基于LPC11c14勵磁控制器的研究與設(shè)計.pdf

1、勵磁控制器是同步發(fā)電機勵磁裝置的一個重要組成部分，直接影響同步發(fā)電機綜合性能，是決定電力裝置安全穩(wěn)定的因素之一。然而許多農(nóng)村小型水電站的勵磁裝置，可靠性低、技術(shù)落后，甚至有些小型水電站未安裝勵磁裝置，大大影響了水電站的綜合效益。針對這些小型水電站同步發(fā)電機勵磁裝置存在的問題及根據(jù)重慶國能水電設(shè)備公司的研發(fā)要求，在閱讀國內(nèi)外大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，研究與設(shè)計了基于LPC11c14 MCU的勵磁控制器，以提高農(nóng)村小型水電站同步發(fā)電機勵磁裝置的

2、綜合性能。
　　本研究分為六個部分：第1章簡要介紹了同步發(fā)電機勵磁控制器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及課題意義。雖然在20世紀80年代國際國內(nèi)勵磁控制器就已進入實用階段，但在我國農(nóng)村大量中小型水電站已經(jīng)運行數(shù)十年之久、基本沒有進行過設(shè)備更新和技術(shù)改造、存在較大安全問題的情況下，研究開發(fā)針對農(nóng)村中小型水電站的勵磁控制器，提高同步發(fā)電機組的綜合性能，具有重要意義和廣闊的市場前景。第2章首先分析了通用勵磁控制器的基本構(gòu)成，然后針對農(nóng)村中小型水電站的

3、具體需求，提出了基于LPC11c14 MCU的勵磁控制器方案。該方案包含LPC11c14 MCU、對電流互感器/電壓互感器來的交流和直流模擬信號進行轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換模塊、對交流信號進行降壓/濾波/整形的同步信號產(chǎn)生模塊、用于接收和發(fā)送至上位機的命令和信息的通信模塊、用于定時功能的定時/計數(shù)模塊以及開關(guān)量輸入/輸出模塊。第3章詳細闡述了勵磁控制器各功能模塊的硬件設(shè)計過程。勵磁控制器的開關(guān)量輸入信號包括開/停機信號、油開關(guān)等信號，開關(guān)量輸出

4、信號主要是起勵信號，開關(guān)量輸入、輸出采用了光電隔離技術(shù)。系統(tǒng)需要采集的模擬信號包括機端電壓、電網(wǎng)電壓、機端電流，對這些信號的采集采用直流采樣法，通過模擬式電壓、電流變送器，將電網(wǎng)或者同步發(fā)電機的交流信號經(jīng)過 AC/AC轉(zhuǎn)換成與其對應(yīng)的低壓交流電壓信號，再使用橋式整流電路將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號，經(jīng)放大濾波整形處理。同步移相觸發(fā)模塊由頻率測量電路、同步移相脈沖形成電路、脈沖功率放大電路等環(huán)節(jié)組成。為了減少諧波保證較好的波形，采用了觸發(fā)晶閘

5、管移相原理來實現(xiàn)觸發(fā)脈沖。勵磁功率單元采用了單相半控橋式整流電路。通信單元的設(shè)計利用LPC11c14提供的RS232接口，實現(xiàn)了勵磁控制器與人機界面ET050的通信。第4章詳細闡述了勵磁控制器各功能模塊的軟件設(shè)計過程。軟件模塊包括系統(tǒng)初始化模塊、電量計算模塊、單元調(diào)節(jié)模塊、同步信號捕獲中斷服務(wù)程序、A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序以及同步移相觸發(fā)中斷服務(wù)程序。系統(tǒng)初始化模塊完成對LPC11c14的系統(tǒng)時鐘、GPIO、UART、ADC、定時器的初始

6、化；電量計算模塊根據(jù)ADC采樣值計算機端電壓、有功功率、電網(wǎng)電壓、無功功率、勵磁電流等電量值；單元調(diào)節(jié)模塊根據(jù)PID算法對機端電壓進行控制；同步信號捕獲中斷服務(wù)程序要完成同步發(fā)電機的頻率測量和AD啟動以及一些初始化功能。A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序完成模擬量的測量。同步移相觸發(fā)中斷服務(wù)程序通過定時器來實現(xiàn)同步脈沖的觸發(fā)。第5章對勵磁控制器進行實驗室測試及現(xiàn)場運行測試。測試結(jié)果顯示，各單元相對應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性、精確性都比較高，各項功能滿