新型微机模拟励磁装置硬件设计与实现

论文摘要

模拟励磁装置是对电力系统中同步发电机的励磁系统进行模拟,是电力系统动态模拟的重要模拟设备。模拟励磁装置过去多采用PLC或单片机控制,与目前现行电力系统发电机DSP控制的励磁系统有较大的差距。DSP器件具有更高的集成度,更快的CPU,更大容量的存储器,高速的数据处理能力,在稳定性、可靠性和精度等方面较目前单片机或PLC控制的模拟励磁装置更优。为了能真实的对现有先进励磁系统进行仿真。本文设计了采用TMS320F2812DSP作为控制芯片的新型微机模拟励磁装置,主要的研究工作包括主回路、操作回路和控制回路的设计；硬件电路的设计、电路板的制作与测试。通过对研究工作的系统总结,主要内容介绍如下：查阅大量的文献资料,掌握国内外励磁系统的研究现状与应用,结合目前微机模拟励磁装置的发展状况,阐述了基于DSP的新型微机模拟励磁装置的研究意义。分析了微机模拟励磁系统的主回路和操作回路的基本原理,对三相全控桥可控硅、RC保护回路、励磁变压器以及调压器进行器件型号的选择与计算。设计了微机模拟励磁调节器的硬件电路,包括DSP核心控制板、信号采样电路板、电源板、脉冲放大板、整流桥电路板、51板、继电器板、总线板。采用51单片机实现DSP与LCD屏间的串并行转换；基于RS-485实现可靠、准确的远程通信。结合负阻器的研究现状,设计了一种基于GTR模块的电子式负阻器,对硬件电路原理图进行了详细说明,并介绍了该负阻器的调零与整定的方法。对励磁调节器的硬件电路板以及负阻器进行调试,给出相应的测试波形与数据,对硬件电路调试过程中所做的修改进行了详细的分析与总结；结合电路板的制作经验,对设计过程中所出现的错误,焊接以及电磁兼容性设计做了详细的总结。结合软件对该装置进行了整体测试,结果表明该装置自动化程度高,能有效实现对发电机无功控制的模拟与调节,主要技术性能指标均能达到设计要求,满足现代电力系统动态模拟的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 励磁系统的发展
• 1.1.1 励磁功率单元的发展
• 1.1.2 励磁调节器的发展
• 1.2 微机模拟励磁装置的发展与现状
• 1.3 基于TMS320F2812微机模拟励磁装置研究背景与意义
• 1.4 本文完成的主要工作
• 第2章 新型微机模拟励磁装置
• 2.1 微机模拟励磁系统的组成
• 2.1.1 励磁功率单元
• 2.1.2 励磁调节器
• 2.1.3 负阻器
• 2.2 微机模拟励磁装置主回路
• 2.2.1 整流电路
• 2.2.2 励磁变压器
• 2.2.3 灭磁回路
• 2.3 操作回路
• 2.4 本章小结
• 第3章 微机模拟励磁装置控制电路
• 3.1 主板硬件电路
• 3.1.1 DSP芯片TMS320F2812的特点
• 3.1.2 电源转换电路
• 3.1.3 时钟电路
• 3.1.4 掉电保护电路
• 3.2 信号采样与处理
• 3.2.1 直流信号的采样
• 3.2.2 交流信号采样
• 3.3 脉冲功率放大电路
• 3.4 继电保护电路
• 3.5 同步测频电路
• 3.6 按键与LCD显示
• 3.6.1 按键电路
• 3.6.2 LCD显示
• 3.7 RS-485远程通讯电路
• 3.8 本章小结
• 第4章 负阻器
• 4.1 负阻器的原理
• 4.2 负阻器的分类
• 4.2.1 负电阻机式负阻器
• 4.2.2 可控硅式负电阻器
• 4.2.3 基于GTR模块的电子式负阻器
• 4.3 负阻器的校零与负电阻整定
• 4.4 本章小结
• 第5章 新型微机模拟励磁装置的硬件检测与调试
• 5.1 硬件电路PCB板的检测与调试
• 5.1.1 PCB板检测与调试步骤
• 5.1.2 DSP核心控制板的测试
• 5.1.3 采样电路板的测试
• 5.1.4 整流电路板的测试
• 5.1.5 其它电路板的测试
• 5.2 负阻器调试
• 5.2.1 负阻器的调试
• 5.2.2 负阻器调试问题与处理
• 5.3 微机模拟励磁装置的调试
• 5.4 PCB设计
• 5.4.1 PCB电磁兼容设计
• 5.4.2 PCB常见问题与处理
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 研究生期间所取得的成果