250MW發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。┻|寧工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)（論文）題目 250MW發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電氣104學(xué)生姓名：孫鵬指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：2013.12.16 -2013.12.29課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：電氣工程及其自動(dòng)化號(hào) 學(xué)鵬 孫04電勵(lì)目 程題課程設(shè)計(jì)論文 任務(wù)O m1% 站。 “ 亙 8闊 O IO髓 0巧 W 丁 數(shù)m1%1 涮 睬。 錮聊21不 m浙制nO率4r少于- 1量 o城控軟 功030小“調(diào) 蹴o嗷磁統(tǒng)V,111率超 務(wù)安案參勵(lì)系/IW塞8 , 涮力力出計(jì)OM巧靜

2、 時(shí) 控統(tǒng)電耐血 ：25在小壓：壓 磁系及及、，盡矣 數(shù)不電圍電 W淵m口a,總W量系端范定 M攜接算行破宀小差機(jī)節(jié)額 求電磁入忖貼曲數(shù)M調(diào) ，調(diào)至 旻發(fā)勵(lì)輸|樹(shù)血參曲陽(yáng)數(shù)度陽(yáng)氐 w M徒屮計(jì)定設(shè)發(fā)電倍精電升 設(shè)闡確設(shè)設(shè)確對(duì)基繆求勵(lì)壓動(dòng)動(dòng) 水憂強(qiáng)調(diào)自起 1 .2.3.456 1 2 3 4 5 6進(jìn)度計(jì)劃1z(T2 爲(wèi)； 嗨用 3- Z/IXICPU2兀 掌 瓣制 1 解 數(shù) 控 理爲(wèi)蔦S 料，力出(2明 資計(jì)電輸 說(shuō) 閱設(shè)及及 O 計(jì) 蓉 口 口 計(jì) 礦 ，方接接設(shè)印 務(wù)體人出件打 任總輸輸軟 、 置統(tǒng)計(jì)計(jì)統(tǒng)寫(xiě) 布系設(shè)設(shè)系撰 、 1 2 3 4 5 6指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)?nèi)赵?宀字年 辯時(shí) 答

3、 指 :軌 時(shí) 成 平 總注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20%以百分制計(jì)算摘要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源不用勵(lì)磁機(jī)，而由機(jī)端勵(lì)磁變壓器經(jīng)整流裝置 供給。勵(lì)磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故稱靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，即 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。課設(shè)要求是設(shè)計(jì)容量為 250MW 水輪發(fā)電機(jī)的自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)。首先根 據(jù)課設(shè)的要求和內(nèi)容設(shè)計(jì)并選取自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的總體方案，方案由勵(lì)磁檢 測(cè)電路、 A/D 轉(zhuǎn)換、勵(lì)磁調(diào)節(jié)電路等確立。并確定了采用 AT89C51 單片機(jī)作為課 設(shè)的核心基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案，由于單片機(jī)需初始化和復(fù)位進(jìn)而設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路（內(nèi) 部）和復(fù)位電路（獨(dú)立式按鍵）從而形成了本次設(shè)計(jì)的

4、最小系統(tǒng)。在硬件部分中 分別設(shè)計(jì)了模擬量檢測(cè)電路（信號(hào)的采集和變換器 UA 、 UV 轉(zhuǎn)換）、功率角測(cè)量 電路、三相全控整流電路以及開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路。通過(guò)對(duì)單片機(jī)的軟件編程實(shí)現(xiàn) 對(duì)同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)跳崖范圍和功率因數(shù)角的調(diào)節(jié)和控制。通過(guò)采用單片機(jī)作為核心，勵(lì)磁調(diào)節(jié)等的電路相輔助，驗(yàn)證了自并勵(lì)勵(lì)磁系 統(tǒng)的直接用晶閘管控制轉(zhuǎn)自電壓等特點(diǎn)。獲悉自并勵(lì)勵(lì)磁適用于發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間 有升壓變壓器的單元接線中。關(guān)鍵詞： 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)；單片機(jī)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制；三相橋式全控整流第1章緒論 11.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)概況 11.2本文主要內(nèi)容 2第2章發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 32.1自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的

