發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)方案

遼寧工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)＜論文）題目：發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)＜4）院＜系）：電氣項(xiàng)目學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 電氣085學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師：〈簽字）起止時(shí)間： 2018.12.26—2018.01.06

課程設(shè)計(jì)＜論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院〈系）：電氣項(xiàng)目學(xué)院 教研室：電氣項(xiàng)目及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)＜4）課程設(shè)計(jì)松文)任務(wù)基本參數(shù)及要求：1水輪發(fā)電機(jī)容量400MW，功率因數(shù)0.85，定子額定電壓20KV，空載額定轉(zhuǎn)子電壓230V。2要求電壓調(diào)差系數(shù)在±11%范圍內(nèi)可調(diào)。3強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)1.85，不小于10秒4調(diào)壓精度，機(jī)端電壓靜差率小于1%。5自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)范圍：75%?125%。6起動(dòng)升壓至額定電壓時(shí)，超調(diào)量不大于7%。設(shè)計(jì)要求闡述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的控制原理。確定勵(lì)磁控制系統(tǒng)方案。設(shè)計(jì)輸入接口及電力參數(shù)數(shù)據(jù)采集通道。4設(shè)計(jì)輸出接口及輸出勵(lì)磁控制通道。5確定控制算法，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件。6對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)進(jìn)度計(jì)劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。＜1天）2、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，選擇CPU，設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)。＜1天）3、 設(shè)計(jì)輸入接口及電力參數(shù)數(shù)據(jù)采集通道。＜2天）4、 設(shè)計(jì)輸出接口及輸出勵(lì)磁控制通道。＜3天）5、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。＜2天）6、 撰寫、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書＜1天）指導(dǎo)教件語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算摘要同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓、保障同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要責(zé)任。優(yōu)良的勵(lì)磁控制系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，為電網(wǎng)提供合格的電能，而且還可有效地改善電力系統(tǒng)靜態(tài)與暫態(tài)穩(wěn)定性。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，就必須根據(jù)負(fù)載的大小和性質(zhì)隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。本文采用自勵(lì)系統(tǒng)中接線最簡(jiǎn)單的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，針對(duì)同步發(fā)電機(jī)論述了自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了基于AT89C51單片機(jī)的同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)于所設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性的比較后，選用了按鍵電平復(fù)位電路和內(nèi)部時(shí)鐘電路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了勵(lì)磁裝置的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。最后又對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了MATLAB仿真，以用來(lái)對(duì)比運(yùn)用算法所得結(jié)果與仿真所得結(jié)果是否在誤差允許范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)；AT89C51單片機(jī)；MATLAB仿真目錄第1章緒論11.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)簡(jiǎn)況11.2本文主要內(nèi)容1第2章發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.3發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)模擬量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)62.4直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)7第3章自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)103.1軟件實(shí)現(xiàn)功能總述103.2流程圖設(shè)計(jì)103.3程序清單12第4章MATLAB建模仿真分析134.1Matlab軟件簡(jiǎn)介134.2系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計(jì)13第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17第1章緒論1.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)簡(jiǎn)況供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。它一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)組穩(wěn)定極限降低的趨勢(shì)，也促使勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展。一般我們把根據(jù)電磁感應(yīng)原理使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的過(guò)程稱為勵(lì)磁。此外，為發(fā)電機(jī)等“利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備”提供工作磁場(chǎng)也叫勵(lì)磁。有時(shí)，向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)子電源的裝置也叫勵(lì)磁。勵(lì)磁的主要作用是：第一，維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定值，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)恒定機(jī)端電壓。合理分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功分配。第二，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。第三，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，勵(lì)磁就是控制定子的電壓使其產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變勵(lì)磁同樣起到改變轉(zhuǎn)速的作用。勵(lì)磁按直流電機(jī)勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)磁，并勵(lì)磁，串勵(lì)磁，復(fù)勵(lì)磁等方式，按整流方式分為旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁和靜止勵(lì)磁。勵(lì)磁裝置是指同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中除勵(lì)磁電源以外的對(duì)勵(lì)磁電流能起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置。根據(jù)不同的規(guī)格、型號(hào)和使用要求，分別由調(diào)節(jié)屏、控制屏、滅磁屏和整流屏幾部分組合而成。勵(lì)磁裝置的使用，是當(dāng)電力系統(tǒng)正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓于一給定的水平上，同時(shí)，還具有強(qiáng)行增磁、減磁和滅磁功能。對(duì)于采用勵(lì)磁變壓器作為勵(lì)磁電源的還具有整流功能。中小型水利發(fā)電設(shè)備已實(shí)施出口產(chǎn)品質(zhì)量許可制度，未取得出口質(zhì)量許可證的產(chǎn)品不準(zhǔn)出口。勵(lì)磁裝置主要分為電磁型和半導(dǎo)體型兩大類。電磁型勵(lì)磁裝置主要用于以直流或交流勵(lì)磁機(jī)為勵(lì)磁電源的勵(lì)磁系統(tǒng)中，半導(dǎo)體型勵(lì)磁裝置既可以與勵(lì)磁機(jī)一起組成靜止（或旋轉(zhuǎn)〉整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，也可以與勵(lì)磁變壓器組成靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。1.2本文主要內(nèi)容本次課設(shè)針對(duì)發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)，論述了自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制

