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MW发电机自并励励磁自动控制系统设计———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 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：2021.12.16 -2021. 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 对设计进展总结。

根本参数及要求：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220V2 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：85％～120％6 起动升压至额定电压时，超调量不大于11％进度方案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： 辩论： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 辩论20% 以百分制计算摘 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应励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动局部，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/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根底的设计方案，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局部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得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；单片机；开关驱动控制；三相桥式全控整流目 录第1章 绪论 1 励磁控制系统概况 1 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 3 自并励励磁自动控制系统的总体设计方案 3 单片机最小系统设计 42.2.1 CPU的选择 4 复位电路的设计 4 时钟电路设计 5 最小系统 6 发电机自并励励磁控制系统模拟量检测电路设计 6 信号的采集和转换 7 励磁电流的监测电路 8 发电机自并励励磁控制系统可控整流电路设计 8 整流电路的设计 8 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 10 软件实现功能综述 10 流程图设计 10 主程序流程图设计 10 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第1章 绪论1.1 励磁控制系统概况供应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〕两大局部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局部，而励磁调机器那么是根据控制要求的输入信号和给定的调节准那么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开展致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断开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时，进展灭此，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展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局部，它对电力系统级发电机本身的平安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1.2 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根本参数实现如下的指标：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：85％～120％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，在开场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2.2 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Flash存储器的低电压、低功耗、高性能CMOS 8位微机处理器，并且带有2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32 个 I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断构造，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停顿CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停顿工作并制止其它所有部件工作直到下一个硬件复位本次设计，P0口控制引脚，P3口湿度监测引脚单片机如下图2.2.2 复位电路的设计时钟电路在单片机开机时都需要复位，一边中央处理器以及其他功能部件都处于初始状态，并从这个状态开场工作单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲〔两个机器周期〕以上的高电平，单片机就能实现初始化状态复位为了保证系统的可靠复位，本次设计采用使RESET引脚保持10ms以上的高电平的方法使单片机可靠地复位当RESET从高电平变为低电平以后，单片机从0000H地址开场执行程序由于简单的复位电路有上电复位和手动复位两种，所以本次设计采用专用复位电路芯片MAX813L构成复位〔上电复位〕。

它是一种体积小，功耗低，性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片实现上电复位的原理是：它与单片机相连，假设程序出现“死机〞813L产生一个200ms的复位脉冲输出，是单片机复位，系统重新开场工作复位电路原理图如下图2.2.3 时钟电路设计计算机工作时，是统一在时钟脉冲控制下一拍一拍的进展的这个脉冲式单片机控制器中的时序电路发出的时钟电路是用于产生单片机工作所需要的时钟信号AT89C51本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证工作方式的实现，AT89C51在唯一的时钟信号控制下严格的按时执行指令经行工作，而且时钟的频率影响单片机的速度和稳定性通常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根据设计的要求本次设计采用内部时钟方式内部时钟发生器实质是一个二分频的触发器AT89C51内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，在他们两端跨接晶体振荡器，便构成了一个自鼓励振荡器其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器设计采用外接晶振，由于电容太小影响振荡频率，C1、C2值通常选择为30pF左右，他们可以稳定频率并对振荡器频率有微调作用，振荡器范围为0~24MHZ，同时为了更好的保证振荡器稳定可靠地工作，谐振器和电容尽可能安装的与单片机芯片靠近。