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1、辽 宁 工 业 大 学电力系统自动化 课程设计（论文）题目： 250MW发电机自并励励磁自动控制系统设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气104 学 号： 100303116 学生姓名： 孙鹏 指导教师： 起止时间：2013.12.16 -2013.12.29本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 100303116 学生姓名 孙鹏 专业班级 电气104课程设计题目250MW发电机自并励励磁自动控制系统设计课程设计（论文）任务设计要求1. 阐述发电机励磁控
2、制系统的控制原理。2. 确定励磁控制系统方案。3. 设计输入接口及电力参数数据采集通道。4 设计输出接口及输出励磁控制通道。5 确定控制算法，设计系统软件。6 对设计进行总结。基本参数及要求：1 水轮发电机容量 250MW，功率因数 0.8，定子额定电压 20KV，额定转子电压220V。2 要求电压调差系数在10%范围内可调。3 强励倍数 1.8，不小于 10 秒4 调压精度，机端电压静差率小于 1。5 自动电压调节范围：85120。6 起动升压至额定电压时，超调量不大于 11。进度计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。 （1 天）2、系统总体方案设计，选择 CPU，设计单片机最
3、小系统。 （1 天）3、设计输入接口及电力参数数据采集通道。 （2 天）4、设计输出接口及输出励磁控制通道。 （3 天）5、系统软件设计。 （2 天）6、撰写、打印设计说明书（1 天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）摘 要励磁系统中发电机的励磁电源不用励磁机，而由机端励磁变压器经整流装置供给。励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，故称静止励磁系统，即自并励励磁系统。课设要求是设计容量为 250MW 水轮发电机的自并励励磁控制系统。首先根据课设的要求和内容设计并选取自并励励磁控制系统的总体方案，方案由励磁检测电路、A/
4、D 转换、励磁调节电路等确立。并确定了采用 AT89C51 单片机作为课设的核心基础的设计方案，由于单片机需初始化和复位进而设计了时钟电路（内部）和复位电路（独立式按键）从而形成了本次设计的最小系统。在硬件部分中分别设计了模拟量检测电路（信号的采集和变换器 UA、UV 转换） 、功率角测量电路、三相全控整流电路以及开关驱动控制电路。通过对单片机的软件编程实现对同步发电机自并励系统跳崖范围和功率因数角的调节和控制。通过采用单片机作为核心，励磁调节等的电路相辅助，验证了自并励励磁系统的直接用晶闸管控制转自电压等特点。获悉自并励励磁适用于发电机与系统间有升压变压器的单元接线中。关键词：自并励励磁系统
5、；单片机；开关驱动控制；三相桥式全控整流本科生课程设计（论文）I目 录第 1 章 绪论 .11.1 励磁控制系统概况 .11.2 本文主要内容 .2第 2 章 发电机自并励励磁控制系统的硬件设计 .32.1 自并励励磁自动控制系统的总体设计方案 .32.2 单片机最小系统设计 .42.2.1 CPU 的选择 .42.2.2 复位电路的设计 .42.2.3 时钟电路设计 .52.2.4 最小系统 .62.3 发电机自并励励磁控制系统模拟量检测电路设计 .62.3.1 信号的采集和转换 .72.3.2 励磁电流的监测电路 .82.4 发电机自并励励磁控制系统可控整流电路设计 .82.4.1 整流电
6、路的设计 .82.4.2 开关驱动控制电路设计 .9第 3 章 自并励励磁控制系统软件设计 .103.1 软件实现功能综述 .103.2 流程图设计 .103.2.1 主程序流程图设计 .103.2.2 模拟量检测流程图设计 .10第 4 章 课程设计总结 .12参考文献 .13本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 励磁控制系统概况供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备称为励磁系统。同步发电机的（synchronization dynamo）励磁系统只要有功率单元和调节器（装置）两大部分组成。其中励磁功率单元是指同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调机器则是根据
7、控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出装置。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。一般我们把根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁。此外，为发电机等“利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁场也叫做励磁。有时候，向发电机转子提供转子电源的装置也叫励磁。励磁系统主要作用包括：根据发电机负荷的变化形影的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；控制并列运行各发电机间无功功率分配；提高发电机并列运行的静态稳定性、提高发电机并列运行的暂态稳定性；在发电及内部出现故障
8、时，进行灭此，以减小故障损失程度；根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。优良的励磁系统不仅可以保证发电机的可靠运行，而且还可以有效的提高系统的性能指标。根据运行方面的要求，同步发电机控制系统的任务是：电力系统正常运行时同步发电机总是随着负荷波动来变化，要求发电励磁对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定水平；控制无功功率的分配；改善电力系统的运行条件。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机一起组成整个系统成为励磁系统控制系统。励磁控制系统是发电机重要组成部分，它对电力系统级发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流
9、能起控制作用和调节作用的电气控制装置。有调节屏、控制屏、灭此屏和整流屏组成。本科生课程设计（论文）21.2 本文主要内容设计主要是针对发电机自并励励磁控制系统（基于容量为 250MW 的水轮发电机） ，首先阐述自并励励磁控制系统的控制原理，根据课设的要求确定自并励励磁控制系统的设计方案，选取 AT89C51 单片机作为整个自并励励磁控制系统的主控制器，可控整流电路为其提供稳定的电源。时钟电路选择内部时钟产生的方式，复位电路选用按键式电平复位，时钟电路、复位电路和单片机形成课程设计的最小系统，同时完成功率因数、电压调差系数、强励倍数、调压精度、机端电压静差等的计算。通过设计基本参数实现如下的指标
10、：水轮发电机容量250MW，功率因数 0.8，定子额定电压 20KV，额定转子电压 220V；要求电压调差系数在10%范围内可调；强励倍数 1.8，不小于 10 秒 ；调压精度，机端电压静差率小于 1；自动电压调节范围：85120。起动升压至额定电压时，超调量不大于 11。最后结合课程设计的内容做出课程设计的总结，得出自并励励磁系统特别适用于发电机与系统间升压变压器的单元接线中。本科生课程设计（论文）3第 2 章 发电机自并励励磁控制系统的硬件设计2.1 自并励励磁自动控制系统的总体设计方案根据课程设计的要求结合实际的实用性和可靠性，设计了自并励励磁控制设计的总体方案如图 2.1 所示。总体设
11、计方案包括直流稳压电源电路模块、复位电路模块、时钟电路模块、AT89C51 单片机模块、励磁检测和调节电路模块以及开关驱动控制电路模块。进而可以实现单片机对外电路的控制，也是对单片机应用系统的一种应用。励磁检测电路 A / D 转换AT89C5151单片机励磁控制电路时钟电路复位电路直流稳压电源开关驱动电路图 2.1 自动控制系统总体设计框图复位电路模块中选用按键式电平复位，复位操作可是实现对单片机的手动复位，在开始状态下也可以是单片机重新启动。与直流稳压电源模块与其相互配合，直流稳压电源为单片机提供可靠地直流稳压电源 。在时钟电路模块中，采用内部时钟触发的方式，为单片机提供启动的脉冲信号。单片机 AT89C51 模块中，通过内部软件的编辑，来控制励磁系统的调节电路。开关驱动控制电路采用晶闸管，实现大功率驱动。三相全控桥式整流电路提供机端电压励磁变压器的电压，形成励磁调节电路。本科生课程设计（论文）42.2 单片机最小系统设计2.2.1 CPU 的选择根据设计要求和内容，本次设计选择 AT89C51 作为主控器，AT89C51 是一种带 4K 字节的 F