系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了基于AT89C51單片機(jī)的同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)于所設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性的比較后，選用了按鍵電平復(fù)位電路和內(nèi)部時(shí)鐘電路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了勵(lì)磁裝置的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。最后又對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了MATLAB仿真，以用來(lái)對(duì)比運(yùn)用算法所得結(jié)果與仿真所得結(jié)果是否在誤差允許范圍內(nèi)。第2章發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖2.1所示即為勵(lì)磁控制器設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案的框圖，其中分為五個(gè)模塊，分別是直流穩(wěn)壓電源模塊、復(fù)位電路模塊、時(shí)鐘電路模塊。AT89C51單片機(jī)模塊和勵(lì)磁開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路模塊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制外部電路。應(yīng)用內(nèi)部的軟件編輯程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)驅(qū)應(yīng)用內(nèi)部的軟件編輯程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)驅(qū)復(fù)位電路需要外加電源，而題目中只給出動(dòng)控制直路穩(wěn)壓電源在復(fù)位電路模塊中時(shí)鐘復(fù)位電路需要外加電源，而題目中只給出AC220V交流電源，因此在復(fù)位電路前加入了直流穩(wěn)壓電源模塊，為復(fù)位電路提圖AC220V交流電源，因此在復(fù)位電路前加入了直流穩(wěn)壓電源模塊，為復(fù)位電路提圖2.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案框圖2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次課設(shè)選用AT89C51單片機(jī)作為控制器件，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器＜FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，它由8部分組成，即中央處理器＜CPU），片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器＜RAM），片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，輸入/輸出端口，可編程串行口，定1234123456789P1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7圖瑚.089C51單片機(jī)的弓!腳圖403938373635343332時(shí)/計(jì)數(shù)器，終端系統(tǒng)以及特殊功能寄存器，各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連。其基本結(jié)構(gòu)依然是通過(guò)CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上，卻采用殊功能寄存器的集中控制方法。如圖2.2所示，即為89C51單片機(jī)的引腳圖。引腳功能：VCC:供電電壓。GND:接地。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器＜0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源＜VPP）。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此十分重要。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖〈兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，一般使RESET引腳保持10毫秒以上的高電平，單片機(jī)便可以可靠地復(fù)位。當(dāng)RESET從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機(jī)從0000H地址開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ALE和/PSEN引腳輸出高電平。如圖2.3所示即為89C51單片機(jī)的按鍵電平復(fù)位電路，這種復(fù)位電路利用電容器充電實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí)，電容C充電，電路有電流通過(guò)，構(gòu)成回路，在電阻R上產(chǎn)生壓降，RESET的引腳為高電平；當(dāng)電容C充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，復(fù)位結(jié)束。它還可以通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下鍵后，通過(guò)R1和R2形成回路，使RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位