5、總體設(shè)計(jì)方案 32.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.2.1 CPU 的選擇42.2.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)42.2.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)52.2.4最小系統(tǒng)62.3發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)模擬量檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 62.3.1信號(hào)的米集和轉(zhuǎn)換 72.3.2勵(lì)磁電流的監(jiān)測(cè)電路 82.4發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)可控整流電路設(shè)計(jì) 82.4.1整流電路的設(shè)計(jì)82.4.2開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)9第3章自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 103.1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 103.2流程圖設(shè)計(jì) 103.2.1主程序流程圖設(shè)計(jì) 103.2.2模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì) 10第4章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13第1章 緒論1.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)概況供給同

6、步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)的（synchronization dynamo）勵(lì)磁系統(tǒng)只要有功率單元和調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分 組成。其中勵(lì)磁功率單元是指同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電源 部分，而勵(lì)磁調(diào)機(jī)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功 率單元輸出裝置。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。一般我們把根據(jù)電磁感應(yīng)原理使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的過(guò)程稱為勵(lì)磁。 此外，為發(fā)電機(jī)等“利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備”提供工作磁場(chǎng)也叫

7、做勵(lì) 磁。有時(shí)候，向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)子電源的裝置也叫勵(lì)磁。勵(lì)磁系統(tǒng)主要作用包括：根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化形影的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維 持機(jī)端電壓為給定值；控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率分配；提高發(fā)電機(jī)并列 運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性、提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性；在發(fā)電及內(nèi)部出現(xiàn)故障 時(shí)，進(jìn)行滅此，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)行最大勵(lì)磁限制 及最小勵(lì)磁限制。優(yōu)良的勵(lì)磁系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行，而且還可以有效的提高系 統(tǒng)的性能指標(biāo)。根據(jù)運(yùn)行方面的要求，同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)是：電力系統(tǒng) 正常運(yùn)行時(shí)同步發(fā)電機(jī)總是隨著負(fù)荷波動(dòng)來(lái)變化，要求發(fā)電勵(lì)磁對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行 調(diào)節(jié)以維持機(jī)端或系統(tǒng)中某一點(diǎn)的

8、電壓在給定水平；控制無(wú)功功率的分配；改善 電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件。由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)一起組成整個(gè)系統(tǒng)成為勵(lì)磁系統(tǒng)控制 系統(tǒng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)重要組成部分，它對(duì)電力系統(tǒng)級(jí)發(fā)電機(jī)本身的安全 穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。勵(lì)磁裝置是指同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中除勵(lì)磁電源以外 的對(duì)勵(lì)磁電流能起控制作用和調(diào)節(jié)作用的電氣控制裝置。有調(diào)節(jié)屏、控制屏、滅 此屏和整流屏組成。1.2 本文主要內(nèi)容設(shè)計(jì)主要是針對(duì)發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)（基于容量為 250MW 的水輪發(fā) 電機(jī)），首先闡述自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的控制原理， 根據(jù)課設(shè)的要求確定自并勵(lì)勵(lì) 磁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案， 選取 AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)自并勵(lì)

9、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主 控制器，可控整流電路為其提供穩(wěn)定的電源。 時(shí)鐘電路選擇內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生的方式， 復(fù)位電路選用按鍵式電平復(fù)位，時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和單片機(jī)形成課程設(shè)計(jì)的最 小系統(tǒng)，同時(shí)完成功率因數(shù)、電壓調(diào)差系數(shù)、強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)、調(diào)壓精度、機(jī)端電壓靜 差等的計(jì)算。通過(guò)設(shè)計(jì)基本參數(shù)實(shí)現(xiàn)如下的指標(biāo)：水輪發(fā)電機(jī)容量 250MW ，功 率因數(shù)0.8,定子額定電壓20KV，額定轉(zhuǎn)子電壓220V;要求電壓調(diào)差系數(shù)在土 10%范圍內(nèi)可調(diào)；強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) 1.8，不小于 10秒 ；調(diào)壓精度，機(jī)端電壓靜差率小于I %;自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)范圍：85%120%。起動(dòng)升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于II 。最后結(jié)合課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容做出課程設(shè)計(jì)的總

