国产子午胎LCZ-3(A)型两鼓成型机的主电机系统改造设计

目录

前言 (1)

1. 绪论 (2)

1.1 国内外研究及发展现状 (2)

1.2 焦作地理情况 (3)

1.3 焦作电厂基本情况 (3)

1.4 本课题的研究任务 (5)

2. 电气主接线设计及变压器选择 (6)

2.1 电气主接线设计原则 (6)

2.2 电气主接线设计的基本要求 (6)

2.3 电气主接线方案的确定 (7)

2.3.1 对原始资料的分析 (8)

2.3.2 110kV电气主接线 (8)

2.3.3 发电机变压器组电气主接线 (10)

2.4 变压器的选择 (11)

2.4.1 主变压器的选择 (11)

2.4.2 厂用变压器的选择 (14)

3. 短路电流计算 (15)

3.1 短路电流计算的目的及短路电流计算条件 (15)

3.2 电抗标幺值的计算 (15)

3.3 短路电流计算 (17)

3.3.1 发电机端短路（K1 点） (18)

3.3.2 110kV母线短路（K2点） (19)

4. 电气设备的选择 (21)

4.1 电气设备选择的一般条件 (21)

4.2 电气设备选择 (24)

4.2.1 断路器的选择 (24)

4.2.2 隔离开关的选择 (26)

4.2.3 发电机侧负荷开关和隔离开关的选择 (28)

4.2.4 电流互感器的选择 (30)

4.2.5 电压互感器的选择 (31)

4.2.6 发电机电压互感器和电流互感器的选择 (32)

4.2.7 避雷器的选择 (33)

4.2.8 110kV架空输电线的选择 (34)

4.2.9 110kV母线的选择 (37)

4.2.10 发电机出口母线的选择 (39)

4.2.11 110 kV母线支柱绝缘子 (41)

4.2.12 发电机侧母线支柱绝缘子 (42)

5. 配电装置 (43)

5.1 配电装置的设计原则与设计要求 (43)

5.1.1 配电装置的设计原则 (43)

5.1.2 配电装置的设计要求 (43)

5.2 配电装置的设计 (44)

结束语 (46)

致 谢 (47)

参考文献 (48)

摘要

本设计主要是针对焦作电厂的 110kV 一次系统，概述了焦作电厂设 计的基本过程和基本方法。 第一章概括介绍了国内外电力工业的研究及发 展现状和焦作电厂的基本情况，为后几章提供所需的基本资料。第二章是 电气主接线和电气设备的选择， 根据焦作电厂的原始资料拟定了主接线方 案， 确定发电机、 主变压器、 高压厂用变压器和高备变压器的容量和型号。 发电厂电气主接线是发电厂电气设计的主体，与电厂运行的可靠性、经济 性要求等密切相关，对电器选择和布置，继电保护和控制方式等都有较大 的影响。第三章对焦作电厂一次系统做了短路电流计算，为后面设备的选 型提供了依据。第四章是一次系统电器设备的选择，并在正常工作条件下 和短路条件下对其进行校验。第五章是针对配电装置的设计，同时也是对 前几章内容的综合概括。

随着国民经济和科学技术的发展，发电机单机容量在不断扩大，这就 对电厂的主接线形式和配套设备提出了更高的要求， 同时也要求发电厂做 到可靠、经济、合理地运行，满足人们对电能的基本需求。

关键词：一次系统 主接线 短路电流计算 电气设备 配电装置

Abstract

This design is to aim at making one subsystem of Jiaozuo power station 110 kV mainly. Chapter 1 has generalized to introduce research of domestic and international electric power industry and present conditions and basic circumstance of Jiaozuo power station that is basic data needed by several chapters later. Chapter 1 is a choice that connects line and the electricity equipments. According to the original data of Jiaozuo power station to draft connect line form, capacities and model numbers of generators, main transformers, the transformer the high pressure used by an factories, high the capacity transformers used in case. Connects the line is body of designs the power plant,. Credibility and economy standard of power station is closely related, it has bigger influence to choice and arrangement of the electric appliances, to the way of protection and control, etc. According to the technique data of chapter 2, do short-circuit electric current calculation of subsystem in chapter 3, provides base for the behind equipments. The choice of the subsystem in Chapter 4, it's carry on check electric of appliances equipments under the condition of normal hot-circuit condition. Chapter 5 is aim to the design of the power distribution equipment. Also is the summary of before part.

