基于单片机的同步发电机励磁控制系统的设计_new.docx

基于单片机的同步发电机励磁控制系统的设计学号班级姓名摘 要发电机在正常运行时，负载总是不断变化的。为了保持同步发电机的端电压稳定，需要根据负载的大小及负载的性质调节同步发电机的励磁电流。本文以AT89C51为核心，以PID控制为主要的控制思想，采用模块化的设计原理，首先对同步发电机励磁控制器的硬件、软件组成及运行流程进行了分析设计；然后给出了系统硬件原理图及软件流程图关键字：励磁控制；AT89C51目录1 励磁系统工作原理………………………………………………11.1 起励 …………………………………………………………………11.2 运行 …………………………………………………………………12励磁系统主回路的设计 …………………………………………22.1 励磁变压器 …………………………………………………………22.2 整流回路……………………………………………………………22.3 半导体励磁系统的保护……………………………………………32.4 同步发电机的起励设计与选择……………………………………42.5 同步发电机的灭磁…………………………………………………53 励磁系统控制回路的设计………………………………………73.1 控制回路的作用、构成……………………………………………73.2 测量比较单元………………………………………………………73.3 综合放大单元………………………………………………………93.4 移相触发单元………………………………………………………104励磁系统控制算法研究…………………………………………124.1 励磁控制系统的结构与模型建立…………………………………124.2 励磁PID控制器的设计……………………………………………135 励磁控制系统的软件设计………………………………………165.1 主程序………………………………………………………………165.2 中断服务程序………………………………………………………171 励磁系统工作原理励磁系统的总体结构如图1-1所示，具体工作原理如下。A/D转换信号调理单片机LED显示发动机报警装置励磁装置图1-1励磁系统总体结构图1.1 起励在自并励励磁控制系统中，励磁电源取自发电机机端电压，发电机正常运转之前，不能提供励磁电流，所以发电机起励时要外加起励电源。一般为提高励磁电源的可靠性，选用厂用交流电和直流蓄电池两路供电，对于前者经过降压整流后，供给励磁绕组进行起励。当程序判断出机端电压达到额定电压时此值可在线修改，自动发出一个控制信号，断开接触器，切断起励电源，进入正常调节升压。1.2 运行在发电机正常工作时，励磁电源由接在发电机机端的励磁变压器提供，经三相全控桥整流后供给发电机励磁电流。控制部分负责将电量采集送入ADC模块， 经过实时计算后送入控制器，经过控制算法处理后输出控制量，即三相全控桥的触发角，通过触发角的改变来控制发电机励磁电流的大小。当发电机机端电压的测量值低于给定值时，增大励磁电流，使机端电压上升；反之，减小励磁电流，从而达到控制和调节发电机机端电压和无功功率的目的。控制器还将根据现场输入的操作和状态信号进行逻辑判断，实现各种运行方式所需的励磁调节、限制、 保护、检测和故障判断等功能。2励磁系统主回路的设计2.1 励磁变压器励磁变压器的安全、稳定运行，是励磁系统可靠运行的关键，是自并励机组安全、稳定运行的前提，是发电机组稳定发电、满负荷发电的先决条件。发电机的基本参数：发电机空载励磁电流，空载励磁电压, 额定励磁电流 ，额定励磁电压 。发电机机端电压对于100MW及以上的汽轮发电机励磁系统顶值电压的倍数Kc不低于1.8。各种工程计算得表2-1：表2-1U（V）I（A）空899.2额定542249560.7119.3强励108444904.8175.2由表(2-1)可知，变压器的参数计算以及控制角的范围都能满足各种工况下的运行要求。为消除三次谐波的影响，选用环氧树脂干式变压器，多采用△/ Y—11接线。2.2 整流回路本设计的主回路中整流回路采用三相全控桥式整流。三相全控桥整流接线中，六个桥臂元件全部采用可控硅管。图2-1 三相全控桥电路可控硅元件在各自电源电压为负半周时共阳极组导通，而共阴极组则恰好相反，当控制角相同时共阴极组和共阳极组的元件触发换流。有两种触发脉冲满足三相桥式全控整流电路的要求，一种是双脉冲触发，另一种是宽脉冲触发。由于双脉冲触发相比宽脉冲触发的方法更容易实现一些，所以在实际应用中双脉冲用的比较多。当三相全控桥式整流回路工作在整流状态时，控制角a应小于90 o，此时为正。电路工作在整流状态，改变控制角a，就可以改变输出的平均电压的大小，以满足自动调节励磁装置对可控硅实行控制的要求。2.3半导体励磁