同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的控制器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、煤炭、電力、水利、供汽等諸多領(lǐng)域中，勵(lì)磁系統(tǒng)在同步電動(dòng)機(jī)的控制具有重要作用，而傳統(tǒng)的勵(lì)磁技術(shù)存在設(shè)備故障率高、性能不穩(wěn)定等缺陷，使同步電動(dòng)機(jī)頻繁損壞，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)，本設(shè)計(jì)針對傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)中存在問題進(jìn)行改進(jìn)，提高同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)仔細(xì)研究了

2、同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理，利用新華龍C8051F350高性能16位單片機(jī)設(shè)計(jì)主控核心，以TCA785作為脈沖發(fā)生器，并以LCD12864作為顯示模塊，采用交流采樣傅式算法設(shè)計(jì)了無刷同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，對傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。</p><p>　　通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)、硬件實(shí)驗(yàn)以及波形分析得出此設(shè)計(jì)系統(tǒng)較傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)具有采樣精度高，移相范圍廣，顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)，且系統(tǒng)模塊化程度較高，易于控制，證明了此設(shè)計(jì)的可實(shí)施性。&l

3、t;/p><p>　　關(guān) 鍵 詞: 同步電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁控制, TCA785, C8051F350</p><p>　　研究類型： 應(yīng)用研究</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義</p><p>　　1.1.1課題研究背景</p>&

4、lt;p>　　目前,國內(nèi)外的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制與保護(hù)電路大多仍采用模擬元器件組成,本身存在很大的缺點(diǎn),從而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)不能很好地維持在額定功率因數(shù)下運(yùn)行,為解決此問題采用同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)微機(jī)化。實(shí)現(xiàn)恒勵(lì)磁電流和恒功率因數(shù)工作方式,以及作為調(diào)試及試驗(yàn)條件下的恒角工作方式。</p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤炭、冶金、電力、水利、城市供水、供汽等諸多領(lǐng)域中，一方面它為工業(yè)

5、企業(yè)提供源源不斷的動(dòng)力； 另一方面它向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，改善電網(wǎng)質(zhì)量。對同步電動(dòng)機(jī)的控制，是通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁裝置來完成，而傳統(tǒng)的勵(lì)磁技術(shù)存在嚴(yán)懲缺陷，使同步電動(dòng)機(jī)頻繁損壞，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)，給企業(yè)帶來巨大的損失。隨著數(shù)字化控制技術(shù)和半導(dǎo)體可控硅整流技術(shù)的發(fā)展，新的勵(lì)磁技術(shù)不斷完善，淘汰及改造傳統(tǒng)勵(lì)磁裝置的任務(wù)尤為迫切。</p><p>　　1.1.2 課題研究的目的和意義</p><p>

6、　　隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力供需矛盾越來越突出，然而電能浪費(fèi)現(xiàn)象也很嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在工業(yè)技術(shù)裝備水平和管理水平比較落后，線路功率因數(shù)低，用電設(shè)備效率低，能源消耗高。同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),可以通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流來改變其無功電流和無功功率的消耗。因此,同步電動(dòng)機(jī)可以在功率因數(shù)時(shí),或者在功率因數(shù)超前的情況下運(yùn)行,是理想的節(jié)能型電力拖動(dòng)設(shè)備。</p><p>　　本課題的主要目的是通過分析同步電

7、機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理以及控制規(guī)律，設(shè)計(jì)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的控制器?？刂破魇莿?lì)磁系統(tǒng)工作的重要組成環(huán)節(jié)。通過開發(fā)試制控制器來分析勵(lì)磁系統(tǒng)的工作性能，并且提出改善和提高勵(lì)磁系統(tǒng)性能的方案。</p><p>　　現(xiàn)用同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁裝置大部分是老產(chǎn)品,勵(lì)磁電流的大小是用感應(yīng)調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)備不僅體積大、笨重,而且調(diào)壓器要消耗大量電能。同步電動(dòng)機(jī)能發(fā)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，有助于充分利用電能，過載能力強(qiáng)、功

8、率因數(shù)高、轉(zhuǎn)速不變以及轉(zhuǎn)矩受電源電壓影響較小等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的微機(jī)控制在當(dāng)今是非常急迫的，需求空間很大。</p><p><b>　　1.2論文主要內(nèi)容</b></p><p>　　論文首先對同步電動(dòng)機(jī)工作原理進(jìn)行分析，引入勵(lì)磁控制系統(tǒng)，主要由信號采集通道、單片機(jī)主控系統(tǒng)、移相脈沖輸出單元組成，將每個(gè)部分模塊化以便于理解設(shè)計(jì)理念。</p><

9、p>　　以C8051F350單片機(jī)為核心進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括信號調(diào)理電路、LF398采樣保持器、電壓放大電路和TCA785芯片觸發(fā)脈沖的發(fā)生器。</p><p>　　軟件程序基于交流傅式算法對電網(wǎng)信號進(jìn)行采樣和計(jì)算，由D/A輸出與電網(wǎng)功率因數(shù)相對應(yīng)得電壓，對TCA785芯片觸發(fā)脈沖的發(fā)生器進(jìn)行移相控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中加入顯示部分，利用LCD1286

10、4液晶顯示模塊可以方便的觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，更好的進(jìn)行控制及保護(hù)。</p><p>　　2 同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理</p><p>　　2.1 同步電動(dòng)機(jī)工作原理 </p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的交流電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對數(shù)p、電源頻率f之間滿足n=f/p。轉(zhuǎn)速n決定于電源頻率f，故電源頻率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速不變，且與負(fù)載

11、無關(guān)。同步電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定性高和過載能力大等特點(diǎn)。常用于多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)、精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)和大型設(shè)備(如軋鋼機(jī))等。 </p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)是屬于交流電機(jī)，定子繞組與異步電動(dòng)機(jī)相同。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一樣的，所以稱為同步電動(dòng)機(jī)。正由于這樣，同步電動(dòng)機(jī)的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)容性負(fù)載。為此，在很多時(shí)候，同步電動(dòng)機(jī)是用以改進(jìn)供電系統(tǒng)功率因數(shù)。<