10、結(jié)，得出自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)特別 適用于發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間升壓變壓器的單元接線中。第2章 發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求結(jié)合實(shí)際的實(shí)用性和可靠性，設(shè)計(jì)了自并勵(lì)勵(lì)磁控制設(shè) 計(jì)的總體方案如圖2.1所示?？傮w設(shè)計(jì)方案包括直流穩(wěn)壓電源電路模塊、復(fù)位電 路模塊、時(shí)鐘電路模塊、AT89C51單片機(jī)模塊、勵(lì)磁檢測(cè)和調(diào)節(jié)電路模塊以及開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路模塊。進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)外電路的控制，也是對(duì)單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)的一種應(yīng)用。勵(lì)磁檢測(cè)電路A/D轉(zhuǎn)換直流穩(wěn)壓電源復(fù)位電路丿AT89C5151 單 片 機(jī)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路勵(lì)磁控制電路.圖2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖復(fù)位電

11、路模塊中選用按鍵式電平復(fù)位，復(fù)位操作可是實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的手動(dòng)復(fù) 位，在開(kāi)始狀態(tài)下也可以是單片機(jī)重新啟動(dòng)。 與直流穩(wěn)壓電源模塊與其相互配合， 直流穩(wěn)壓電源為單片機(jī)提供可靠地直流穩(wěn)壓電源。在時(shí)鐘電路模塊中，采用內(nèi)部時(shí)鐘觸發(fā)的方式，為單片機(jī)提供啟動(dòng)的脈沖信號(hào)。單片機(jī)AT89C51模塊中，通過(guò) 內(nèi)部軟件的編輯，來(lái)控制勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)電路。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路采用晶閘管， 實(shí)現(xiàn)大功率驅(qū)動(dòng)。三相全控橋式整流電路提供機(jī)端電壓勵(lì)磁變壓器的電壓，形成 勵(lì)磁調(diào)節(jié)電路。2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)221 CPU勺選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求和內(nèi)容，本次設(shè)計(jì)選擇 AT89C51作為主控器，AT89C51是一 種帶4K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器的

12、低電壓、低功耗、高性能 CMOS 8位微機(jī)處理器， 并且?guī)в?K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙 工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯 操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 空閑方式停止CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。本次設(shè)計(jì)，P0 口控制引腳，P3 口

13、濕度監(jiān)測(cè)引腳。單片機(jī)如圖2.2所示。P1.01P1.1 2P1.2P1.3-4_1P1.45P1.5P1.67P1.7 8RESET-9- RXDP3.0-TXDP3.1 0 INI0P3.2TNTTP3.3-T0 P3.4_1T1 P3.5-WR P3.6-RD P3.7 17XTAL2 -18XTAL1 19VSS T014023933843753663573483389C519321031113012291328142715261625172418231922202140 VCC P0.0 1P0.11_ P0.2 P0.3 1 P0.4 P0.5 P0.6 P0.71 _VPP/EA3

14、 ALE/PROG29 PSEN1_P2.71 _P2.6P2.51_P2.4P2.3P2.222 P2.1P2.0圖2.2AT89C51單片機(jī)引腳2.2.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路在單片機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，一邊中央處理器以及其他功能部件都 處于初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的， 在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（兩 個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)的可靠復(fù)位，本次設(shè)計(jì)采用使RESET引腳保持10ms以上的高 電平的方法使單片機(jī)可靠地復(fù)位。當(dāng)RESET從高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅瑔纹瑱C(jī)從000

