基于Cygnal51的数字化高可靠性同步电动机励磁系统设计

摘要

励磁系统是同步电动机运行系统的重要组成部分，直接影响电机的运行特性。随着大规模集成电路技术及计算机技术的发展，采用微处理器作为硬件控制核心的微机励磁控制器将成为今后励磁控制器的发展方向。随着励磁控制方法的不断改进与发展，对微机励磁控制器的运算速度提出了更高的要求。本文根据这种要求，以Cygnal51F020作为控制核心，研究了基于Cygnal51的励磁控制器。 本文中首先介绍了励磁控制器的发展趋势，包括励磁控制器的硬件结构及控制方式的发展，目前微机励磁控制器的基本结构以及励磁控制方式对励磁控制器的要求。其次，文中还介绍了Cygnal51的发展历程、特点及应用范围，说明了Cygnal51与其它单片机或通用微处理器相比在性能上的优势。最后，文中分别从I/O通道、触发脉冲的形成和移相、信号同步、人机接口等几个方面详细地论述了基于Cygnal51的励磁控制器的硬件设计以及主要实时软件的流程图、实现方法。文中提出的这种基于Cygnal51的励磁控制器采用了许多先进技术，如触发脉冲保护、数字脉冲、图形LCD显示等。这些先进技术的采用使得本文中的励磁控制器结构简单、性能可靠、操作方便。 这种基于Cygnal51的励磁控制器在同步电动机上进行了相关实验，实验表明，该励磁控制器的各项功能符合设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1同步电动机励磁调节系统概述

1.1同步电动机励磁调节系统的主要作用

1.2同步电动机励磁装置的演变

1.2.1直流励磁机励磁系统

1.2.2硅整流励磁系统

1.2.3可控硅励磁系统

1.3论文主要工作

2同步电动机励磁系统的硬件设计

2.1励磁控制器的硬件总体设计方案

2.2 Cygnal51概述

2.2.1 C8051F系列单片机的诞生

2.2.2 C8051F单片机的特点

2.3同步电动机的启动及灭磁单元

2.4同步电动机启动过程中的转子转差信号的测量及顺极性判断单元

2.5脉冲触发及同步电路单元

2.6脉冲功率放大单元

2.6.1 MOS管前置功率放大

2.6.2脉冲变压器功率放大

2.7数据采集单元

2.7.1模拟量输入通道

2.7.2开关量输入输出通道

2.7.3功率因数测量单元

2.8人机接口单元

2.8.1行列式键盘

2.8.2点阵图形LCD显示

2.9励磁脉冲保护单元

2.9.1 4046锁相环电路的基本组成和基本原理

2.9.2本装置中的励磁保护设计

3 PID控制规律的研究

3.1 PID控制的基本原理

3.1.1比例调节(P)

3.1.2积分调节(I)

3.1.3微分调节(D)

3.2数字PID控制的基本算法

3.3对控制算法的评价

3.4参数的整定方法

4微机励磁装置软件设计

4.1程序设计语言简介

4.2系统主程序

4.3定时中断采样处理程序

4.4滑差检测程序

4.5数字触发脉冲的形成及移相程序

4.6键盘扫描程序

4.7点阵图形LCD显示模块接口程序

5试验分析

5.1试验系统

5.2试验内容和结果

5.2.1投励试验

5.2.2变负荷励磁电流自动调节试验

5.2.3变负荷功率因数自动调节试验

5.2.4验证励磁脉冲保护单元试验

6结论

参考文献

附录

在学研究成果

致谢