Along with the development of science and technology, single machine capacity of generator is extending continuously, it needs higher requests to connect the line form and the kit equipments of the power station, also request the power plant to attain the credibility, economy, reasonable movement, also

satisfy the people's basic need that is the electric power.

Keywords：the main system，forms of main connected lines, short-circuit calculation ， electrical equipments, the power distribution equipments

前言

在高速发展的现代社会中，电力工业是国民经济的基础，在国民经济 发展中的作用已为人所共知，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发 展，同时也极大地影响着人民的物质和文化生活水平的提高，影响着整个 社会的进步。

国民经济的发展和人们生活水平的提高对电能的需求量也大大增加, 因此，电能生产与消耗增加的同时，更加要求在自力更生的基础上发展我 国的电力工业。同时，为了减少传输损耗，特别是为了保证电力系统运行 的安全稳定性， 应尽可能地做到各大区电力系统发电功率与受电负荷的平 衡。

近年来由于电力需求旺盛，为了满足人们生活的基本需要，各地纷纷 上马了新的电厂。在新建的电厂中，多数是火电机组。从目前在建规模的 结构来看，火电比重较大的局面今后很长时期可能不会有所改变。因此， 大规模电厂将逐渐兴起，取代容量小，效率低，污染严重的小型发电厂。

本设计的对象是焦作电厂 110kV 一次系统，焦作电厂的设计与建设 过程对我们以后的工作和学习有十分重要的意义和参考价值。

1. 绪论

1.1国内外研究及发展现状

在 2005 年全国电力工业快速平稳发展，电力供需形势总体有所缓和 的基础上，2006 年电力建设速度继续加快，新增电源机组容量创历史最 高水平，电网建设取得长足进展。继2005年全国电力装机突破5亿千瓦， 在不到一年的时间内，全国电力装机再上新台阶，突破了6亿千瓦。同时 首批国产超超临界百万 kW 机组相继投运，标志着我国电力工业技术装备 水平和制造能力进入新的发展阶段。电网建设方面，1000 千伏交流特高 压试验示范工程和云南至广东±800千伏特高压直流输电示范工程奠基仪 式已分别举行，标志着交、直流特高压试验示范工程建设已拉开帷幕。

从电力生产情况看，全国发电量达到28344亿千瓦时，同比增 长13.5%。 随着大批电源项目的相继建成投产， 电力供需形势进一步缓和。 2006 年，全国加快电源结构调整，优化节能环保经济调度，陆续关停凝 汽式燃煤小机组和老小燃油机组， 加大科学、 精细和对标准管理实施力度， 电力行业节能降耗取得持续进展。2006年全国供电煤耗为366g /kW时，

电网输电线路损失率比去年减少0.13个百分点， 比2005年降低4g/kW时；

降为7.08%。

电力基建方面，2006 年全国基建新增投运的发电装机 10117 万千瓦，其中水电971万千瓦，火电9048万千瓦，风电92万千瓦；基建 新增投运的 220 千伏及以上输电线路回路长度 3.51 万公里，基建新增投 运的220千伏及以上变电设备容量15531万千伏安。

2006 年，在党中央、国务院的正确领导下，在共创和谐电力目 标的指引下，通过广大电力职工的共同努力，全国电力工业继续保持快速 平稳发展，为 2007 年国民经济和社会又好又快的发展目标提供了坚实的 基础。

现在， 电力工业在国际上发展迅速,其发展的特点是采用大容量发电 机组(单机容量 200～1300MW),超高压输电线路(最高已达 1000kV)和巨大 的水、火、核电联合电力系统。

