油机发电机在野外无电网的场合及重要部门得到广泛应用。励磁调节器是发电机重要组成部分，它对保证供电质量具有很关键的作用。目前，由于成本等因素，国内大多数励磁调节器仍采用模拟调节，有的甚至采用手动调节方式。

　　随着微电子技术的发展，数控技术的不断完善，数字技术将逐步取代模拟系统。在模拟系统中，存在参数稳定性差，如运放温度漂移、零点漂移，电阻及电容参数随温度变化大，具有较多的不确定因素，因此模拟系统中控制精度难于保证，且抗干扰能力差，生产工艺一致性差。而数控技术采用高低两种电平，抗干扰能力强，控制方法可实现按系统规律设计的智能型控制策略，如自适应控制、变参数PID调节、模糊控制等，并具有逻辑判断、算术运算等智能化功能。随着微机的发展，成本逐年下降，价格上完全可以与模拟系统竞争，而功能优于模拟系统。

　　本文设计的数字化励磁调节器AVR采用数控技术，以单片机CPU为核心，励磁电流采用PWM脉宽调制，具有超速、低速及过励报警等功能。

　　2硬件工作原理工作原理如所示。本AVR组成部分有：发电机端电压检测单元，偏差检测单元，故障检测单元， CPU逻辑运算单元，报警单元，功率驱动单元及功率单元。

　　端电压检测单元是将电机端电压按比例减少，再经桥式整流后，得到具有波动的整流波形，该信号分别送至偏差检测单元和故障检测单元。送给偏差检测单元的信号经滤波后变为平直的直流量，该直流量与给定值合成，产生具有一定宽度的矩形波，该宽度反映给定值与实际值的偏差，偏差大时时间宽度大，偏差小时时间宽度小。所给偏差的时间宽度送至CPU ，供CPU测量。端电压检测单元的另一信号经电容C后，隔离直流量，交流量经整流后，产生一定宽度的脉冲波，该脉冲周期反映电机转速。同步发电机频率与电机转速严格保持一致， f = np / 60，由于信号来自发电机端电压三相全波整流，整流后的脉动波频率为电机电流输出频率的6倍，因此脉冲周期T = 60/ （ np6）。其中n为电机转速； p为电机极对数。可见，通过CPU对脉冲周期的测量，就可知电机转速是否超速和低速，另外，当电机端电压不对称运行时，脉冲周期会变得忽长忽短，由此可判别出是否不对称运行。此外，单相短路及两相短路也会引起脉冲周期的变化。由以上分析可见，该脉冲可用于故障检测。

　　CPU是本AVR的核心，它对电压偏差进行计时测量，并将所得的偏差量进行PID计算，计算结果用于调节励磁电流脉宽的占空比，从而保持端电压稳定在给定值上，实现电压闭环控制。用于励磁电流调节的脉宽调制频率直接由CPU产生，为300Hz.CPU还对高速、低速及严重不对称运行进行报警，也对单相短路及两相短路进行报警，此外强励时亦报警，强励时，为了励磁绕组不过热，对强励时间限时，时间到时，减少励磁电流。报警时，CPU还使报警灯以1Hz的频率闪烁。报警单元是将CPU产生的报警信号进行放大，驱动报警灯。

　　脉宽调制驱动单元是将CPU产生的具有一定占空比的PWM进行驱动和放大，以供功率管用。功率单元是用于调节励磁电流。功率元件与励磁绕组串联，通过调节功率管按一定占空比的通断，便可调节励磁电流。功率管采用电压型驱动，以利于减少驱动功率。为了发电机顺利自励建压，功率管联一个电阻，该电阻还有利于减少功率管的电流，对功率管具有一定的保护作用。

　　3非正常检测如果油机发电机长期运行在非正常情况下，如低速、高速、负载严重不对称、单相短路、两相短路，容易引起电机损坏，以及负载供电不正常。因此需对非正常情况进行检测和报警。

　　电机在低速时，发电机频率较低，由于电机端电压基本与频率和磁通的乘积成正比，若电压保持不变，频率低则磁通大，电机进入饱和区，需要很大的励磁电流才能满足磁通的要求，使转子发热，效率降低。此外，频率低对所带的感性负载也不利。而电机高速时，则对机械部分产生不利。电机在不对称情况下，由于存在负序分量和零序分量，使得电机损耗增加，效率降低。端电压经降压全桥整流后，整流的波动波形可反映电机的一些异常情况。

　　是应用PSPICE对电机正常时、不对称、单相短路的相电压、整流及检测的仿真波形。由此可见，微机通过检测这些波形的频率及相邻波形周期的变化来对发电机是否异常进行判断和报警。

　　4软件构成

　　本AVR软件采用事件触发法进行编程，这种方法是目前软件大量采用的方法，如WINDOWS的编程及可编程序控制器管理软件的编程等。这种方法有利于调试，且便于将来升级和扩展。同时本软件编程时采用表格化参数，使软件程序规范。为了提高软件运行的可靠性和安全性，提高抗干扰能力，软件采用看门狗技术及软件陷阱的方法，对采集量进行数字滤波。软件框图如所示。

　　5现场实验本AVR配在一台12kW有刷三次谐波励磁发电机上进行实验，电机在空载、功率因数分别为1和0. 8时的额定负载下进行测试，其稳态电压调整率保持在1%以下。空载和功率因数为0. 8时开关管两端的电压波形。

　　6讨论与分析控制精度分析本文设计的AVR脉宽调制频率为250Hz，可调最小宽度为6 s，占空比调节精度高；采样精度，本文设计的最大偏差电压为3. 5V，对应的测量值为3FF（即1023） ，其精度为0. 097%.