立電路圖2時(shí)間。如圖2.3所示即為89C51單片機(jī)的按鍵電平復(fù)位電路:立電路圖2工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式中方 下面介紹內(nèi)部時(shí)鐘方式。89C51內(nèi)部有一門的一個(gè)輸入端編程為常有效時(shí)），用于構(gòu)成片內(nèi)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片木產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)個(gè)高增益反相放大器〈即與非「振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨界晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，如圖2.所示。外接晶振時(shí)，C1、C2參數(shù)通常選擇30pF左右。C1、C2可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，諧振頻率范圍是0到24MHz，為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠接地，諧振器和電容應(yīng)該盡量安裝的與單片機(jī)芯片靠近。內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器其輸出是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào).如圖2.4所示即為工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式中方 下面介紹內(nèi)部時(shí)鐘方式。89C51內(nèi)部有一門的一個(gè)輸入端編程為常有效時(shí)），用于構(gòu)成片內(nèi)圖2.4內(nèi)部時(shí)鐘電路路輸入中電壓信號(hào)可以直接輸入，而電流信號(hào)則要通過(guò)一個(gè)電阻轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)再輸入。A/D轉(zhuǎn)換器選擇TLC2543，該芯片是一種單電源、串行控制的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可采集11路信號(hào)，與單片機(jī)的連接只占用4根口線。模擬量采集部分的電路如圖2.6所示。綜合以上所作分析與選擇，形成了如圖.5所示的完整的CPU最小系統(tǒng)圖VCC圖2.5單系統(tǒng)圖2.3發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁H動(dòng)控制系統(tǒng)模擬量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)|RESET^2■3■4為維持發(fā)電機(jī)端電發(fā)電機(jī)的極端電壓、率以及功率因數(shù)_| ^0 ^9— ^8— 3^- 綜合以上所作分析與選擇，形成了如圖.5所示的完整的CPU最小系統(tǒng)圖VCC圖2.5單系統(tǒng)圖2.3發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁H動(dòng)控制系統(tǒng)模擬量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)|RESET^2■3■4為維持發(fā)電機(jī)端電發(fā)電機(jī)的極端電壓、率以及功率因數(shù)_| ^0 ^9— ^8— 3^- 3-6—參數(shù)包括 3^、無(wú)2功功?^^2^^^"^5勵(lì)磁電 ^9—在一個(gè)新2-6數(shù)據(jù)包括 2^-功率可以P1.1 P0.0:P1.2 P0.1P1.3 P0.2勺合理分配，需要測(cè)得

:勵(lì)磁電流、有功功率RESET ——P0.7節(jié)計(jì)算來(lái)得到整/E

吏發(fā)電機(jī)出口電壓穩(wěn)定P3.4 P2.6水平和機(jī)組間無(wú)功功率卯機(jī)輸出電流、勵(lì)磁電壓、，經(jīng)過(guò)一系列限制計(jì)算和調(diào) —^2 壓所對(duì)應(yīng)的可控硅的導(dǎo)通角，從而觸發(fā)可控硅，水平。本系統(tǒng)C數(shù)據(jù)及變換甘電壓互感器和電流互感器獲得，所采集4的發(fā)電機(jī)出出口的兩相白的線］電壓，一相由采集得到0的班、幣流以及測(cè)算得到的功率因數(shù)XTAL1勵(lì)磁電壓R2!圖2.6模擬量采集部分的電路交流信號(hào)經(jīng)變壓器隔離和整流濾波后接入能滿足調(diào)節(jié)計(jì)算的要求，且硬件電路簡(jiǎn)單，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。因?yàn)閄T?AL?19相電流、勵(lì)磁電^壓。2有功功率和無(wú)功1^ XTAL1 P2.1:VSL運(yùn)算得到。心KAT89C51求不+5V這種采樣方式換器的輸入端，件數(shù)據(jù)處理方便，AIN0