12、/p><p>　　當(dāng)在定子繞組通上三相交流電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，鼠籠繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)之后，其速度慢慢增高到稍低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，此時(shí)轉(zhuǎn)子磁場線圈經(jīng)由直流電來激勵(lì)，使轉(zhuǎn)子上面形成一定的磁極，這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉(zhuǎn)磁極，這樣就增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的速率直至與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)為止。</p><p>　　下面由同步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖進(jìn)行分

13、析：</p><p>　　圖2.1 同步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖</p><p>　　由同步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖的到同步電動(dòng)機(jī)的基本方程：</p><p>　　由基本方程畫出時(shí)空相-矢量圖：</p><p>　?。╝） (b)(c)</p><p>　　圖2.2 同步電動(dòng)機(jī)的時(shí)空相-矢量圖</p>

14、<p>　　將上圖相互比較，只是電流相量的方向以及阻抗的相量的方向變反了，其他的相-矢量的方向一致。這是由于電動(dòng)機(jī)慣例和發(fā)電機(jī)慣例相比較，電動(dòng)勢和電壓的正方向沒變，空間坐標(biāo)+A的位置也沒變，所以相應(yīng)的電動(dòng)勢及磁動(dòng)勢的方向也不變，只是這是電樞磁動(dòng)勢和電流的方向相反，即產(chǎn)生了負(fù)磁動(dòng)勢。</p><p>　　2.2 同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線 </p><p>　　電流正方向改變后，角

15、就小于90度了，如果算出電功率為正值，表示電動(dòng)機(jī)從電源吸收電功率；若為負(fù)值，為發(fā)出電功率。對于無功功率, 若算出為正值，表示電動(dòng)機(jī)從電源吸收無功功率；若為負(fù)值，為發(fā)出無功功率。</p><p>　　(a)圖為過勵(lì)磁電流情況， <0，無功功率為負(fù)值，即同步電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)輸出無功功率；</p><p>　　(b)圖為正常勵(lì)磁電流情況， =0，無功功率為0，無功功率處于平衡狀態(tài)；</p

16、><p>　　(c)圖為正常勵(lì)磁電流情況， >0，無功功率為正值，即同步電動(dòng)機(jī)從電源吸收無功功率；</p><p>　　三種勵(lì)磁電流情況下的有功功率均為正值，說明點(diǎn)擊從電源吸收有功功率。在某一固定負(fù)載下，改變它的勵(lì)磁電流，找出它的電樞電流的變化曲線，當(dāng)保持另一恒定負(fù)載改變勵(lì)磁電流，又可得到另一條曲線，這就是電動(dòng)機(jī)的V形曲線。</p><p>　　圖2.3同步電動(dòng)機(jī)

17、的V型曲線</p><p>　　圖2.3中Pm1>Pm2>Pm3>Pm，把各條V形曲線上功率因數(shù)相同的點(diǎn)連接，得到等功率因數(shù)線，在圖中的點(diǎn)，電樞電流最?。浑姌须娏髟龃?，還可總結(jié)出，比正常勵(lì)磁電流小的情況，功率因數(shù)是滯后性的，相反的情況，功率因數(shù)是超前的。得到等功率因數(shù)線之后各個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的功率因數(shù)就可以大致估計(jì)得到，過分減小勵(lì)磁電流，同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行就要進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域，影響電機(jī)的正常運(yùn)行。</p

18、><p>　　由此可以總結(jié)出勵(lì)磁控制對于同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況起著重要的作用</p><p><b>　　3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　同步電動(dòng)機(jī)由6KV電網(wǎng)電源給電機(jī)定子供電，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流由獨(dú)立的三相電源經(jīng)晶閘管整流橋整流供電，這構(gòu)成

19、了系統(tǒng)主回路?；ジ衅鬟M(jìn)行一次降壓，變壓器二次降壓送入信號調(diào)理電路，信號調(diào)理輸出接采樣保持器構(gòu)成了控制回路的輸入通道。單片機(jī)D/A輸出經(jīng)電壓放大電路送到TCA785的移相控制端構(gòu)成控制回路的輸出通道。以下給出了系統(tǒng)整體框圖:</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)整體硬件框圖</p><p>　　勵(lì)磁系統(tǒng)一般由兩部分構(gòu)成:第一部分是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器部分,通過測量、比較、計(jì)算等環(huán)節(jié)控制勵(lì)磁功率的大小是

20、；第二部分勵(lì)磁功率部分,向同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供可調(diào)節(jié)的直流勵(lì)磁電流,改變同步電機(jī)的功率因數(shù),進(jìn)而改善系統(tǒng)的功率因數(shù)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。</p><p>　　第一部分是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器部分主要由信號采集系統(tǒng)以及單片機(jī)主控系統(tǒng)組成。信號采集系統(tǒng)主要利用LM358以及LM324集成運(yùn)放器與附加電路組成，分為4部分：濾波，跟隨，偏置，反向，最終形成單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器可以直接采集的直流量。單片機(jī)主控系統(tǒng)選用新華龍C8051F3

21、50高性能16位單片機(jī)設(shè)計(jì)主控核心，它具有運(yùn)算速度高，自身帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A輸出等強(qiáng)大功能，滿足設(shè)計(jì)所需要求。</p><p>　　第二部分勵(lì)磁功率部分,設(shè)計(jì)采用德國西門子公司TCA785移相觸發(fā)器屬單片移相觸發(fā)器，為雙列直插式16 腳大規(guī)模集成電路，具有輸出脈沖整齊度好、移相范圍寬、輸出脈沖寬且可人為調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的D/A輸出通過電壓放大與TCA785的控制端連接，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)移相角度的要求。</p

22、><p>　　設(shè)計(jì)加入了LCD12864液晶顯示部分，它相對于1602具有顯示屏幕更大，內(nèi)含強(qiáng)大的中文字庫等優(yōu)點(diǎn)，能方便通過觀察電壓，電流，有功，無功的量了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，方便的進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，防止故障的擴(kuò)大。</p><p>　　軟件由主程序、中斷服務(wù)程序、AD轉(zhuǎn)換程序、顯示程序、以及各個(gè)子程序組成。主程序主要進(jìn)行參數(shù)的顯示和修改,中斷服務(wù)程序?yàn)槎〞r(shí)中斷。單片機(jī)對于勵(lì)磁裝置的所有控制功能均在中

