发电机自并励励磁自动控制系统方案

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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：发电机自并励励磁自动控制系统设计4）院系）：电气项目学院专业班级：电气085学 号： 学生姓名: 指导教师：签字）起止 时间：2018.12.262018.01.06课程设计 论文）任务及评语院系）：电气项目学院教研室：电气项目及其自动化学号学生姓名专业班级课程设计题目发电机自并励励磁自动控制系统设计4）课程设计松文)任务基本参数及要求：1水轮发电机容量400MW，功率因数0.85，定子额定电压20KV，空载额定转子电 压 230V。2要求电压调差系数在11%范围内可调。3强励倍数1.85，不小于10秒4调压精度，机端电压静差率小于1%。5自动电

2、压调节范围：75%125%。6起动升压至额定电压时，超调量不大于7%。设计要求1. 阐述发电机励磁控制系统的控制原理。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）指导教件语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年 月

3、日注：成绩：平时20%论文质量60% 答辩20%以百分制计算摘要同步发电机励磁控制系统承担着调节发电机输出电压、保障同步发电机稳定 运行的重要责任。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定 性，为电网提供合格的电能，而且还可有效地改善电力系统静态与暂态稳定性。 要实现这个目的，就必须根据负载的大小和性质随时调节发电机的励磁电流。本文采用自励系统中接线最简单的自并励励磁系统，针对同步发电机论述了 自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理 和实现方法，提出了基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的 设计思路，对于所设计的单片机最小系统经过

4、经济性与技术性的比较后，选用了 按键电平复位电路和内部时钟电路，并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和 软件系统。最后又对整个系统进行了 MATLAB仿真，以用来对比运用算法所得 结果与仿真所得结果是否在误差允许范围内。关键词：自并励励磁自动控制系统；AT89C51单片机；MATLAB仿真目录第1章绪论11.1励磁控制系统简况11.2本文主要内容1第2章发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计32.1发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案32.2单片机最小系统设计32.3发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计62.4直流稳压电源电路设计7第3章自并励励磁控制系统软件设计103.1软件实现

5、功能总述103.2流程图设计103.3程序清单12第4章MATLAB建模仿真分析134.1 Matlab软件简介134.2系统仿真模型的设计13第5章课程设计总结16参考文献17第1章绪论1.1励磁控制系统简况供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励 磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提 供励磁电流；而励磁调节器则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。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导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

6、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”提供工作磁场也叫励 磁。有时，向发电机转子提供转子电源的装置也叫励磁。励磁的主要作用是： 第一，维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的 强弱来恒定机端电压。合理分配并列运行机组之间的无功分配。第二，提高电力 系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。第三，直流电机的 转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转 速，改变励磁同样起到改变转速的作用。励磁按直流电机励磁方式可分为他励 磁，并励磁，串励磁，复励磁等方式，按整流方式分为旋转

7、励磁和静止励磁。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能起控制和调 节作用的电气调控装置。根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控 制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电 压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁 变压器作为励磁电源的还具有整流功能。中小型水利发电设备已实施出口产品质 量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。励磁装置主要分为电磁型 和半导体型两大类。电磁型励磁装置主要用于以直流或交流励磁机为励磁电源的 励磁系统中，半导体型励磁装置既可以与励磁机一

8、起组成静止（或旋转整流器励 磁系统，也可以与励磁变压器组成静止励磁系统。1.2本文主要内容本次课设针对发电机自并励励磁自动控制系统，论述了自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法，提出了 基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路，对于所设 计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后，选用了按键电平复位电路和 内部时钟电路，并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软件系统。最后又对 整个系统进行了 MATLAB仿真，以用来对比运用算法所得结果与仿真所得结果 是否在误差允许范围内。第2章发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计2.1发电机

9、自并励励磁自动控制系统总体设计方案如图2.1所示即为励磁控制器设计总体设计方案的框图，其中分为五个模 块，分别是直流稳压电源模块、复位电路模块、时钟电路模块。AT89C51单片机 模块和励磁开关驱动控制电路模块，实现单片机控制外部电路。应用内部的软件编辑程序，实现对励磁系统驱块中复位电路需要外加电源，而题目中只给出动控制直路稳压电源在复位电路模块中时钟复位操作可以使单片机初始化，也可以 使机状态下的单片机重新启动。AC220V交流电源，因此在复位电路前加入了直流稳压电源模块，为复位电路提图2.1励磁控制系统总体设计方案框图2.2单片机最小系统设计本次课设选用AT89C51单片机作为控制器件，A

10、T89C51是一种带4K字节FLASH 存储器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read OnlyMemory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，它由8部分组成，即中央处理 器CPU），片内数据存储器RAM），片内程序存储器，输入/输出端口，可编 程串行口，定123456789P1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7图瑚.089C51单片机的弓!脚图403938373635343332时/计数器，终端系统以及特殊功能寄存器，各部分通过内部总线相连。其基本 结

11、构依然是通过CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上，却采用 殊功能寄存器的集中控制方法。如图2.2所示，即为89C51单片机的引脚图。 引脚功能：VCC :供电电压。GND:接地。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高 电平时间。ALE/PROG :当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可 用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数 据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想

12、禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上 置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引 脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN :外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。/EA/VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器0000H- FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定 为RESET ；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期 间，此引脚也用于施

13、加12V编程电源VPP）。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 :来自反向振荡器的输出。复位操作可以使单片机初始化，也可以使机状态下的单片机重新启动，因 此十分重要。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后， 只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟震荡脉冲两个机器周期）以上的高 电平，单片机就能实现复位。为了保证系统可靠地复位，在设计复位电路时，一 般使RESET引脚保持10毫秒以上的高电平，单片机便可以可靠地复位。当 RESET从高电平变为低电平以后，单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有 效期间，ALE和/PSEN引脚输出高电平

14、。如图2.3所示即为89C51单片机的按键 电平复位电路，这种复位电路利用电容器充电实现。当加电时，电容C充电，电 路有电流通过，构成回路，在电阻R上产生压降，RESET的引脚为高电平；当电 容C充满电后，电路相当于断开，复位结束。它还可以通过按键实现复位，按下 键后，通过R1和R2形成回路，使RESET端产生高电平。按键的时间决定了复位立电路图2时间。如图2.3所示即为89C51单片机的按键电平复位电路:工作所需的时钟信号，时钟信号可以有两种方式中方下面介绍内部时钟方式。89C51内部有一门的一个输入端编程为常有效时），用于构成片内时钟电路用于产生单片木 产生：内部时钟方式和外部时 个高增益

15、反相放大器即与非 振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和 XTAL2两端跨界晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲 直接送入内部时钟发生器，如图2.所示。外接晶振时，C1、C2参数通常选择 30pF左右。C1、C2可稳定频率并对振荡频率有微调作用，谐振频率范围是0到 24MHz，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠接地，谐振器和电容应 该尽量安装的与单片机芯片靠近。内部时钟发生器实质是一个二分频的触发器其 输出是单片机工作所需的时钟信号.如图2.4所示即为89C51单片机的内部时钟 电路：图2.4内部时钟电路 路输入中电压信号可以直接输入，而电流信号则要通过一个电阻转化成电压信号 再输入。A/D转换器选择TLC2543，该芯片是一种单电源、串行控制的12位模 数转换器，可采集11路信号，与单片机的连接只占用4根口线。模拟量采集部 分的电路如图2.6所示。综合以上所作分析与选择，形成了如图.5所示的完整的CPU最小系统图VCC图2.5单系统图2