15、0H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。由于簡(jiǎn)單的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，所以本次設(shè)計(jì)采用專用復(fù)位電路芯片MAX813L構(gòu)成復(fù)位（上電復(fù)位）。它是一種體積小，功耗低，性價(jià)比 高的帶看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片。實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位的原理是：它與單片機(jī)相連，若程序出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)時(shí)的自動(dòng)復(fù)位功能，需要在P1.7不斷輸出脈沖信號(hào)（時(shí)間間隔小于1.6S）,如果單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則 P1.7無(wú)脈沖輸 出，于是1.6S后在MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖輸出，是單片機(jī)復(fù)位， 系統(tǒng)重新開(kāi)始工作。復(fù)位電路原理圖如圖2.3所示。R ESE T V CCVSS圖2.3復(fù)位

16、電路圖2.2.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)工作時(shí)，是統(tǒng)一在時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍的進(jìn)行的。這個(gè)脈沖式單 片機(jī)控制器中的時(shí)序電路發(fā)出的。時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘 信號(hào)。AT89C51本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證工作方式的實(shí)現(xiàn)， AT89C51在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按時(shí)執(zhí)行指令經(jīng)行工作，而且時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方 式和外部時(shí)鐘方式。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)是一個(gè)二 分頻的觸發(fā)器。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反向放大器， 該放大器的輸入輸出引腳為 XTAL1和XT

17、AL2，在他們兩端跨接晶體振蕩器，便 構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。設(shè)計(jì)采用外 接晶振，由于電容太小影響振蕩頻率，C1、C2值通常選擇為30pF左右，他們可 以穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩器頻率有微調(diào)作用，振蕩器范圍為024MHZ，同時(shí)為了更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近。 為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NOP電容，采用晶振頻率為12MHz。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖2.4所示。X TA L2I卜IC 2J YI IX TA L1圖2.4時(shí)鐘電路圖2.2.4最小系統(tǒng)根據(jù)上述的電路圖，形成最小系統(tǒng)。由CPUAT89C51（圖2.1）、晶

18、振電路（圖2.4）、復(fù)位電路（圖2.3）依次連接而成。如圖2.5所示。1!0 0QRESET VCCT vccC22卩10RESETVCCR21 RESET1K Q20A VSSVSS19XTAL1L-C1-L Y口IC218XTAL2圖2.5最小系統(tǒng)電路圖2.3發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)模擬量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)上安裝了自動(dòng)電壓調(diào)整控制器設(shè)置了一個(gè)電壓的設(shè)定值，它檢測(cè)機(jī)端 電壓和無(wú)功功率的微小變化，調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，以保持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓在 一個(gè)允許的范圍內(nèi)，勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)比原動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)小得多，因此它的 暫態(tài)衰減的要快的多。本次課設(shè)要求發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制，結(jié)合課設(shè)要求需要測(cè)量發(fā)電機(jī)的

19、機(jī)端 電壓、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)輸出電流， 經(jīng)過(guò)根據(jù)課設(shè)要求結(jié)合限制計(jì)算和調(diào)節(jié)機(jī)端來(lái)算出整定的勵(lì)磁電壓所對(duì)應(yīng)的可控 硅的導(dǎo)通角，觸發(fā)可控硅，發(fā)電機(jī)出口電壓就穩(wěn)定在一個(gè)新的水平上。發(fā)電機(jī)自 并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)模擬量檢測(cè)電路包括信號(hào)采集部分、信號(hào)轉(zhuǎn)換部分、A/D轉(zhuǎn)換部分。2.3.1信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換信號(hào)的采集有直流采樣和交流采樣兩種，本次課程設(shè)計(jì)采用交流采樣采集交流量，不存在直流濾波電容所以有利于實(shí)時(shí)控制。通過(guò)電壓互感器和電流互感器 來(lái)獲取機(jī)端電壓、電流以及勵(lì)磁電流等。由于本次設(shè)計(jì)是大功率器件的運(yùn)用，因 此采集來(lái)的信號(hào)比較大，所以用變換器UA、UV轉(zhuǎn)變大信號(hào)，將信號(hào)控制