高，1我們采用的A/D轉(zhuǎn)換器是電壓輸入的，購(gòu)以在四A相R4REF+NDREF-R52.4直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)本次課設(shè)要求控制器選用AC220V電源供電，而單片機(jī)的工作電源是+5V的直流電源，因此需要利用使用直流穩(wěn)壓電源為單片機(jī)提供電源。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖2.7所示。電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz＞經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓生，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3,再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓楫。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。交流輸入源器壓電亦又整流2吸濾波圖電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz＞經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓生，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3,再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓楫。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。交流輸入源器壓電亦又整流2吸濾波圖流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電路直流輸出220V50HZUi一般情況下，生產(chǎn)生活中所需的直流電壓的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較壓器副邊電壓前，也有部分電路不用變壓器，利用其他辦法大，有效，次需要通過(guò)值"于后面電足進(jìn)行升壓與降壓?！沧儔浩鹘敌枰?。在對(duì)交流汕行處理變壓器副邊電壓通過(guò)整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)化為點(diǎn)一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流和全波整流電路的輸出波形如框圖中所畫。本次可設(shè)選用橋式全波整流。可以看出它們均含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作；例如，交流分量將混入輸入信號(hào)被放大電路放大，甚至在放大電路的輸出端所混入的電源交流分量大于有用信號(hào)；因而不能直接作為電子電路的供電電源。為了減小電壓的脈動(dòng)，需要通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾去，是濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而因?yàn)闉V波電路位無(wú)源電路，所以接入負(fù)載后勢(shì)必影響其濾波效果。對(duì)于穩(wěn)定系要求不高的電子電路，蒸餾和濾波后的直流電壓可以作為供電電源。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本上不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用三端穩(wěn)壓器，而W7800系

