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1、 毕业设计（论文）题 目：励磁调节器的软件设计学 生： X X X 指导老师： X X X 系 别： 电子信息与电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气 X X X X 学 号： 20XX 年 XX 月1目目 录录摘 要1ABSTRACT.21 前言.31.1 设计的背景及意义31. 2 同步发电机励磁自动控制系统简介.41. 3 励磁控制系统的作用.41. 4 励磁系统设计的内容和方法.52 系统的硬件概况及控制算法分析72. 1 硬件总体结构框图.72. 2 励磁调节器的结构及各部分的功能82. 3 控制算法的分析.82. 3. 1 励磁控制系统的传递函数.83 励磁调节器
2、的软件设计113. 1 调节器的软件结构.163. 1. 1 软件的组成163. 1. 2 主程序163. 2 数据采集与处理.183. 3 数据显示.203. 4 中断处理.213. 5 计算可控硅的控制角.223. 5. 1 模糊 PID 参数计算223. 5. 2 控制角的计算243. 6 脉冲输出.253. 7 逆变停车与限制动作.264 调试与总结274. 1 Proteus 与 Keil 介绍2724. 2 调试与仿真.294. 3 总结.32致 谢33参考文献34附 录35附录 A 仿真原理图.35附录 B 源程序.361励磁调节器的软件设计摘 要本次设计一种基于 AT89S52
3、 单片机的小型同步发电机数字励磁调节器的系统。在描述自并励励磁系统的接线方式及其控制系统的模型和调节器原理的基础上，侧重励磁调节器的软件部分进行分析和设计，配合调节器硬件部分使系统具有结构简单、功能可靠、配置灵活等优点。软件部分主要完成的功能有数据采集、运算控制、轮流显示等功能。单片机的开发使用 C51 语言。C51 语言是一种结构化程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能，用 C 语言编写软件，可以大大缩短开发周期提高效率，并且增加程序的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大，性能更完备的系统。关键词关键词 单片机，励磁调节器，C51 语言2The software
4、 design of excitation regulatorABSTRACTThe design of a micro-processor based on the AT89S52 small synchronous generator digital excitation regulator system. In describing the self-shunt connection of excitation system and its control system model and the principle of regulator on the basis of the ex
5、citation regulator focus on parts of the software analysis and design, with the regulator part of the system hardware is simple, reliable, the advantages of flexible configuration. Software to complete some of the major functions of data acquisition, operator control display features such as rotatio
6、n. The development of micro-processors using C51 language. C51 language is a structured programming language, which take into account the characteristics of a variety of high-level language and assembly language with the function, using C language software, can greatly shorten the development cycle
7、to improve efficiency, and increase the readability of the procedure, facilitate the improvement and expansion in order to develop larger, more comprehensive system performance.KEY WORDS micro-processor，excitation regulator，c51 language31 前言1.1 设计的背景及意义随着我国各项事业发展的需要和人民生活水平的不断提高，不仅用电负荷不断增加，而且对供电质量、用电
8、环保提出了更高的要求。国产及原有发电机组设备已不能满足这一需要。由于柴油发电机组具有良好的运行可靠性，且燃油及耗材经济，操作使用方便，使其成为大型主备用保障电源首选设备，在各重要部位为保障供电发挥了关键性作用，在各行各业中得到了广泛的应用。从 20 世纪末以来，国外柴油发电机组大量进入我国市场，与此同时，国产柴油发电机组也有了较大发展。北美、欧美的柴油发电机组基本上代表了当代柴油发电机的国际技术水准。因其质量好，可靠性高，技术先进，所以在我国有大量用户【1，6】。电力工业是一种先行工业，世界各国经济发展的经验表明，只有当电力工业的增长率高于其他工业的发展速度时，才能促使整个国民经济的全面快速增