虽然，我国的电力工业目前已居世界前列，但与发达国家相比仍有一 定的差距，今后还有待奋力追赶。就国民经济建设的情况来看，电力工业 仍未能满足工农业生产和人民生活对用电的需求， 有的地区缺电还比较严 重，还将会阻碍国民经济的稳步发展。因此，我国必须加速电力工业的发 展，以推动整个国民经济持续、稳步、快速地发展。

1.2焦作地理情况

焦作电厂位于河南省焦作市，眦邻郑州市，洛阳市，新乡市等城市， 焦作电厂所在地的土质为砂质粘土，其冻土厚度0.30m 。常年主导风向为 西北风， 最大风力级数为西北风8级。 气候情况四季分明， 其年最高气温：

max q =37 C o

，最热月室内最高气温月平均： ' q o =30 C o

。

1.3焦作电厂基本情况

焦作电厂隶属于河南省电力公司， 始建于1905 年， 现总装机容量132 万kW ，职工3581人，是华中电网的主力发电厂之一，国家特大型企业。 1992年以来，该厂连年完成各项经营指标，6台机组累计完成发电量915 亿千瓦时，超计划发电 22.75 亿千瓦时，创产值 97.5327 亿元，为焦作地 区乃至河南省及整个华中地区的经济发展做出了卓越的贡献。1#到 6#发 电机均采用东方电机厂制造的汽轮发电机， 同轴交流励磁机和稀土钴永磁 发电机组，1998 年后经增容改造，发电机额定功率由 200 MW ，增为 220MW ，同时也更换了幅励磁机。

焦作电厂原始资料：

（1）装机容量：6台，6X220MW ，U N =15.75kV ，cos φ=0.85。 发电机额定运行参数如表1-1所示。

（2）机组每年利用小时为：T max =7200h 。

（3）气象条件为年最高温度37℃，平均气温25℃，条件一般， 无特殊要求。

（4）厂用电率占6% 。

（5）共有6回进线，14回出线，主要为一类、二类负荷供电。 （6）有110kV 和220kV 两种电压等级，以承担基荷为主。

（7）110kV电压等级系统的短路容量为4780.32k V A，220kV电压等 级系统的短路容量为16651.45k V A。

根据焦作电厂的原始资料和系统容量， 焦作电厂采用6台单机容量为 220MW的发电机组。

表 1-1 1#，2#，3#，4#，5#，6#发电机额定运行参数

参数 单位 型号 QFSN—220—2

额定功率 kV A 220000

视在功率 kVA 258800

额定电压 V 15750

额定电流 A 9487

转子电压 V 443

转子电流 A 1845

空载励磁电流 A 640

空载励磁电压 V 151

满载励磁电流 A 1844.8

满载励磁电压 V 442.4

同步电抗 % 220.96

暂态电抗 % 27.29

次暂态电抗 % 15.63

转速 转/分 3000

频率 Hz 50

定子接法 2—Y

相数 相 3

功率因数 0.85

焦作电厂是以煤炭作为燃料的凝汽式火力发电厂，电厂装机容量大， 设备年利用率高，主要用于发电，是大型电厂。 在电力系统中主要承担 基荷，因此，在电力系统中的地位和作用都较为重要，所生产的电能除直 接供地方企业使用外，以升高电压送往电力系统。

六台发电机均采用三绕组变压器分别接成单元接线， 单元接线省去了 发电机出口断路器，为了检修调试方便，在发电机与变压器之间装设了隔 离开关和负荷开关。

110kV电压由于较为重要，出线较多，采用了双母带旁路母线接线。 220kV电压等级高， 为了保证供电的可靠性， 采用双母四分段带旁母接线。 所有三绕组主变压器低压侧作为厂用电备用电源和启动电源。