23、斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)和完成的,它由兩部分組成,分別是投勵(lì)控制、勵(lì)磁控制。各部分相結(jié)合對勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。單片機(jī)系統(tǒng)由C8051F350為主控核心，對LF398控制邏輯端進(jìn)行采樣/保持的控制選擇，保證一個(gè)信號周期內(nèi)采到12個(gè)點(diǎn)，對波形進(jìn)行還原，單片機(jī)的D/A輸出端經(jīng)過電壓放大電路接TCA785的移相控制端，保證TCA785輸出可移相的脈沖對晶閘管控制。</p><p>　　圖3.2 單片機(jī)系統(tǒng)圖</p&g

24、t;<p>　　3.2 新華龍C8051F350高性能16位單片機(jī)介紹</p><p>　　C8051F350/1/2/3 器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU。下面列出了一些主要特性：</p><p>　　1） 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP-51 內(nèi)核（可達(dá) 50 MIPS） </p><p>　　2） 全速、非侵入式的在

25、系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） </p><p>　　3） 24 或 16 位單端/差分 ADC，帶模擬多路器 </p><p>　　4） 兩個(gè) 8 位電流輸出 DAC </p><p>　　5） 高精度可編程的 24.5MHz 內(nèi)部振蕩器 </p><p>　　6） 8KB 在片 FLASH 存儲器 </p><p>

26、　　7） 768 字節(jié)片內(nèi) RAM </p><p>　　8） 硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/ I</p><p>　　9） 增強(qiáng)型UART和SPI串行接口 </p><p>　　10） 4 個(gè)通用的 16 位定時(shí)器</p><p>　　圖3.3 C8051F350/1/2/3內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖

27、3.4 C8051F350/1/2/3外部引腳圖</p><p>　　具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的 C8051F350/1/2/3 是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 </p><p>　

28、　C8051F350/1/2/3 系列MCU在 CIP-51內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051 中，除 MUL和 DIV以外所有指令都需要 12 或 24 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 12-24MHz。而對于 CIP-51 內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4

29、 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，沒有執(zhí)行時(shí)間超過 8個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的指令。 </p><p>　　擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)允許大量的模擬和數(shù)字獨(dú)立工作，在需要時(shí)才中斷控制器。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的 MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。MCU有多達(dá)8 個(gè)復(fù)位源：上電復(fù)位電路（POR）、一個(gè)片內(nèi)VDD監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于VRST時(shí)強(qiáng)制復(fù)位） 、一個(gè)看

30、門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測器、一個(gè)由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和FLASH讀/寫錯(cuò)誤保護(hù)電路復(fù)位。除了POR、復(fù)位輸入引腳及FLASH操作錯(cuò)誤這三個(gè)復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。在一次上電復(fù)位之后的MCU初始化期間，WDT可以被永久性使能。 </p><p>　　C8051F350/1/2/3 器件的內(nèi)部振蕩器在出廠時(shí)已經(jīng)被校準(zhǔn)為 24.5MHz ±2%

31、。 器件內(nèi)還集成了外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC 或外部 CMOS 時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。時(shí)鐘乘法器允許工作時(shí)鐘頻率達(dá)到 50MHz。外部振蕩器在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的， 它允許 MCU從一個(gè)低頻率 （節(jié)電） 外部晶體源運(yùn)行， 當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速 （可達(dá) 25MHz）的內(nèi)部振蕩器。</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換器及D/A輸出</p><p>

32、　　新華龍C8051F350高性能16位單片機(jī)自身內(nèi)部有全差分24位 （C8051F350/1） 或16位 （C8051F352/3） Sigma-Delta 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） ，該ADC具有在片校準(zhǔn)功能。兩個(gè)獨(dú)立的抽取濾波器可被編程到1KHz的采樣率?？梢允褂脙?nèi)部的2.5V電壓基準(zhǔn)，也可以用差分外部基準(zhǔn)進(jìn)行比率測量。ADC0中包含一個(gè)可編程增益放大器，有8種增益設(shè)置，最大增益可達(dá)128倍。</p><p>

33、;　　圖3.5 ADC0原理框圖</p><p>　　C8051F350/1//2/3內(nèi)部有兩個(gè)8位電流方式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（IDAC） 。IDAC的最大輸出電流可以有四種不同的設(shè)置：0.25mA、0.5mA、1mA和2mA。IDAC具有靈活的輸出更新機(jī)制，允許無縫滿度變化，支持無抖動(dòng)波形更新。IDA0有三種更新方式：軟件命令、定時(shí)器溢出或與外部信號同步。</p><p>　　圖3.5 ID

34、AC0原理框圖</p><p>　　A/D采樣之后利用傅式算法求出三相的有功功率、無功功率、功率因數(shù)，再根據(jù)求到的功率因數(shù)的大小對D/A寄存器的值進(jìn)行相應(yīng)的控制，最終達(dá)到對觸發(fā)脈沖的移相控制的目的。 </p><p>　　3.4 信號采集系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)的A/D只能接收處理0V到2.5V的信號，所以要把電網(wǎng)上的電壓電流信號進(jìn)行多級

35、處理。實(shí)驗(yàn)中用一個(gè)變比為220/6的變壓器首先將電壓信號進(jìn)行1級處理，變壓器次級6V電壓經(jīng)過電位器繼續(xù)降低到有效值為2V左右的電壓值，有效值為2V左右的信號再經(jīng)過信號調(diào)理電路就可以變?yōu)閱纹瑱C(jī)可以處理的合適的信號了。整個(gè)信號調(diào)理電路分為四級，包括低通濾波電路、電壓跟隨器、偏置電路和反相電路。</p><p>　　信號調(diào)理電路的輸入為變比為220/6的變壓器經(jīng)過電位器降低之后的電壓輸出，信號調(diào)理電路的輸入與輸出之間的

36、對應(yīng)關(guān)系為：5.7Vo-6.85=Vi，這樣就能保證信號調(diào)理電路的輸出符合單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換的輸入。</p><p>　　3.4.1信號調(diào)理電路</p><p>　　整個(gè)信號調(diào)理電路分為四級，包括低通濾波電路、電壓跟隨器、偏置電路和反相電路。</p><p>　　圖 3.6 信號調(diào)理電路</p><p><b>　　1）低通濾波電路：

