基于C8051F350单片机同步电动机励磁控制系统设计.docVIP

摘 要 I 1.1 课题研究背景和意义 III 1.1.1课题研究背景 III 1.1.2 课题研究的目的和意义 III 1.2论文主要内容 1 2.1 同步电动机工作原理 3 2.2 同步电动机的V形曲线 4 3硬件系统设计 6 3.1系统整体设计 6 3.2 新华龙C8051F350高性能16位单片机介绍 8 3.3 A/D转换器及D/A输出 11 3.4 信号采集系统 12 3.4.2 LF398采样保持器 18 3.5脉冲发生及控制器 20 3.5.1控制芯片TCA785 21 3.5.2 同相比例运算放大电路 24 3.6 三相桥可控整流电路分析 25 3.8 显示 28 3.9 调试中出现问题及解决方法 30 4 软件设计 31 4.1主程序设计 32 4.2 信号采集傅式算法 32 4.3 定时器中断子程序控制 34 4.4 A/D转换 36 4.5 D/A控制 36 5 总结与展望 38 5.1总结 38 致谢 39 附录1 c8051f350单片机系统原理图 41 附录2 信号调理电路原理图 42 附录3 同相比例运算放大器及TCA785原理图 43 附录4 主程序 44 附录5 定时器中断子程序 48 附录6 A/D转换子程序 49 附录7 毕业设计成品照片 50 摘 要 同步电动机广泛应用于石油、煤炭、电力、水利、供汽等诸多领域中，励磁系统在同步电动机的控制具有重要作用，而传统的励磁技术存在设备故障率高、性能不稳定等缺陷，使同步电动机频繁损坏，直接影响企业的生产，本设计针对传统励磁系统中存在问题进行改进，提高同步电动机运行的稳定性。 本设计仔细研究了同步电动机励磁系统的工作原理，利用新华龙C8051F350高性能16位单片机设计主控核心，以TCA785作为脉冲发生器，并以LCD12864作为显示模块，采用交流采样傅式算法设计了无刷同步电机的励磁系统，对传统励磁系统进行改进。 通过数学推导、硬件实验以及波形分析得出此设计系统较传统励磁系统具有采样精度高，移相范围广，显示直观等优点，且系统模块化程度较高，易于控制，证明了此设计的可实施性。 关 键 词: 同步电动机，励磁控制, TCA785, C8051F350 研究类型： 应用研究 1 绪论 1.1 课题研究背景和意义 1.1.1课题研究背景 目前,国内外的同步电动机励磁系统的控制与保护电路大多仍采用模拟元器件组成,本身存在很大的缺点,从而导致电网电压或负载变化时不能很好地维持在额定功率因数下运行,为解决此问题采用同步电动机励磁系统微机化。实现恒励磁电流和恒功率因数工作方式,以及作为调试及试验条件下的恒角工作方式。 同步电动机广泛应用于石油、化工、煤炭、冶金、电力、水利、城市供水、供汽等诸多领域中，一方面它为工业企业提供源源不断的动力； 另一方面它向电网发送无功功率，改善电网质量。对同步电动机的控制，是通过调节其励磁装置来完成，而传统的励磁技术存在严惩缺陷，使同步电动机频繁损坏，直接影响企业的生产，给企业带来巨大的损失。随着数字化控制技术和半导体可控硅整流技术的发展，新的励磁技术不断完善，淘汰及改造传统励磁装置的任务尤为迫切。 1.1.2 课题研究的目的和意义 随着生产的不断发展，电力供需矛盾越来越突出，然而电能浪费现象也很严重，主要表现在工业技术装备水平和管理水平比较落后，线路功率因数低，用电设备效率低，能源消耗高。同步电动机与异步电动机相比具有独特的优点,可以通过调节电动机的励磁电流来改变其无功电流和无功功率的消耗。因此,同步电动机可以在功率因数时,或者在功率因数超前的情况下运行,是理想的节能型电力拖动设备。 本课题的主要目的是通过分析同步电机的励磁系统的工作原理以及控制规律，设计同步电机的励磁系统的控制器。控制器是励磁系统工作的重要组成环节。通过开发试制控制器来分析励磁系统的工作性能，并且提出改善和提高励磁系统性能的方案。现用同步电动机的励磁装置大部分是老产品,励磁电流的大小是用感应调压器调节电压实现的。该设备不仅体积大、笨重,而且调压器要消耗大量电能。同步电动机能发送无功功率，支持电网电压，有助于充分利用电能，过载能力强、功率因数高、转速不变以及转矩受电源电压影响较小等优点，实现电动机励磁的微机控制在当今是非常急迫的，需求空间很大。 1.2论文主要内容 论文首先对同步电动机工作原理进行分析，引入励磁控制系统，主要由信号采集通道、单片机主控系统、移相脉冲输出单元组成，将每个部分模块化以便于理解设计理念。 以C8051F350单片机为核心进行同步电动机励磁控制系统设计，主要包括信号调理电路、LF398采样保