1.4本课题的研究任务

1．发电厂110kV一次系统设计方案的比较与确定：包括发电机、主 变压器的选择、接线方式的设计等。

2．短路电流计算：包括确定主接线的运行方式、绘制等值网、计算 各短路点的三相短路电流。

3．选择主要电气设备：包括主变压器、厂用变压器、断路器、隔离 开关、互感器、避雷器、绝缘子、导线等的选择及其校验。

4．绘制焦作电厂110kV一次系统图

2.电气主接线设计及变压器选择

电气主接线是发电厂电气设计的首要部分， 也是构成电力系统的主要 环节。本章以电气主接线的设计为中心，从工程的观点出发，介绍对主接 线的设计原则和基本要求，并最终确定焦作电厂的 110kV 电压等级的电 气主接线形式采用双母线带旁路母线接线形式。 最后根据发电机的单机容 量，并考虑留有10%的裕度确定主变压器的型号。

2.1电气主接线设计原则

发电厂电气主接线是发电厂电气设计的主体，它与电力系统、电厂动 能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关， 并对电器选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。

电气主接线是由电气设备通过连接线， 按其功能要求组成接受和分配 电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气 主接线。主接线代表了发电厂电气部分主体结构，它表明了发电机、变压 器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式，从而完成发电、变电、 输配电的任务。它的设计直接影响电器设备运行的可靠性、灵活性，关系 着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定， 关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

因此，电气主接线的设计必须结合电力系统和发电厂的具体情况，全 面分析有关因素，必须综合处理各个方面的因素，正确处理它们之间的关 系，经过技术、经济论证比较后方可合理地选择接线方案，在进行论证分 析阶段，更应辨证地统一供电可靠性与经济性的关系，方能达到先进性和 可靠性。

2.2电气主接线设计的基本要求

发电厂主接线的基本要求是可靠性，经济性和灵活性。

(1)可靠性：供电可靠性是电能生产和分配的首要任务，主接线应该 满足这个要求。为了保证供电的可靠性，主接线应考虑到在事故或检修的 情况下，应尽可能减少对用户供电的中断。特别重要的

负荷，还应考虑设置备用供电电源。这样一来，在满足上述可靠性要求的

情况下，就必然增加设备和线路，使接线复杂。显而易见，提高可靠性是 以增加投资为代价。由于接线复杂，会导致较复杂的操作，切换程序，有 可能引起事故，反而降低了可靠性。因此，要综合考虑多种因素来对提高 可靠性的措施做出合理选择。

(2)灵活性：主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性。

①调度时，可以灵活地投入和切除发电机，变压器和线路，调配电源 和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的 系统调度要求。

②检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备，而不至 于影响电力网的运行和对用户的供电。

③扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供 电或停电时间最短的情况下，投入新机组，变压器或线路，并对一次和二 次部分的改建工作量最少。

(3)经济性：主接线在满足可靠性，灵活性要求前提下做到经济，合 理和节约。

①主接线应力求简单，以节省断路器，隔离开关，电流和电压互感器 以及避雷器等一次设备；必要时，要能限制短路电流，以便选择廉价的电 气设备或轻型电器等等。

②占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地 面积减少，电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地 和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采 用三相变压器。

③年运行费用少。年运行费用包括年电能损耗和设备的维修费用等， 应经济合理选择主变压器的容量和台数， 要避免因二次变压而增加电能损 耗。

2.3电气主接线方案的确定

主接线的基本形式可概括地分为两大类：①有汇流母线的接线形式 ②无汇流母线的接线形式； 有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接

线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接 线和单元接线。

发电厂电气主接线的基本环节是电源 （发电机）、 母线和出线 （馈线）。 发电厂的出线回路数和电源数不同，且各路馈线所传输的功率也不一样。 在进出线数较多时， 为了便于电能的汇集和分配， 采用母线作为中间环节， 起到联络作用可使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。其缺点 是：有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器、隔离开关等设备增 多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出 线回路少，不再扩建和发展的发电厂。

2.3.1 对原始资料的分析

焦作电厂为大型电厂，其单机容量为 220MW，总装机容量为 6× 220MW，年利用小时数为7200h，为火电厂，在电力系统中承担基荷，从 而该电厂的设计要着重考虑可靠性。由于该电厂共有 6 回进线，14 回出 线回路，机组容量大，可靠性要求高，所以 110kV 母线采用双母接线或 双母带旁母接线，发电机出口母线采用单元接线。