37、</b></p><p>　　圖 3.7 低通濾波電路</p><p><b>　　理論分析：</b></p><p>　　低通濾波電路是阻止信號的高頻成分，只讓低頻成分通過的電路。</p><p><b>　　傳遞函數(shù)：</b></p><p><b>

38、;　　（3-1）</b></p><p><b>　　截止函數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　增益的幅值：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p>&

39、lt;p><b>　　相角為：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　參數(shù)選取：，。</b></p><p>　　代入式（3-2）可得：</p><p>　??； （3-5）</p><p>

40、<b>　　增益為：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　相角為：</b></p><p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：</p><p>　

41、　圖3.8 電位器輸出與濾波輸出波形</p><p>　　由示波器波形可以觀測到，模擬電壓信號幅值為約1.4V，相位為；低通濾波器輸出信號幅值約為1V，A為0.73，相位約為。由萬用表測量可以得到，模擬電壓信號有效值為1V，低通濾波器的輸出信號有效值為0.7V。所以，低通濾波電路設(shè)計(jì)正確，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　2）電壓跟隨器</b></p

42、><p>　　為了避免電壓調(diào)理電路的偏置電路對低通濾波器的輸出信號產(chǎn)生干擾，所以設(shè)置了一級電壓跟隨器。電壓跟隨器電路如圖 3.9所示。</p><p>　　圖 3.9 電壓跟隨器</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電壓跟隨器的輸出波形如圖所示。</p><p>　　圖3.10 電壓跟隨器輸入輸出 </p><p>　　

43、從波形可以看出跟隨器輸入和輸出波形是完全一致的，因此電壓跟隨器設(shè)計(jì)正確，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　3）電壓偏置電路</b></p><p>　　從示波器的顯示波形可以很明顯的看出，電壓跟隨器輸出的信號依然是正弦波的交流信號，而單片機(jī)的ADC模塊的輸入信號為0～2.5V的直流信號，所以，電壓跟隨器輸出的信號必須經(jīng)過變換才能輸入到單片機(jī)的ADC模塊。&l

44、t;/p><p>　　在設(shè)計(jì)中選擇電壓偏置電路，相對于其他整流電流來說，偏置電路原理簡單，調(diào)試方便，應(yīng)用也很成熟。電路圖如圖所示。</p><p>　　由電路圖可以列出輸入與輸出的理論關(guān)系式為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　（3-9）</b></p&

45、gt;<p>　　其中，為電壓偏置電路的輸入即為電壓跟隨器的輸出信號；</p><p>　　5(V)為偏置電壓；</p><p>　　為偏置電路的輸入和輸出阻抗；</p><p>　　為限流電阻，不參與輸入輸出參數(shù)的計(jì)算。</p><p>　　圖3.11 電壓偏置電路</p><p>　　選取，代入式（3

46、-9）得 </p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　的幅值為1.05V，所以它的取值范圍為（+1.05～-1.05），所以，由上式可得：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></

47、p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：偏置電路的輸入輸出波形如圖3.12所示</p><p>　　圖 3.12 偏置電路輸入波形與輸出波形</p><p>　　由波形可以看出，輸出信號的值約為-0.95V～-1.58V，基本符合理論結(jié)果。所以，偏置電路正確，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　4）反相電路</b></p

48、><p>　　由于 A/D的輸入電壓必須為正值，偏置電路的輸出信號為負(fù)值，依然不能作為輸入信號送入A/D，所以選用反相器電路來實(shí)現(xiàn)這一功能。</p><p>　　圖3.13 反相電路</p><p>　　反相比例運(yùn)放的功能為輸入信號和輸出信號相位不變，幅值成負(fù)比例放大,所以實(shí)際上這里的反相比例放大電路其實(shí)就是一個(gè)反相電路。</p><p>　　

49、輸出電壓： </p><p><b>　　（3-13)</b></p><p>　　其中，。所以，可得，即相位相同，幅值大小相反。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入輸出波形如圖3.14所示。 </p><p>　　

50、圖 3.14 反相器輸入、輸出信號比對 </p><p>　　由圖3.14可以看出，反相比例放大電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合理論計(jì)算值，反相比例放大電路正確，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　綜上所述，整個(gè)模擬電壓信號調(diào)理電路的輸入為交流1.45V信號，輸出為（0.9～1.57V）的直流信號，可以用做A/D的輸入信號。整個(gè)信號調(diào)理電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合理論計(jì)算值，符合設(shè)計(jì)要求。</p&

51、gt;<p>　　3.4.2 LF398采樣保持器 </p><p>　　采樣保持電路的基本組成如圖所示。采樣保持電路一般由保持電容C、輸入輸出緩沖器以及控制開關(guān)三部分組成。</p><p>　　圖3.15 采樣保持電路的基本組成</p><p>　　采樣保持電路有兩種工作模式，一種是采樣模式，一種是保持模式。在采樣模式期間，開關(guān)S 閉合，輸入緩沖

52、器A1 通過閉合的開關(guān)S 給保持電容C 快速充電，使采樣保持電路的輸出跟隨模擬量輸入電壓變化。在開關(guān)S 接通時(shí)，電容C 充電時(shí)間越短越好，使其迅速達(dá)到輸入電壓。在保持模式期間，模式控制信號使開關(guān)S 斷開，輸出緩沖器A2的輸入阻抗高，電容將保持充電時(shí)的最高值，即保持命令發(fā)出時(shí)刻的模擬量輸入值，直到保持命令撤銷時(shí)為止。此時(shí)，采樣保持電路重新跟蹤輸入信號的變化，直到下一個(gè)保持命令到來為止。</p><p>　　LF39

53、8是一種反饋型采樣/保持放大器，它由輸入緩沖級輸出驅(qū)動(dòng)級和控制電路三部分組成。工作電源為,8角為控制邏輯端，功能框圖為：</p><p>　　圖3.16 LF398功能框圖</p><p>　　LF398由輸入緩沖級、輸出驅(qū)動(dòng)級和控制電路三部分組成?？刂齐娐分兄饕鸨容^器的作用：其中引腳7為參考電壓輸入。當(dāng)輸入控制邏輯電平高于參考端電壓時(shí)，輸出一個(gè)低電平信號驅(qū)動(dòng)開關(guān)K閉合，此時(shí)輸入信號經(jīng)

54、過 后跟隨輸出到，再由的輸出端跟隨輸出，同時(shí)向保持電容（接引腳6端）充電；而當(dāng)輸入控制邏輯電平低于參考端電壓時(shí)，輸出一個(gè)高電平信號驅(qū)動(dòng)開關(guān)K斷開，以達(dá)到非采樣時(shí)間內(nèi)保持器仍能保持原來的輸入的目的。因此、是跟隨器，其作用主要是對保持電容輸入和輸出端進(jìn)行阻抗變換，以提高采樣/保持放大器的性能。</p><p><b>　　調(diào)零電路圖： </b></p><p>　　圖3.