列三端穩(wěn)壓器的輸出電壓為5v,6v.9v.12v.15v.18v和24v七個(gè)檔次，型號(hào)后面的兩位數(shù)字表示輸出電壓值。W7805表示的輸出電壓為5v。最大電壓為1.5A,因此選用W7805三端穩(wěn)壓器。如圖2.8所示即為直流穩(wěn)壓電源的主電路圖。本次課課設(shè)的目的在于用弱電控制強(qiáng)電，因此在這一部分，強(qiáng)電與弱電的隔離成為關(guān)鍵，現(xiàn)在有許多種開關(guān)控制輸出電路，其中大多數(shù)是通過(guò)芯片給出的電壓電流如TTL電平信號(hào)，這種電平信號(hào)一般不能直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，而需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后才能驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，許多外設(shè)如大功率交流接觸器、制冷劑等在開關(guān)控制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，不加隔離就會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成誤動(dòng)作或傷害。因此，在接口處理中，還要包括隔離技術(shù)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，所選勵(lì)磁開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路W7805T1圖2.8直流穩(wěn)壓電源電路圖D-VCC2來(lái)的0禎閘較小功率控所示，，所選的3大功率U大功率、開長(zhǎng)器件PWrITE，可T1圖2.8直流穩(wěn)壓電源電路圖D-VCC2來(lái)的0禎閘較小功率控所示，，所選的3大功率U大功率、開長(zhǎng)器件PWrITE，可OC3041，W1為大它是根據(jù)晶閘管原理開發(fā)出MC2驅(qū)動(dòng)器件使用。C3有用于生產(chǎn) 1向晶閘管目瑜已經(jīng)廣泛應(yīng)生活中，而與它相配套的光電隔離器已經(jīng)有現(xiàn)成的產(chǎn)品，這種器件一般稱為北耦，用于不^同負(fù)載下例如MOC3011用于110V交流，而MOC3041等用于220V交流使用雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器，常用E勺有MOC3000系列電壓使。'在驅(qū)動(dòng)電卜路中，R1為限流電阻，一般在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，其輸出可以用OC門驅(qū)動(dòng)，在光隔輸出端，于雙向晶閘管并聯(lián)的RC是為了在感性負(fù)載時(shí)，吸收與電流不同步的第3章自并勵(lì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1軟件實(shí)現(xiàn)功能總述本次設(shè)計(jì)所提供的電源是220V交流電源，運(yùn)用直流穩(wěn)壓電源將其變換為可靠穩(wěn)定的+5V電源，從而能夠安全穩(wěn)定的為AT89C51單片機(jī)提供電源。其中經(jīng)歷了變壓，整流，濾波和穩(wěn)壓四個(gè)過(guò)程，在整流階段，選用三相橋式半波整流的方法，在穩(wěn)壓過(guò)程中選用了三端穩(wěn)壓器W7805，從而使輸出的直流電源是可靠穩(wěn)定的+5V電源。通過(guò)直流穩(wěn)壓電源為單片機(jī)提供電源，單片機(jī)可以正常工作，通過(guò)選擇合理的內(nèi)部時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，并且對(duì)單片機(jī)軟件進(jìn)行編程，使單片機(jī)能夠?qū)ν獠框?qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。在驅(qū)動(dòng)控制電路中，選擇光電隔離器MOC3041，使單片機(jī)與外部驅(qū)動(dòng)控制電路進(jìn)行隔離，并且利用單片機(jī)對(duì)外部電路進(jìn)行控制，就可以使。設(shè)計(jì)某臺(tái)機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組功率的合理分配3.2流程圖設(shè)計(jì)為了更好的完成上述功能，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)來(lái)完成，首先單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、控制角的計(jì)算、調(diào)節(jié)PID系數(shù)等功能，再完成六路脈沖的產(chǎn)生和觸發(fā)的功能。主程序流程圖如圖3.1所示?？刂葡到y(tǒng)上電后首先執(zhí)行的是初始化和自檢，初始化包括標(biāo)志位和變量的初始化、中斷初始化、設(shè)置各接口芯片初始化、還包括各種程序模塊的初始化等等。初始化結(jié)束以后，表明勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，接著程序進(jìn)入起勵(lì)的設(shè)置和起勵(lì)條件的判別，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等待轉(zhuǎn)速信號(hào)，在發(fā)電機(jī)開機(jī)而轉(zhuǎn)速未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的95%之前將電壓給定值設(shè)置在空載額定位置，轉(zhuǎn)速一旦達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的95%，則主程序立刻進(jìn)入主循環(huán)：首先是數(shù)據(jù)采集和處理部分，主要由三個(gè)子模塊組成：電機(jī)出口交流電壓采樣處理子模塊、電機(jī)出口交流電流采樣處理子模塊和勵(lì)磁電壓采用處理子模塊。然后進(jìn)入功率因數(shù)采集計(jì)算，它利用徽處理器的外部中斷0和定時(shí)器1的聯(lián)合使用來(lái)完成對(duì)功率因數(shù)的采樣和計(jì)算，并且采用數(shù)字濾波的方式最后求得功率因數(shù)；無(wú)功調(diào)差模塊可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功的合理分配，以適應(yīng)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的需要；PID調(diào)節(jié)計(jì)算模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果與額定值進(jìn)行比較，從而進(jìn)行PID調(diào)節(jié)計(jì)算來(lái)算出可控硅的控制角；限制控制子模塊則是為保證發(fā)電

機(jī)的正常及安全運(yùn)行而設(shè)啟動(dòng) 序流程圖模擬量檢測(cè)發(fā)電機(jī)出1口電壓初出口電流和勵(lì)|磁電壓。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543對(duì)這幾個(gè)量進(jìn)行采集，采用皿算法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，計(jì)算兩個(gè)相鄰時(shí)刻電壓的因數(shù)在系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的參數(shù)，它反偏差值，出口電流也是如此。因?yàn)楣β?.3程序清單偏差值，出口電流也是如此。因?yàn)楣β蔕RG0000HSJMPMAINORG0030HSTART:MOVSP,#60HMOVTMOD,#10HMOVTL1,#00HMOVTH1,#4BHMOVR0,#00HMOVR1,#20HSETBTR1SETBEALCALLL_DELAYSJMP$INT_T1:PUSHACC返計(jì)算角的正弦值MOVR7,#8。MOVR6,#8MOVR5,#4MOVA,#00HLOOP:MOVP1,A。RLAINCA返計(jì)算角的正弦值MOVR7,#8。MOVR6,#8MOVR5,#4MOVA,#00HLOOP:MOVP1,A。RLAINCAACALLMAIN0。DJNZR7,LOOPPUSHPSWPUSHDPLPUSHDPH返CLRTR1MOVTL1,#00HMOVP1,A；RRA；SUBBA,#08H。ACALLMAIN0

