发电机控制系统交流电压检测技术分析

丁洪兵

摘  要：当发电机系统出现故障时，维修人员需要大量时间检查故障出现的原因。其中发电机控制系统整体结构复杂，需要测量监控大量参数，因而控制系统的检修更为复杂。文章介绍了某型船用发电机控制系统综合检测装置的构成，并详细阐述了装置中交流电压幅值与频率的检测原理。实际测试表明，所设计的综合检测装置能够满足实际需要。

关键词：发电机;幅值测量;频率测量

中图分类号：TM744 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）16-0143-02

Abstract： When the generator system fails， the maintenance personnel need a lot of time to check the cause of the failure. The overall structure of the generator control system is complex， and a large number of parameters need to be measured and monitored， so the maintenance of the control system is more complex. This paper introduces the composition of a comprehensive detection device for a marine generator control system， and expounds the detection principle of AC voltage amplitude and frequency in the device. The practical test shows that the designed comprehensive detection device can meet the practical needs.

Keywords： generator; amplitude detection; frequency detection

1 概述

作為运输、交通、生产的常用交通工具，水面船舶中存在各类用途的电气设备。其中，发电机主要用于向船用蓄电池充电，并向船舶主推进电机供电。作为船舶动力源，发电机及其控制系统对于保障船舶的正常航行起着至关重要的作用[1]。

如图1所示，某型船只发电机控制系统主要由逻辑控制器和自动励磁调节器组成。逻辑控制以接触器、继电器为主要逻辑控制器件，并包含一些传感器、控制保护部件等;自动励磁调节器由可控硅励磁变换器和励磁变换器调节组件构成，其中，可控硅励磁变换器为谐振式可控硅斩波电路，由主可控硅导通电路、可控硅主关断电路、可控硅辅助关断电路、充电电路及保护电路等基本环节组成，非线性开关器件、谐振器件数量多，技术结构复杂。励磁变换器调节组件作为发电机控制系统的核心，存在7种类型的调节组件，系统结构组成多、控制结构复杂、故障种类繁多、判断难度大。随着设备使用时间的增加，发电机控制系统故障频发，依靠人工检测、经验判断，通常难以及时准确地排除故障、快速抢修，因此，需要研制一种发电机控制系统综合检测装置，实现对控制系统励磁变换器调节组件的7型调节组件故障诊断，以提高设备维修人员的抢修排险能力。

本文主要介绍了发电机控制系统综合检测装置的组成，并对交流电压的幅值及频率参数检测原理进行了详细阐述，对所设计的检测方法进行了实物电路设计，实现了维修工程师对发电机控制系统组件的实时监控。

2 综合检测装置

2.1 综合检测装置构成

发电机控制系统中主要存在8个组件，通过充分分析发电机控制系统的参数影响规律和组件端口特性，将8个组件分为7种类型，制作了7块测量电路板进行参数检测。如图2所示，综合检测装置的7块测量板分别为逆变板、直流电压板、电流传感器板、电压传感器板、触发板、调节板1、调节板2。发电机控制系统某组件中存在高幅值、高频率的交流电压，需要合理设计测量电路以实现对此交流电压的精确测量，保证组件参数能够实时被维修工程师获得。

2.2 电压幅值检测

如图3所示为电压幅值的检测原理图，待测电压为交流电压，首先经过不控整流桥转变为直流电压，直流电压经由分压电阻、RC滤波电路和稳压二极管输入ISO124精密隔离放大器，ISO124输出的低压直流信号经过滤波电路送至单片机进行采样[2]，低压直流信号幅值被单片机获得后，首先将隔离放大器内部计算获得待测的电压幅值，并送至上位机操作系统显示。

ISO124隔离放大器易于使用，无需复杂的外围电路即可运行，且信号带宽范围大。同时，其隔离层特点不但不会影响信号完整性，而且为隔离层提供出色的可靠性和优秀的高频瞬变抗扰性。

2.3 交流电压频率检测

发电机控制系统中的交流电常由直流电通过逆变获得，多为高频率的方波电压。交流电压的频率检测原理如图4所示，待测量的信号为正半周与负半周均为方波的交流电压，通过限流电阻和反并联二极管滤去负半周，仅剩下正半周方波信号，而信号整体的频率不变，此处限流电阻能够降低待测信号的电流值，防止过大电流对光耦隔离芯片造成损坏。正半波信号再通过光耦隔离以及RC滤波获得5V的低压待测信号，该信号与光耦隔离前的信号相比，幅值降低，频率不变。通过双频反向施密特触发器74LVC2G14GW后[3]，输出的信号在单片机引脚可承受范围内，利用单片机定时器捕获施密特触发器输出的信号，通过计算两次信号之间的时间差，获得方波电压的频率，再上传至上位机[4]。

3 结束语

通过分析发电机控制系统所需测量参数以及相应的参数类型后，项目组设计制作了测量电路板并编写了相应的单片机及上位机软件程序。其中文中所阐述的交流电压的幅值与频率检测界面如图5所示，综合检测装置实物如图6所示。实际检测实验证明，综合检测装置可满足发电机控制组件的参数检测需求。

参考文献：

[1]董治红.远程发电机监控系统研制[J].内燃机与配件，2019（14）：85-87.

[2]张红勇，方军.ISO124P器件为核心的隔离电路设计浅析[J].机电工程技术，2013，42（09）：103-106.

[3]方翔，朱根.基于施密特触发器的温度报警电路设计[J].福建电脑，2016，32（01）：125-126.

[4]沈媛萍.基于Proteus和单片机的电力系统频率测量[J].青海大学学报（自然科学版），2012，30（06）：34-37.