面都有明顯的優(yōu)越性。三相交流電源經(jīng)接觸器加到三相整流模塊變?yōu)橹绷?。直流主回路供電加?00 ms的軟啟動(dòng)，以防高的電壓沖擊，Ci為輸入濾波電容，并起到提高功率因數(shù)的作用。主電路軟啟動(dòng)接通后，DSP根據(jù)鍵盤設(shè)定的一種調(diào)節(jié)方式，在接受到起勵(lì)指令后，輸出規(guī)定勵(lì)磁電壓，通過(guò)DSP對(duì)勵(lì)磁參數(shù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的閉環(huán)控制。保護(hù)電路中設(shè)計(jì)輸入過(guò)壓、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)。

　　2 主電路工作原理

　　圖2為ZVZCS變換器的主電路圖，并聯(lián)電容C1，C2和變壓器的漏感Lk一起實(shí)現(xiàn)超前臂開關(guān)管VQ1，VQ2的ZVS。通過(guò)控制有源鉗位開關(guān)VQC來(lái)實(shí)現(xiàn)滯后臂開關(guān)管VQ3，VQ4的ZCS。

　　圖3為ZVZCS變換器的一個(gè)開關(guān)周期的主要工作波形。VQ1和VQ2在C1，C2和Lk作用下實(shí)現(xiàn)ZVS。T1時(shí)刻，變壓器的初級(jí)電壓Vab下降為零，此時(shí)使VQC導(dǎo)通，使鉗位電容上電壓Vcc反射到初級(jí)的Lk上，與因電流減小而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的方向正好相反，因此，使初級(jí)電流ILk迅速減小到零，而且由于串入VD1，VD2使變壓器初級(jí)續(xù)流時(shí)不會(huì)在反方向形成環(huán)流，從而使滯后臂開關(guān)管VQ3，VQ4實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通和關(guān)斷。

　　3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)

　　驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成可通過(guò)DSP的事件管理模塊EVA或EVB產(chǎn)生。PWM信號(hào)4路驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比均設(shè)置為50％；2組橋臂之間有相位差，相位超前的信號(hào)作為超前橋臂信號(hào)，相位滯后的信號(hào)作為滯后橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)，利用超前橋臂和滯后橋臂的相移來(lái)調(diào)節(jié)占空比。設(shè)置定時(shí)器為連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，在定時(shí)器下溢中斷和周期中斷時(shí)分別設(shè)置比較寄存器的值，同時(shí)保證同一個(gè)比較寄存器在定時(shí)器下溢中斷和周期中斷設(shè)置參數(shù)之和等于周期寄存器的值T，這樣就可以使產(chǎn)生的PWM脈沖為50％的占空比。設(shè)系統(tǒng)調(diào)節(jié)所得移相角對(duì)應(yīng)比較寄存器的值為x（整數(shù)），周期寄存器的值為T。設(shè)置其中一個(gè)比較寄存器在下溢中斷時(shí)賦值為0，在周期中斷時(shí)賦值為T；另一個(gè)比較寄存器在下溢中斷時(shí)賦值為x，在周期中斷時(shí)賦值為T-x，如圖4所示。可以看出，個(gè)寄存器的相位相對(duì)超前第二個(gè)寄存器180°x/T。其中一組驅(qū)動(dòng)信號(hào)在計(jì)數(shù)寄存器為0時(shí)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一組驅(qū)動(dòng)信號(hào)在0～T之間相對(duì)移動(dòng)。所對(duì)應(yīng)寄存器的取值范圍較大，移相范圍是0～180°如圖4所示。