55、17 LF398外圍調(diào)零電路</p><p>　　LF398 的直流調(diào)零電路時(shí)用一個(gè)1K的電位器，一端接正電源，中心抽頭接芯片調(diào)零端，另一端通過電阻接地。該電阻的大小應(yīng)使1K電位器上通過電流約為0.6mA左右，調(diào)節(jié)電位器使輸入=0V時(shí)，輸出=0。</p><p>　　LF398的輸入時(shí)信號調(diào)理電路的輸出，LF398的輸出送往單片機(jī)A/D的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，把單片機(jī)的I/O口與LF398的控制邏

56、輯端相連，即可通過單片機(jī)來控制LF398的采樣/保持。 </p><p>　　3.5脈沖發(fā)生及控制器 </p><p>　　脈沖發(fā)生及控制器主要由單片機(jī)通過電壓放大對TCA 785進(jìn)行控制組成，以下分別對各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。 </p><p>　　3.5.1控制芯片TCA785 </p><p>　　德國西門子公司TCA785移

57、相觸發(fā)器屬單片移相觸發(fā)器，為雙列直插式16 腳大規(guī)模集成電路，具有輸出脈沖整齊度好、移相范圍寬、輸出脈沖寬且可人為調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在變流技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3個(gè)TCA785移相觸發(fā)器及其脈沖隔離與放大電路共同構(gòu)成相全控橋主回路可控硅觸發(fā)電路，每個(gè)TCA785移相觸發(fā)器的14、15引腳產(chǎn)生相位互差120度、寬度大于60度的脈沖，而3個(gè)TCA785移相觸發(fā)器的14或15引腳的脈沖互差120度。

58、</p><p>　　圖3.18 Tca785移相觸發(fā)器工作原理框圖</p><p>　　同步電壓經(jīng)電阻由引腳5輸入，移相范圍由引腳11的電壓決定，脈沖寬度由引腳12的外接電容決定，調(diào)節(jié)引腳10鋸齒波斜率即調(diào)節(jié)6個(gè)脈沖一致性和對稱性，引腳10鋸齒波斜率的精確調(diào)節(jié)對觸發(fā)電路性能起至關(guān)重要作用。</p><p>　　圖3.19 TCA785移相觸發(fā)器外圍接線圖<

59、;/p><p>　　(2)TCA785移相觸發(fā)器的主要參數(shù)</p><p>　　電源電壓：+8—18V或±4V～9V</p><p>　　移相電壓范圍：O．2～(Vcc一2)V</p><p>　　輸出脈沖最大寬度：1800</p><p>　　最大負(fù)載電流：400mA</p><p>　

60、　輸出脈沖高、低電平：Vcc和0．3V</p><p>　　圖3.20 TCA785的部分引腳的輸入輸出波形圖</p><p>　　以下給出了實(shí)驗(yàn)的一些波形，對TCA785工作性能直觀的體現(xiàn)，TCA785的移相范圍可從0度到180度，對應(yīng)整流橋輸出電壓的最大最小值。脈沖寬度電容選用0.1微法，脈沖寬度對應(yīng)0.84ms。，而一般晶閘管的導(dǎo)通要求為0.7ms。</p><

61、;p>　　圖3.21 TCA785移相脈沖為128度時(shí)波形</p><p>　　圖3.22 TCA785移相脈沖為180度時(shí)波形</p><p>　　圖3.23 TCA785移相脈沖寬度和幅值波形</p><p>　　實(shí)驗(yàn)表明：TCA785移相脈沖寬度和幅值滿足晶閘管觸發(fā)要求,工作特性穩(wěn)定，移相范圍廣，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。</p>&l

62、t;p>　　3.5.2 同相比例運(yùn)算放大電路</p><p>　　新華龍C8051F350高性能16位單片機(jī)自帶2個(gè)D/A輸出，對應(yīng)的I/O口味P1.6和P1.7，利用同相比例運(yùn)算放大電路將單片機(jī)D/A輸出進(jìn)行放大送到TCA785的控制腳11,就能對TCA785的脈沖輸出進(jìn)行移相控制。</p><p>　　由于單片機(jī)D/A輸出電壓不夠大，為了達(dá)到控制目的，設(shè)計(jì)了同相比例運(yùn)算放大電路

63、對D/A輸出電壓進(jìn)行放大。</p><p>　　圖3.24 同相比例運(yùn)算放大電路</p><p>　　圖中輸入電壓來自單片機(jī)的P1.6腳，即單片機(jī)的DA輸出，接入同相輸入端，但是為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓通過電阻R7仍接到反相輸入端，同時(shí)，反相輸入端通過電阻R接地。為了使集成運(yùn)放反相輸入端和同相輸入端對地電阻一致，R的電阻仍應(yīng)為R與R并聯(lián)的阻值。同相比例運(yùn)算放大電路中反饋的組態(tài)為電壓

64、串聯(lián)負(fù)反饋，利用理想運(yùn)放工作在現(xiàn)線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)“虛短”、“虛斷”來分析其電壓放大倍數(shù)。</p><p><b>　　根據(jù)：，故</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　而且 （3-15）&l

65、t;/p><p>　　由以上二式得 （3-16）</p><p>　　則同相比例運(yùn)算放大電路的電壓放大倍數(shù)為</p><p><b>　　（3-17）</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中取1K，取2.5K，所以放大倍數(shù)為3.5倍，經(jīng)試驗(yàn)證明滿足設(shè)計(jì)要求

66、。</p><p>　　3.6 三相橋可控整流電路分析</p><p>　　隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，以晶閘管等電力電子器件構(gòu)成的勵(lì)磁系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，下圖是晶閘管元件構(gòu)成的三相全控整流橋，是勵(lì)磁系統(tǒng)的主電路部分（功率單元）。</p><p>　　圖3.25 三相整流橋</p><p>　　晶閘管元件以一定次序?qū)ǎ瑸榇吮仨氁来螌чl