9、长，并满足人民生活的各种需求。柴油发电机组是主、备用电源的重要组成部分。用电设备技术现代化程度越来越先进，对柴油发电机组的可靠性要求也越来越严格。同时柴油发电机组是集机械、电子为一体的技术密集型产品，涉及电磁学、电机学、机械工程、自动控制工程、现代设计方法等学科。20 世纪 90 年代以来，其综合技术水平有了很大的提高。柴油发电机组由柴油发动机、交流同步发电机、配电及控制系统三大部分组成。按性能不同分为普通柴油发电机组和自动化柴油发电机组。按用途不同分为固定场所机组，移动汽车电站，挂车电站，低噪音柴油发电机组，特种柴油发电机组等。目前不管是普通机组还是自动化机组都有重大改进或重要的发展。其配电
10、及控制系统部分广泛使用机电一体化新成果，使之从简单手控演变到由可编程控制器或微机处理器等一系列新技术实施控制。为提高可靠性，采用从电机向多机联动冗余备份，以确保供电系统的可靠。其中，提高发电机励磁控制技术，是改善发电机组性能最经济有效的途径。利用计算机技术的专用控制器使机组使用过程更加灵活，运用更加可靠，归纳起来主要有以下几种模式：单机自动控制功能、单机自启动与 ATS 配合实现自动切换功能以及对两台或多台机组实施控制等模式。根据课题要求控制单台柴油发电机组选用单机自动控制功能模式，通过计算机软件设置一些相关参数，使实现发电机励磁调节的自动控制。同时4将机组的电流、电压、频率等由原机械式或电磁
11、式仪表向数字式显示方向转变，以便加强机组辅助装置的可靠性和可视性。1.2 同步发电机励磁自动控制系统简介同步发电机的运行特性与它的气隙电势 Eq 值的大小有关，而 Eq 的值是发电机励磁电流 IL 的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性。因此对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实行控制的重要内容之一。电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降。为此，当系统发生故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制
12、在保证电能质量，无功功率的合理分配和提高电力系统运行的稳定性及可靠性的方面都起着重要的作用【2，4，5】。同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。如图 1-1 所示。励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流;励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器，励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。1.3 励磁控制系统的作用(1)维持同步发电机的端电压在一给定的稳定水平5在同步发电机正常运行条件下，励磁控制系统应该维持发电机机端电压在给定的稳定水平。因为发电机在正常工作情况下，负载总在不断地变化着。而不同容量
13、的负载，以及负载的不同功率因数，对同步发电机励磁磁场的反应作用是不同的，对同步发电机的内部阻抗压降也是不一样的。要维持同步发电机端电压为一稳定水平，就必须根据负载的大小及负载的性质随时调节同步发电机的励磁电流。显然，这一调节过程只有通过电压的自动调节装置才能实现。(2)提高电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性实质是运行点的稳定性。通常是指发电机在稳态运行时遭到某种微小的扰动后，能自动地回复到原来的运行状态的能力。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率。这需要解决许多技术问题。而其中最重要的和最基本的困难之一是同步发电机只具有较小的静态稳定性。但由于自动励磁的调节装置的出现，使这
14、一问题得到了圆满的解决。灵敏快速的励磁调节器可以维持发电机机端电压恒定，相当于补偿了全部发电机的定子同步电抗，即达到线路静稳功率极限。(3)改善电力系统的动态稳定性动态稳定是研究电力系统受到扰动后，恢复原始平衡点或过渡到新的平衡点的过程稳定性。电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电振荡的阻尼问题。当阻尼为正时，动态是稳定的；阻尼为负时，动态是不稳定的；阻尼为零时，是临界状态。零阻尼或很小的正阻尼，都是电力系统运行中的不安全因素，应采取措施提高系统的阻尼特性，即动态响应特性。增加励磁自动调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的有效措施。1.4 励磁系统设计
15、的内容和方法图 1-2 是励磁系统外部的结构示意图，为了维持同步发电机机端电压在一稳定水平，需要测得发电机机端的电压 Ug、定子电流 Ig、励磁电压 UL、励磁电流 IL 以及发电机频率。本系统的数据采集是由互感器获得的，所采集是数据包括发电机的单相电压和电流、励磁6电压和电流，通过程序测得正弦信号的有效值，与给定的电压比较，计算出相应的晶闸管控制角，输出对应的一组脉冲。励磁电流的大小，取决于可控硅的控制角，而可控硅的控制角由励磁调节器自动控制。当发电机的端电压高于整定值时，励磁调节器发出的信号脉冲推迟，可控硅的控制角 变大，励磁电流减小。从而使发电机的端电压降低;当发电机的端电压低于整定值时
16、，自动励磁调节器发出的脉冲提前，可控硅控制角变小，励磁电流增大，从而使发电机的端电压升高。上述两种过程都使发电机端电压趋近于整定值，达到恒压调节的目的。72 系统的硬件概况及控制算法分析2.1 硬件总体结构框图发电机励磁调节器包括模拟信号采集单元、单片机数据处理单元、数据显示单元、脉冲输出单元、移动相触发单元、单片机与 PC 通信单元等几部分，各部分的基本功能实现过程如下图的硬件总体结构框图 2-1 所示。励磁电源取自发电机出口母线经励磁变压器，将发电机电压变至合适的值供整流装置整流后供给发电机转子绕组。整流电路采用三相桥式全控整流电路，该电路的工作特点是，既可工作于整流状态，将交流变成直流作为发电机励磁电源，也可工作于逆变状态，将直流变成交流，实现逆变灭磁停车，