20、在一定 的范圍內(nèi)輸入。變換器原理如圖 2.6所示。R3R4圖2.6變換器原理圖功率因數(shù)角是有功功率和視在功率的夾角。對(duì)發(fā)電機(jī)而言，存在兩個(gè)功率因 數(shù)角：內(nèi)功率因數(shù)角y和外功率因數(shù)角j。如圖2.8所示。通過(guò)直接檢測(cè)相電流和 線電壓的相鄰的兩個(gè)方波的上升沿的時(shí)間差，利用單片機(jī)來(lái)確定功率因數(shù)以及功 率因數(shù)的超前之后的情況從而可以算出三相電網(wǎng)的功率因數(shù)。也可以通過(guò)功率因 數(shù)角電路測(cè)量出來(lái)。功率因數(shù)角測(cè)量電路如圖2.7所示。C 1D 14斗R 11 I 1C PUD 4+5 VnrL1 2L1 1,T1 wC 3R 6|=IIR 91|卜C 7T卜R 1 0+5 VR 1 18 CPU圖2.7功率因數(shù)角

21、測(cè)量電路圖2.8功率因數(shù)角向量圖2.3.2勵(lì)磁電流的監(jiān)測(cè)電路勵(lì)磁電流就是同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中流過(guò)的電流（有了這個(gè)電流，使轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一 個(gè)電磁鐵，有N極和S極），在正常運(yùn)行時(shí)，這個(gè)電流是由外部加在轉(zhuǎn)子上的直 流電壓產(chǎn)生的。以前這個(gè)直流電壓是由直流電動(dòng)機(jī)供給，現(xiàn)在大多是由可控硅整 流后供給。我們通常把可控硅整流系統(tǒng)稱為勵(lì)磁裝置。勵(lì)磁電流的監(jiān)測(cè)電路如圖 2.9所示。圖2.9中LEM是傳感器。電阻與電容并聯(lián)的作用，是希望直流信號(hào)或 者低頻信號(hào)通過(guò)較困難，而交流信號(hào)或者高頻信號(hào)較容易的通過(guò)。圖2.9勵(lì)磁電流的監(jiān)測(cè)電路圖2.4發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)可控整流電路設(shè)計(jì)2.4.1整流電路的設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁控制系

22、統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源不用勵(lì)磁機(jī)，而是由機(jī)端勵(lì) 磁變壓器經(jīng)過(guò)蒸餾裝置供給。這種勵(lì)磁裝置是采用大功率晶閘管元件實(shí)現(xiàn)供給。 即是用三相全控整流電橋直接控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁。三相全控整流電路原理如圖 2.10所示。三相電壓由端子8、10、12輸入，兩個(gè)單相變壓器T1和T2連接成V形，作 為三相電壓降壓和隔直作用。降壓后的三相電壓分別經(jīng)過(guò) R1、R2、R3三個(gè)相位 平衡調(diào)節(jié)電位器，送至三相橋式整流器整流成直流電壓。圖 2.10中有6個(gè)橋臂， 為了保證電路的正常的工作狀態(tài)，需要在同一時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通兩個(gè)晶閘管，也就是采用兩個(gè)窄脈沖觸發(fā)。晶閘管上下部分分別采用共陰極、共陽(yáng)極連接方法。C1Use圖2.10三相全控整流電

23、路圖2.4.2開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)是弱電控制強(qiáng)電，為了系統(tǒng)穩(wěn)定正常的運(yùn)行，強(qiáng)電與弱電的隔 離是不可缺少的一部分，本次勵(lì)磁開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路選用 MOC3061光電隔離器, 是根據(jù)晶閘管原理設(shè)計(jì)出來(lái)的，可控硅是一種大功率半導(dǎo)體元件可以作為大功率 驅(qū)動(dòng)器件使用。MOC3061價(jià)格低廉，觸發(fā)電路可靠，與主電路之間沒(méi)有電的聯(lián) 系，抗干擾能力強(qiáng)，MOC3061既可作為觸發(fā)雙向晶閘管又可作為反向并聯(lián)單向 晶閘管，本次課設(shè)選用觸發(fā)雙向晶閘管原理。R1為限流電阻，在光隔輸出端，雙向晶閘管并聯(lián)的RC是為了在感性負(fù)載時(shí)，吸收與電流不同步的過(guò)壓，提高門(mén)級(jí) 電阻的干擾能力，以免誤觸發(fā)。電路如圖 2.11所示