MOVTH0,DPHMOVTL1,#236。MOVTH0,DPHMOVTL1,#236。MOVTH1,#236JNBTF0,$。?0msCLRTF0。?0msCPLP3.5JNBTF1,MAIN0。CLRTF1RETMAIN2:MOVA,#00H；MOVP1,ACPLAACALLMAIN0DJNZR5,MAIN2LJMPLOOPMAIN0:MOVDPTR,#15536。MOVTL0,DPL第4章MATLAB建模仿真分析4.1Matlab軟件簡(jiǎn)介MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。Simulink是MATLAB各種工具箱中比較特別的。Simulink是用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，支持連續(xù)，離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于項(xiàng)目計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、項(xiàng)目中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多

的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。在Simulink環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來(lái)畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。4.2系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計(jì)通過(guò)研究得知組成系統(tǒng)的幾個(gè)主要部分分別是發(fā)電機(jī)組，三相變壓器，輸電線路，負(fù)載，故障元件，測(cè)量?jī)x器以及標(biāo)準(zhǔn)電壓源。在Simulink的擴(kuò)展工具箱中找到SimPowerSystems，或者直接在提示符下鍵入powerlib打開電力系統(tǒng)模塊庫(kù)，選擇建模所需要的模塊。使用同步發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)和水輪機(jī)調(diào)速器來(lái)組成發(fā)電機(jī)組。在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的參數(shù)設(shè)置時(shí)，」，」，」按照上述的額定值進(jìn)行設(shè)置，轉(zhuǎn)子類型、凸極，余相可用模塊的默認(rèn)值。三相變壓器選擇雙繞組三相變壓器，將變比設(shè)置為13.8/230＜高壓側(cè)額定電壓為220KV)，低壓繞組三角形接法，高壓繞組星型接地。采用分布參數(shù)輸電線路模型模擬220(KM＞的高壓線。另外，將標(biāo)準(zhǔn)電壓源的容量設(shè)置成10E10來(lái)模擬無(wú)窮大系統(tǒng)。首先用模塊建立一個(gè)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)，仿真后觀察電壓電流波形，待穩(wěn)定后，再將故障元件加入其中，這樣才能保證故障切除后系統(tǒng)最終能恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。本文以單相接地短路故障為例，仿真模型如圖4.1所示Three-phaseTransformer(JwoWind|ng^W系統(tǒng)仿真模型圖有YNThree-phaseTransformeruvoWindings)3-PhaseSoureel前面部分簡(jiǎn)單說(shuō)明了仿真建模的過(guò)程，為了能把最后的形同時(shí)顯示在一個(gè)界面中以便比較和分析；設(shè)計(jì)一個(gè)圖形界面撰僅能隨意地選擇故障類型進(jìn)而且還能單獨(dú)蠹各相的電壓電流波形圖。要實(shí)行仿真，讓波形全部顯Three-phaseTransformer(JwoWind|ng^W系統(tǒng)仿真模型圖有YNThree-phaseTransformeruvoWindings)3-PhaseSoureel前面部分簡(jiǎn)單說(shuō)明了仿真建模的過(guò)程，為了能把最后的形同時(shí)顯示在一個(gè)界面中以便比較和分析；設(shè)計(jì)一個(gè)圖形界面撰僅能隨意地選擇故障類型進(jìn)而且還能單獨(dú)蠹各相的電壓電流波形圖。要實(shí)行仿真，讓波形全部顯，現(xiàn)這樣的功能需要在界面對(duì)應(yīng)M文件哩輯相應(yīng)的函數(shù)DiiributedParamsWMeasurement!，使界面和仿真模型聯(lián)系起來(lái)。如圖4.2所示即為系統(tǒng)仿真波形圖分析圖4.2所示的波形，仿真開始時(shí).系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電壓電流波SimplifiedSynchronousMachineSIUnits形都按正弦波變化，當(dāng)B相C相0.詼接地短路時(shí)，可以觀察到這兩相對(duì)地電壓劇降為零，A相非故障相