67、管施加觸發(fā)脈沖，這是由移相觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)的。移相觸發(fā)模塊的任務(wù)是產(chǎn)生相位可調(diào)的脈沖，用來觸發(fā)整流橋中的晶閘管，使其控制角隨綜合放大環(huán)節(jié)輸出的控制電壓U的大小而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的目的。下圖給出了晶閘管導(dǎo)通次序。</p><p>　　圖3.26 三相橋式整流電路的晶閘管導(dǎo)通次序</p><p>　　表 1 三相橋式全控整流電路工作是晶閘管的工作情況</p><p

68、>　　3.7移相觸發(fā)脈沖波形分析</p><p>　　根據(jù)以上分析，晶閘管元件以一定次序?qū)?，為此必須依次對晶閘管施加相應(yīng)次序觸發(fā)脈沖，下圖給出了移相角為60度的情況為例：</p><p>　　圖3.27 三相橋式整流電路的波形</p><p>　　得到輸出整流電壓平均值與輸入相電壓以及移相角之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：</p><p>　　即

69、通過改變移相角的大小就可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，最終達(dá)到調(diào)節(jié)功率因數(shù)的目的。</p><p><b>　　3.8 顯示</b></p><p>　　12864是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示8×4個(gè)(16×16點(diǎn)陣)漢字。它相對于1602具有顯示屏幕更大，內(nèi)含強(qiáng)大

70、的中文字庫等優(yōu)點(diǎn)，能方便通過觀察電壓，電流，有功，無功的量了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，方便的進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，防止故障的擴(kuò)大。</p><p>　　圖3.28 LCD12684液晶顯示模塊接線圖</p><p>　　表2 LCD12864顯示模塊管腳說明 </p><p>　　3.9 調(diào)試中出現(xiàn)問題及解決方法</p><p>　　1）問題：調(diào)試時(shí)

71、信號調(diào)理電路輸出通過LF398之后波形出現(xiàn)畸變，毛刺較大，沒有達(dá)到預(yù)期效果。</p><p>　　分析：LF398工作電源±3V到±15V，設(shè)計(jì)首先選用的是±12V，電源相對較高，進(jìn)入LF398的信號是偏置為正值的正弦波信號，直流電源電壓值過大會(huì)對信號產(chǎn)生干擾，使波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生毛刺。</p><p>　　解決辦法：選用±5V作為供電電源，信號輸出

72、波形有良好的改善，且電壓不能選用太低，否則會(huì)使工作性能降低。</p><p>　　2）問題：LF398外圍電路中的調(diào)零電路分為交流調(diào)零和直流調(diào)零，但是兩個(gè)調(diào)零電路都接入時(shí)，調(diào)零效果并不理想。</p><p>　　分析：兩個(gè)調(diào)零電路相互干擾，使信號產(chǎn)生偏移。</p><p>　　解決辦法：只選用直流調(diào)零電路，信號輸出波形有良好的改善，調(diào)零效果滿足要求</p>

73、;<p>　　3）問題：單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換出現(xiàn)亂碼。</p><p>　　分析：根據(jù)單片機(jī)的使用手冊，在使用A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需接外部參考電壓，并在單片機(jī)初始化時(shí)對相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置。</p><p>　　解決辦法：用電位器從外部電源盒取2.5V作為單片機(jī)的參考電壓，A/D轉(zhuǎn)換寄存器中亂碼消失，證明分析正確。</p><p><b>　　4 軟

74、件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了開發(fā)和調(diào)試方便，保證程序及其運(yùn)行的可靠性，因此程序設(shè)計(jì)中的一些原則就顯得十分重要，關(guān)鍵在于模塊化的編程方法，根據(jù)功能將程序分為不同的功能模塊。系統(tǒng)軟件的主要工作為：對采樣值進(jìn)行計(jì)算還原，控制輸出大小，并顯示運(yùn)行狀態(tài)。</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)目標(biāo):</b></p><p>　　◆準(zhǔn)

75、確采樣模擬電壓信號和模擬電流信號；</p><p>　　◆用LCD12864顯示計(jì)算結(jié)果有效值U,I,P,Q；</p><p>　　◆通過C8051F350的DA控制TCA785的控制電壓大?。?lt;/p><p>　　◆根據(jù)無功Q的大小改變TCA785的脈沖，進(jìn)行相應(yīng)的移相角調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　4.1主程序設(shè)計(jì)<

76、/b></p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 信號采集傅式算法</p><p>　　當(dāng)采用交流采樣時(shí)，交流信號要經(jīng)過計(jì)算處理才能變成控制需要的量。在實(shí)驗(yàn)中采用交流信號的傅式算法。設(shè)周期為2π的周期可以展開為傅里葉級數(shù)即</p><p><b>　?。?.1）</b></p&

77、gt;<p>　　其中 （4.2） </p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，周期函數(shù)為交流信號，周期為T，即有。將和代入（4.2）-（4.4）。得到 &

78、lt;/p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　n取不同的值，表示交流信號的不同頻率分量（諧波分量）。按交流信號的相量表示法，各諧波分量課表示為，初相角。其中&l

79、t;/p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　（4.9）</b></p><p>　　如果只考慮基波分量，即取n=1,則式（4.8）、（4.9）變?yōu)?lt;/p><p><b>　?。?.10）</b></p><p><b

80、>　?。?.11）</b></p><p>　　假定一個(gè)周期內(nèi)采樣N個(gè)點(diǎn)，將式（4.8）、（4.9）用矩形法離散化得到</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p><b>　　（4.13）</b></p><p>　　式中，為一個(gè)周期內(nèi)底K個(gè)采樣值。顯然，基波

81、信號的幅值和初相角分別為</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　（4.15）</b></p><p>　　在已知電網(wǎng)電壓和電流的實(shí)部和虛部的基礎(chǔ)上，利用“三表法”，即采集三相電壓和電流，可以算出有功功率P和無功功率Q。</p><p><b>　?。?/p>

82、4.16）</b></p><p><b>　?。?.17）</b></p><p><b>　　則功率因數(shù)為</b></p><p><b>　　（4.18）</b></p><p>　　在程序中為了保證在一個(gè)周期內(nèi)能猜到12個(gè)點(diǎn)，選用了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0，以保證事

