基于单片机的发电机残压测试系统的设计及实现.PDF

基于单片机的发电机残压测试系统的设计及实现 吴琳君、李海燕、芦家兵 （广州电器科学研究院 广州 510300 ） 摘要：本文以 AT89C51 单片机为控制核心，设计出一种简单的单片机检测系统， 可充分利用发电机残压正确测量出发电机机端电压与整流器同步电压的频率、相 位和相序。本系统具有体积小、易操作、便于携带等显著实用优点，适合技术人 员现场使用。 关键字：残压；单片机；测频；测相位；测相序 1 引言 目前，以恒定发电机机端电压为主要任务的自并励励磁系统，其功率部分普遍采用了可 控硅全控整流器，其控制部分普遍采用了交流采样技术。为了使励磁系统正确工作，发电机 机端电压与整流器的同步电压信号非常重要，必须严格保证其相序和相位差正确，否则将可 能导致可控硅失控从而引起空载误强励等造成发电机严重损坏的电气事故发生。 然而，技术人员在励磁系统现场试验中，经常存在这样的情况：一、在某些小电站里， 试验设备不齐全，无法检测发电机电压和整流器同步电压的相序、相位；二、常用的相序表 只能测量相序而不能测量相位；三、一些测量表计虽然可以同时测量相序和相位，但是由于 发电机开机前电压过低而无法测量。 特别地，对于大型发电机组的自并励励磁系统，存在的主要矛盾就是：为了建立发电机 电压，需要励磁系统先正确工作，而在发电机建压前，限于试验设备不齐全，又可能难于检 测发电机电压和整流器同步电压的相序、相位的正确性。 因此，为了励磁系统的现场安全投运，有必要设计一种方便、简单、便携的检测系统， 充分利用发电机的残压来测量发电机机端电压与整流器同步电压信号的相序和相位的正确 性，确保在发电机建压之前就能判断励磁系统是否可正确工作。 本文以 AT89C51 单片机芯片为控制核心，结合采样电路、数码管等辅助硬件电路，设计 出一个简单的单片机系统，可利用发电机残压正确检测机端电压和整流器同步电压的频率、 相位和相序。本系统具有体积小、硬件少、易操作、便于携带等实用特点，适合技术人员现 场使用。 2 系统构成 64 系统由采样电路、单片机处理单元和 LED 显示电路构成。系统总体框图如图 1 所示。 互 输 显 感 入 示 器 AT89C51处理单元 电 电 输 路 路 入 图 1 系统框图 2.1 采样电路 系统采集发电机机端二次侧电压和励磁变二次侧电压，为了保护发电机二次电路以及 单片机系统，可以采用如图 2 所示接口电路。 图2 采样电路图 T1、T2 为两个无源交流电压隔离采样器 V413B0 ，频率响应为25Hz～5kHz，特别适合 于工频交流采样，线形度很好。采样电压经过运算放大器进行过零比较转换为方波信号，送 入单片机。二极管 D1~D4 的作用是保护运算放大器，当采样电压高于0.7V 时，可以将运算 放大器的电位钳制在 0.7V 。 2.2 单片机处理单元 图 3 单片机接口图 单片机采用的是 8 位的 89C51 芯片，该芯片为+5V 电源电压和40 引脚封装，通过外接 65 12MHz 晶振，单片机时钟周期为 1s，经过软件处理，频率测量