24、。CCSU1U、U274 LSOOVCCT1615M34R圖2.11開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路圖第 3章 自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述控制系統(tǒng)通過(guò)軟件完成以下主要功能：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)功能；電壓調(diào)差功能； 調(diào)壓精度調(diào)節(jié)功能；機(jī)端電壓靜差調(diào)節(jié)功能；超調(diào)量調(diào)節(jié)功能；檢測(cè)發(fā)電機(jī)進(jìn)出 口電壓、電流及計(jì)算功率因數(shù)；在線調(diào)節(jié) PID 系數(shù)功能。本次課設(shè)提供交流220V，首先通過(guò)直流穩(wěn)壓電路（變壓、整流、濾波以及穩(wěn) 壓）將220V交流電變?yōu)榭煽康刂绷麟?5V，為單片機(jī)以及復(fù)位電路提供穩(wěn)定的 電源，從而能與時(shí)鐘電路形成最小系統(tǒng)。再進(jìn)行單片機(jī)編程，編程之后單片機(jī)可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路（勵(lì)磁控制系統(tǒng)）的控制。

25、通過(guò)信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)角 測(cè)量電路、勵(lì)磁電流測(cè)量電路等來(lái)收集機(jī)端電壓、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功 率、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)輸出電流等信息。三相橋式整流電路為勵(lì)磁控 制系統(tǒng)提供電源，開(kāi)關(guān)控制驅(qū)動(dòng)電路接受檢測(cè)來(lái)的信息，勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，從 而調(diào)節(jié)勵(lì)磁。綜上所述實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的自并勵(lì)力控制，合理的分配機(jī)組功率。3.2 流程圖設(shè)計(jì)3.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)根據(jù)課設(shè)的要求、勵(lì)磁控制總體方案，本次課設(shè)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為核心，單片機(jī)需要接受數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行控制角的計(jì)算和調(diào)節(jié) PID 系數(shù)等環(huán)節(jié)，同時(shí)需 要完成雙窄脈沖的產(chǎn)生和觸發(fā)，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路結(jié)合三相橋式全控整流電路實(shí) 現(xiàn)勵(lì)磁控制。如圖 3.

26、1 所示。3.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)AD 轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ）的作用是從信號(hào)加工放大器輸入的 05V 的直流電信 號(hào)通常稱為模擬量。 本次模擬量需要機(jī)端電壓、 功率因數(shù)、有功功率、 無(wú)功功率、 勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)輸出電流等。功率因數(shù)角比較重要，反映了發(fā)電機(jī) 負(fù)載的性質(zhì)， 通過(guò)改善功率因數(shù)， 減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件， 如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等的容量，因此不但減少了投資費(fèi)用，而且降低了本 身電能的損耗。 藉由良好功因值的確保， 從而減少供電系統(tǒng)中的電壓損失， 可以 使負(fù)載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質(zhì)量?？梢栽黾酉到y(tǒng)的裕度，挖掘出了發(fā)供電設(shè) 備的潛力。如果系統(tǒng)的功率因數(shù)低，那么在既有設(shè)備容量不變的情況下，裝設(shè)電容器后，可以提高功率因數(shù)，增加負(fù)載的容量。減少了用戶的電費(fèi)支出；透過(guò)上 述各元件損失的減少及功率因數(shù)提高的電費(fèi)優(yōu)惠。所以本次模擬量的檢測(cè)流程圖 主要設(shè)計(jì)功率因數(shù)角的測(cè)量流程圖。假設(shè)功率因數(shù)角為零，如圖 3.2所示。主程序開(kāi)始1圖3.1主程序流程圖圖3.2功率因數(shù)角程序流程圖第 4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)同步發(fā)電機(jī)一把采用直流勵(lì)磁，當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)