83、件的準(zhǔn)確以及可調(diào)節(jié)。并利用I/O口P1.4對LF398的邏輯控制端進(jìn)行采樣保持控制。</p><p>　　4.3 定時(shí)器中斷子程序控制</p><p>　　定時(shí)器的工作原理是計(jì)數(shù)器對機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè)T定時(shí)時(shí)間，x為計(jì)數(shù)器的初值，n為計(jì)數(shù)器的位數(shù)，單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為，則計(jì)數(shù)初值可通過如下公式計(jì)算：</p><p><b>　　（4.19）</b&

84、gt;</p><p><b>　?。?.20）</b></p><p>　　當(dāng)采用交流傅式算法，一個(gè)周期內(nèi)要采12個(gè)點(diǎn)時(shí)，定時(shí)器初值計(jì)算公式為:</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p><b>　?。?.22）</b></p><

85、p>　　轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為：OXE454。</p><p>　　圖4.2 定時(shí)中斷子程序</p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　將AD采樣到的值二進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，新華龍C8051F350單片機(jī)的AD為24位，而在傅式計(jì)算中需要對十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行處理，所以首先要對AD采樣值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖4.

86、3 A/D子程序流程圖</p><p>　　4.5 D/A控制</p><p>　　void IDA_Init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　IDA0CN=0XF3; </p><p>　　IDA0=0XEA;</p><p>

87、;<b>　　}</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)中測試得到DA與電壓放大器的輸出對應(yīng)關(guān)系為：</p><p>　　表3 DA與電壓放大器的輸出對應(yīng)關(guān)系表</p><p><b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　5.1總結(jié)</b></p>

88、<p>　　本設(shè)計(jì)利用信號調(diào)理電路、TCA785移相觸發(fā)集成電路、LCD12864顯示、新華龍C8051F350單片機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)的的同步電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)具有采樣精度高，移相范圍廣，顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)針對傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)大多采用模擬元件，工作問題性較差，移相范圍較小的缺點(diǎn)，提出了解決這些問題的方案，在此基礎(chǔ)上把系統(tǒng)模塊化，便于調(diào)試，控制，檢測?，F(xiàn)對本設(shè)計(jì)作如下總結(jié)：</p><p>　　1

89、）以單片機(jī)C8051F350為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了硬件電路，充分利用該單片機(jī)的資源，簡化了系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，性能更穩(wěn)定。</p><p>　　2）結(jié)合單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)，采用交流傅式算法對采樣值進(jìn)行計(jì)算和還原，滿足了高采樣精度的控制要求。</p><p>　　3）考慮到系統(tǒng)快速實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)和少占用CPU的資源以提高CPU的處理能力，系統(tǒng)多部分用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，如信號的調(diào)理電路，TCA785移

90、相脈沖發(fā)生器等，減小了軟件編制的復(fù)雜程度提高了系統(tǒng)的運(yùn)行性能。</p><p>　　4）在整個(gè)軟硬件電路設(shè)計(jì)過程中，首先對開關(guān)電源進(jìn)行了設(shè)計(jì)和調(diào)試，繼而對各部分電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都達(dá)到了預(yù)期的目的。</p><p><b>　　5.2 展望 </b></p><p>　　由于時(shí)間所限，本設(shè)計(jì)還不能成為一個(gè)完善的設(shè)計(jì)品，硬件電路略顯復(fù)雜，若能在軟件中

91、采用更先進(jìn)的算法以及精簡程序，則運(yùn)行速度可以得到更大的提高。對于設(shè)計(jì)，還需要大量的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。但對于現(xiàn)在的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)無疑是一個(gè)有益的嘗試。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　謹(jǐn)向我的導(dǎo)師xx老師致以最衷心的感謝，xx老師待人真誠，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，在整個(gè)設(shè)計(jì)中對于我們用心指導(dǎo)，每次與導(dǎo)師見面，他都會(huì)詢?nèi)蝿?wù)完成情況及在完成中所遇到的問題，

92、而且會(huì)耐心的、認(rèn)真的給與解答，給我指明設(shè)計(jì)前進(jìn)的方向，同時(shí)他也會(huì)針對我的設(shè)計(jì)提出關(guān)鍵性問題，通過這樣地方法，最終使我從最初的理論學(xué)習(xí)到外圍采樣電路及其軟件編程設(shè)計(jì)，再到軟件與硬件結(jié)合調(diào)試控制，真正達(dá)到理論與實(shí)際結(jié)合，活躍了思維，提高了動(dòng)手能力，為以后工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　在信號調(diào)理電路的調(diào)試過程中，xx學(xué)長以及同組的曲何釗同學(xué)，劉召迎同學(xué)，很熱心和我一起探討設(shè)計(jì)中遇到的問題，感謝他們給予我有

93、力的支持和幫助。</p><p>　　衷心感謝 我的家人，是他們辛勞的付出給予了我巨大的精神動(dòng)力，使我時(shí)刻以堅(jiān)強(qiáng)的意志去迎接生活中的每一個(gè)挑戰(zhàn)。</p><p>　　最后，感謝每一位關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]祝龍記，王汝琳．基于s一函數(shù)的異

94、步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真建模[J]．計(jì)算機(jī)仿真,2004(10)：53—54．</p><p>　　[2]樊俊，陳忠，涂光瑜．向步發(fā)電機(jī)半導(dǎo)體勵(lì)磁原理及應(yīng)用[M]．北京，中國水利電力出版社，1991．</p><p>　　[3]劉尚為．新型同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置的研究[J]．大電機(jī)技術(shù)，2001(2)：56—59．</p><p>　　[4]陸繼明．同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁

95、控制[M]．北京：中國水利電力出版社，2006．</p><p>　　[5]張立 李莉. 基于89C52單片機(jī)同步電動(dòng)機(jī)微機(jī)勵(lì)磁裝置的設(shè)計(jì). ．安徽理工大學(xué)，2008 29（2）</p><p>　　[6]樂彬 王仲東. 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁微機(jī)控制系統(tǒng). 華中科技大學(xué) 2001年4月</p><p>　　[7]付周興,王清亮，董張卓.電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化.[M].北京

