《发电机自并励励磁自动控制系统设计全文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电机自并励励磁自动控制系统设计全文.doc（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）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（3） 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间： 2016.11.2812.9 课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等）设计(论文)任务及评语中文摘要 （黑体小二，居中，不少于200字）目录正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）参考文献2、课程设
2、计（论文）正文参考字数：2000字周数。3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、目录格式标题“目录”（小二号、黑体、居中）6、正文格式页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；行距：20磅行距；页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。示例：（五号宋体）期刊类：序号作者1,作者2,作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：序号作者1,作者2,作者n.书名.版
3、本.出版地:出版社，出版年:页次.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 学 号130303016学生姓名高逸飞专业班级电气131课程设计题目发电机自并励励磁自动控制系统设计（3）课程设计（论文）任务基本参数及要求：1水轮发电机容量300MW，功率因数0.80，定子额定电压18KV，空载额定转子电压200V。2 要求电压调差系数在12%范围内可调。3 强励倍数2，不小于10秒4 调压精度，机端电压静差率小于0.5。5 自动电压调节范围：70130。6 起动升压至额定电压时，超调量不大于8。设计要求1. 阐述发电机励磁控制系统的控制原理
4、。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 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要励磁控制系统在
5、同步发电机中起到保证电能质量、无功功率分配、提高电力系统运行可靠性等重要作用。本文设计在软件方面采用了单片机AT89C51作为控制核心和适合大容量的自并励方式设计了300MVA的水轮发电机励磁控制系统。而在硬件电路中进行了模拟量检测电路和功率因数测量电路的设计，通过主程序控制单片机实现对同步发电机的同步发电机励磁系统调压范围及调差系数的调节与控制。并且通过对电动机的校正实现了电动机电压的自动调节，还兼顾了功率及功率因数角测量的精度。关键词：AT89C51；自并励；自动调压；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1第2章 发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计32.1
6、发电机自并励励磁自动控制系统硬总体设计方案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 直流稳压电路设计7第3章 发电机自并励励磁自动控制系统软件设计93.1 软件实现功能综述93.2 流程图设计93.2.1 主程序流程图设计93.2.2 模拟量检测流程图设计103.3 程序清单10第4章 课程设计总结13参考文献14III第1章 绪论1.1 励磁控制系统概况 励磁系统是同步发电机组的重要构成部分，它的技术性能及运行的可靠性，对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大的影响。 同步发电机的励磁系统一
7、般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，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、发电机构成的一个反馈控制系统。 在电力系统发展初期，同步发电机容量不大，励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机供给，既所谓直流励磁机励磁系统。随着发电机容量的提高，所需励磁电流也相应增大，机械整流在换流方面遇到了困难，而大功率半导体整流元件制造工艺却日益成熟，于是大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的交流励磁机励磁系统。不论是直流励磁机励磁系统还是交流励磁机励磁系统
8、，一般都是与主机同轴旋转。为了缩短主轴张度，降低价格，减少环节，又出现用发电机自身作为励磁电源的方法，即发电机自并励系统，又称为静止励磁系统。而随着国内外励磁系统的研制不断取得进展，各型励磁系统不断涌现。综合各种因素的比较，交流无刷励磁机励磁系统和静止励磁系统（发电机自并励系统）两种励磁系统在工程是实际应用中占有很大的优势。1.2 本文主要内容本文根据同步发电机的励磁系统设计了容量为300MW的水轮发电机的励磁系统，在软件上采用AT89C51为核心控制系统，通过编程对硬件的控制实现了：1水轮发电机容量300MW，功率因数0.80，定子额定电压18KV，空载额定转子电压200V。2 要求电压调差
9、系数在12%范围内可调。3 强励倍数2，不小于10秒4 调压精度，机端电压静差率小于0.5。5 自动电压调节范围：70130。6 起动升压至额定电压时，超调量不大于8。第2章 发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计2.1 发电机自并励励磁自动控制系统硬总体设计方案整个励磁系统包括直流稳压电源模块、复位电路模块、时钟电路模块、AT89C51单片机模块和励磁控制系统模块，从而实现单片机控制外部电路。如图2.1所示。在单片机核心控制模块中包括复位电路和时钟电路，其中复位电路的可使单片机初始化或者在运行中当单片机进入死循环时可使单片机重启。在时钟电路模块中，时钟电路为单片机提供工作所需的时钟信号。励磁系
10、统采用自并励励磁方式，通过单片机对励磁系统的控制实现对外部设备的控制。直流稳压电路AT89C51单片机时钟电路复位电路励磁控制系统图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CPU的选择本次程设计选择89C51单片机为中央处理器（CPU），AT89C51可靠性高、实时性好、速度快、系统掉电后重要数据和状态信息不会丢失 , 其性能价格比远高于同类芯片，并且其与各大公司的MC-51系列单片机兼容。89C51内部资源： （1）面向控制的8位CPU （2）一个片内振荡器和时钟产生电路，振荡频率为0到24MHz （3）片内4KBFlashROM程序存储器。（4）128B片内数据存储器。
11、（5）可寻址64KB的片外程序存储器和片外存储器控制电路（6）2个16位的定时/计数器。（7）有4个并行I/O接口分别为P0、P1、P2和P3口，共32条可单独编程的I/O线。（8） 5个中断源，2个中断优先级。（9） 一个全双工的异步串行口（10）21个特殊功能寄存器（11）具有节电工作模式，即休闲方式和掉电保护方式89C51引脚可分为3类：（1）电源及时钟引脚：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2。（2）控制信号引脚：、ALE、RESET（RST）。（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3为四个8位I/O口的外部引脚。 89C51芯片的I/O口： (1) P0口：P0口有两个用途，一是
12、作普通I/O口使用；二是作低8位地址数据总线使用。 (2) P1口：P1口只做作普通I/O使用。 (3) P2口：P2口有两个用途，一是作为普通I/O口使用；二是作高8位地址线。 (4) P3口：P3口是一个多功能端口，除了有准双向I/O功能外，还具有第二功能。引脚如图2.2所示复位电路设计复位电路设计图2.2 AT89C51引脚图复位电路的设计复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此复位电路对单片机是非常重要的。单片机的复位都是靠外部的复位电路来实现复位的，当时钟电路工作后，在单片机的RESET引脚上出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。为了保证单片机
13、可靠的复位，实际设计电路时，一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平。本设计采用按键式复位电路，原理图如图2.3所示。本设计采用的12MHz晶振，所以一个机器周期就是1us，要复位就加2us的高电平。图中的RC常数是1.5K22uF=33ms，这个常数足够可以使单片机可靠复位。图2.3 复位电路时钟电路设计时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。时钟信号可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，原理图如图2.4所示，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，就构成了稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟发生器。图2.4 时钟电路原理图时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个33pF 的瓷片电容组成。时钟电路产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。综上所述整体的最小系统电路图如图2.5所示图2.5 最小系统电路图2.3 发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计本设计的励磁系统需要采集的数据为极端电压、发电机输出电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率以及功率因数，数据采集系统将采集到数据送到信号转换部分，信号转换部分将接收到的信号转换为模数转换器可识别的信号送入单片机内，单片机对数据进行分析输出反馈信号，使自并励发电机系统维持在稳定状态。信号采集根据采样信号的不同，
