国家级期刊水轮发电机组最小励磁控制系统设计

　　水轮发电机是一种常用的发电机，主要是将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。本文是一篇国家级期刊投稿的论文范文，主要论述了水轮发电机组最小励磁控制系统设计。
　　摘要：本文设计以Dsp的Tms320f281芯片为核心的最小励磁控制系统。首先简要介绍Tms320f2812芯片，其次重点设计芯片电源电路、仿真接口电路、串口接口、基准电源电路和eCAN通讯接口，该最小系统可以控制中小型水电站励磁系统，硬件结构简单可靠，故障概率低，维护方便。

　　关键词：DSP,最小系统,励磁控制

　　伴随着水电站增效扩容项目的步伐，水轮发电机组装机容量进行增加，电厂励磁控制系统信息量全面扩大，采集处理数据的速度要求全面提升，现以DSP： Tms320f2812为核心控制芯片，设计水力发电最小励磁控制系统。

　　Tms320f2812 型号32 位的DSP 芯片是 TI 公司比较新的产品，其技术先进、功能强大，用哈佛结构、硬件乘法、流水线技术、专用信号寻址方式、提高数据处理及传输能力。其内部集成了ADC模块、EV模块、SPI串行外设接口、SCI串行通讯接口、Mcbsp多通道串行、eCAN网络控制器、大容量储存器，简化硬件电路，30MHz 无源晶振提供核心芯片时钟，Pll 控制寄存器的低 4 位提供Pll 倍频系数。芯片 Tms320f2812 CPU工作高频为150MHz，本电路倍频系数设为5。基准电压ADC 用3V ，ADCrefm、ADCrefp、引脚接 Esr端50m?～1.5?的10μF旁路电容，剩下一端接模拟地，ADCrese-xt接24.9k?偏置电阻。

　　1 有芯片Tms320f2812构成的电源电路

　　随着半导体制造工艺进步和发展，3.3V、1.8V 低电压集成电路应用更广，比传统 5V 更低、功耗更小、性能更优。Tms320f2812 外部 I/O 电压为 3.3V，内核电压为 1.8V，Tps 系列电源稳定性好，这里采用 Tps 系列电源为 Tms320f2812 提供电能。Tps767hd318芯片为 Tms320f2812 提供电源，原理图如图 1所示。

　　工业专用芯片Tps767hd318，工作范围-40oC～+125oC温度段之间，为增加电源芯片散热速度，采用芯片下方敷设铜面散热;电流经电容 C5 滤波，由 Tps767hd318 输出1.8V 和3.3V 电压，3.3V 电源为 Tms320f2812 提供内核及I/O接口电压。

　　2 仿真器接口设计

　　图 2为 14 脚 JTAG 插头图，目标层Ti调试接口用五个标准的 IEEE1149.1信号Trst，Tck，Tms，Tdi，Tdo及两个扩展口Emu0，Emu1，可把目标连接至扫描控制器，插头要测试时钟返回信号Tck_ret，电源Vcc和地，Tck_ret 是扫描控制器的测试时钟，在许多系统中，会把 TEK_RET 接 Tck 用作测试时钟，Emu0 、 Emu1 接上拉电阻，可以仿真。

　　3 Tms320f2812 串口

　　串行通信接口Sci 是双线异步串口， Tms320f2812 使用这种串口，Sci接口支持 CPU，并可与non-return-zero格式外围设备通信，Sci 接收发送器各有FiFo，减少了空间服务，有独立的使能位、中断位，半双工通信模式独立操作，全双工通信模式可进行操作，Scia 引导代码可选择 Sci-a 启动，电路图如图 3所示，图中C33，C34，C35，C36，C37 滤波电容;串口芯片MAX3232，用 3.3V电源供电，也可与DSP引脚相接供电。

　　4 基准电源

　　系统用2V电压作为基准电压，可用Ref19x 提供基准电压，该电源可在-40oC～80oC范围工作，电压经10μF，0.1μF滤波电容后，输出接1μF 、0.1μF 滤波电容，Sleep 引脚接VIN 工作，如图4所示。

　　5 Tms320f2812芯片通讯用eCAN

　　Tms320f2812 用eCAN模块，据CAN2.0 标准兼容性，可制定协议在电子噪声时与控制器进行通信， eCAN 模块提供通用性、鲁棒性串行通信，考虑兼容性问题，用Sn65hvd251 芯片，通信速度1Mbps，C38滤波电容， R6限流电阻，如图5所示。

　　6 结语

　　本文设计的最小励磁控制系统，电源通用性较好，系统电路较为简单，通讯和存储都可以满足中小型电站机组使用，在所有DSP励磁控制系统中将硬件电路简化都最小范围，为后期维护、检修提供方便。

　　参考文献

　　[1]李基成.主编现代同步发电机整流器励磁系统[M].水利水电出版社，1987.

　　[2]耿红旗，吕冬艳.水轮发电机励磁调节系统(第三版)[M].中国水力水电出版社，2013.

　　[3]黄永红. DSP系统设计教程[M].机械工业出版社，2012.
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