96、中國電力出版社,2006.6</p><p>　　[8]劉樹林.低頻電子線路.[M].西安工業(yè)出版社,2006.1</p><p>　　[9]孫肖子,鄧建國.電子設(shè)計(jì)指南.[M].高等教育出版社,2006.1</p><p>　　[10]何希才.常用集成電路應(yīng)用實(shí)例.[M].電子工業(yè)出版社.2007.6</p><p>　　[11] 閻石.數(shù)

97、字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2002-3-3</p><p>　　[12] 龔尚福.C/C++語言程序設(shè)計(jì).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2007.2-1</p><p>　　[13]李法海，朱東起.電機(jī)學(xué).北京:科學(xué)出版社，2007-6-4</p><p>　　[14]孫樹樸,王勉華.電力電子技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，1999-10-3</p>&l

98、t;p>　　[15]付周興.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù).北京:中國電力出版社，2009-5-1</p><p>　　[16]王益全，張炳義.電機(jī)測試技術(shù).北京:科學(xué)出版社，2004-1-1</p><p>　　[17]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析（上）.武漢：華中科技大學(xué)，2002-3-3 </p><p>　　[18]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析（下）.武漢：

99、華中科技大學(xué)，2002-3-3 </p><p>　　附錄1 C8051F350單片機(jī)系統(tǒng)原理圖</p><p>　　附錄2 信號調(diào)理電路原理圖</p><p>　　附錄3 同相比例運(yùn)算放大器及TCA785原理圖</p><p>　　圖1 同相比例運(yùn)算放大器電路</p><p>　　圖2 TCA785移相觸

100、發(fā)集成電路</p><p><b>　　附錄4 主程序</b></p><p>　　#include "c8051f350.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　#include "config.h"</p&g

101、t;<p>　　#include "12864div.h"</p><p>　　#define pi 3.14159265</p><p>　　#define JD 15</p><p>　　sbit sw=P1^4;</p><p>　　unsigned charcounter=0

102、;</p><p>　　floatcode S[12]={0.00,0.50,0.866,1.00,0.866,0.50,0.00,-0.5,-0.866,-1.00,-0.866,-0.5}; </p><p>　　floatcode C[12]={1.00,0.50,0.866,0.00,-0.50,-0.886,-1.00,-0.886,-0.5,0.00,0.5,0.866};

103、 </p><p>　　floatxdata UAR,UAI,IAR,IAI,AD_result[11],AD_result_1[11];</p><p>　　int xdata UA[11],IA[11],sum=0,sum1=0,sum2=0,yougong,wugong;</p><p>　　float xdata cos_1,Y,Q,X,yougo

104、ng1,wugong1,yougong2,wugong2; </p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char k,n;</p><p>　　Init_Device();</p><p>　　lcdreset

105、();</p><p>　　IDA0=0XEA; </p><p>　　delay(6000);</p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{ </p><p>　　TR0=1;

106、 </p><p>　　if(counter>=12)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR0=0; </p><p>　　counter=0; </p><p><b>　　Y=0.00;</b>

107、;</p><p><b>　　Q=0.00;</b></p><p>　　cos_1=0.00;</p><p><b>　　UAR=0.00;</b></p><p><b>　　UAI=0.00;</b></p><p><b>　　IA

108、R=0.00;</b></p><p><b>　　IAI=0.00;</b></p><p>　　for(n=0;n<12;n++)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　AD_result[n]=(2.5/256)*((float)(UA[n]));

109、 </p><p>　　AD_result_1[n]=(2.5/256)*((float)(IA[n]));</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(k=0;k<12;k++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　UA

110、R+= (((5.37*AD_result[k]-6.279)*S[k])/6);</p><p>　　UAI+= (((5.37*AD_result[k]-6.279)*C[k])/6);</p><p>　　IAR+= (((5.37*AD_result_1[k]-6.279)*S[k])/6);</p><p>　　IAI+= (((5.37*AD_res

111、ult_1[k]-6.279)*C[k])/6);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Q=(10000*(IAR*IAR+IAI*IAI))/2;</p><p>　　sum1=(int)(Q);</p><p>　　X=pow(sum1,0.5);</p><p>&l

112、t;b>　　X=X/0.84;</b></p><p>　　sum1=(int)(X);</p><p>　　dispchar(1,0,'I','=');</p><p>　　dispchar(1,1,sum1/100+'0','.');</p><p>　　d

113、ispchar(1,2,sum1/10%10+'0',sum1%10+'0');</p><p>　　dispchar(1,3,'A',' ');</p><p>　　delay(40000);</p><p>　　Y=(10000*(UAR*UAR+UAI*UAI))/2;</p>&l

114、t;p>　　sum=(int)(Y);</p><p>　　X=pow(sum,0.5);</p><p><b>　　X=X/0.8;</b></p><p>　　sum=(int)(X);</p><p>　　dispchar(0,4,'U','=');</p>

115、<p>　　dispchar(0,5,sum/100+'0','.');</p><p>　　dispchar(0,6,sum/10%10+'0',sum%10+'0');</p><p>　　dispchar(0,7,' ','V');</p><p>　　

116、delay(40000);</p><p>　　yougong1=(sum*sum1)/100;</p><p>　　yougong2=yougong1*cos(pi*JD/180);</p><p>　　yougong=(int)(yougong2);</p><p>　　dispchar(0,0,'P','=

117、9;);</p><p>　　dispchar(0,1,yougong/100+'0','.');</p><p>　　dispchar(0,2,yougong/10%10+'0',yougong%10+'0');</p><p>　　dispchar(0,3,'w',' 

118、9;);</p><p>　　delay(40000);</p><p>　　wugong1=(sum*sum1)/100;</p><p>　　wugong2=wugong1*sin(pi*JD/180);</p><p>　　wugong=(int)(wugong2);</p><p>　　dispchar(2,0

119、,'Q','=');</p><p>　　dispchar(2,1,wugong/100+'0','.');</p><p>　　dispchar(2,2,wugong/10%10+'0',wugong%10+'0');</p><p>　　dispchar(2,3,&#

120、39;v','a');</p><p>　　dispchar(2,4,'r',' ');</p><p>　　delay(40000);</p><p>　　if(wugong<=20)</p><p><b>　　{</b></p><p

121、>　　IDA0=0X5B;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(wugong>=20)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　IDA0=0XEA;</p><p><b>　　}</b>&l