2.3.2 110kV 电气主接线

通过对原始资料进行分析，根据主接线的基本要求，对 110kV 一次 系统的主接线形式拟定以下

两种：

双母线接线如图 2-1 所

示：

双母线接线具有两组母

线 W1，W2，每一回路经一

台断路器和两组隔离开关分

别与两组母线连接， 母线之间

通过母线联络断路器QF（简

称母联）连接。

双母线接线的优点：

（1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修 一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任 一回路的母线隔离开关只停该回路。

（2）调度灵活。各个电源和各个负荷可以任意分配到某一组母线上， 能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要。

（3）扩建方便。向双母线的左右任何方向扩建，均不影响两组母线 的电源和负荷自由组合分配，在施工中不会造成原有回路的停电。

双母线接线的缺点：

（1）每回进出线均要多加一组隔离开关。

（2）当母线故障或检修

时，隔离开关做倒闸电器，容

易误操作。

双母线带旁路母线接线

如图2-2所示：

右图是具有专用旁路断

路器 QF2 的双母线接线示意

图，QS3，QS4为线路的旁路

在检修任一出线的

隔离开关，

断路器时，都可以由旁路断路器QF2及相应线路上的旁路隔离开关代替， 而不必中断该回路的连续供电。

双母接线有这么多的优点， 在考虑经济合理配置的情况下加装旁路母 线则可避免检修断路器时造成短时停电。

双母带旁母接线方式运行操作方便，不影响双母线正常运行，缺点是 多装了一台断路器，增加了投资和配电装置的占地面积。且旁路断路器的 继电保护为适应各回路出线的要求，其整定也较复杂。

根据以两种接线方式的优缺点，现初步确定发电厂的 110kV 电压等 级的电气主接线形式采用双母线带旁路母线接线形式。 110kV电压等级采 用双母线带旁路母线接线能保证母线在发生故障时， 仍有一段母线正常工

作，经过实践证明可提高供电的可靠性，并且具有经济性和可靠性，能够 提供给重要的负荷七回馈电线路，保障社会生产生活的正常进行。并且两 个电压等级采用双母线带旁路母线分段接线形式， 虽然在初期投资上进行 较大的投入，但随社会生产的发展，并根据 5~10 年规划的发展可以进行 扩建。

2.3.3 发电机变压器组电气主接线

没有汇流母线的接线，其最大的特点是使用断路器数量最少，一般采 用断路器数都等于或少于出线回路数，从而结构简单，投资小，一般在 6~220kV电压等级电气主接线中广泛采用。常见有以下几种形式：a.单元

接线；b.角形接线；c.桥形接线。其中单元接线常用于发电厂中。

单元接线如图2-3所示：

发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电

机—变压器组，称为单元接线。它具有接线简单，开

关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压母线，

使得在发电机和变压器低压侧短路时， 短路电流相对

于具有母线时，有所减小等特点。如图所示发电机和

三绕组变压器组成的单元接线。

扩大单元接线如图2-4所示：

为了减少变压器台数和高压侧断路器数目，并节省配电装置占地面 积， 在系统允许时将两台发电机与一台变压器相连接， 组成扩大单元接线。 这种接线简单，使用设备最少。线路故障或检修时，变压器停运；反过来， 变压器故障或检修时，线路停电。适用于只有一台

变压器和一回线路时或当发电厂内不设高压配电

装置，直接将电能送至系统枢纽变电站时的情况。

焦作电厂有110kV 和220kV 两种电压等级，

发电机发出的电能通过在满足本地企业对电能需

求的情况电能按负荷分配直接送往两级电压系统，

其电能主要以升高电压送往电力系统。 发电机容量

较大，出线回路数又多，为了减少故障，为了提高供电的可靠性，通过经 济计算比较，可靠性计算比较，选用桥行接线运行方式增加了投资，从经 济性来说是不太符合实际情况的。 根据焦作电厂输送容量大小， 电压等级， 出线回路数以及在电力系统中的位置和重要作用， 最终确定为发电机—变 压器单元接线运行方式。

2.4变压器的选择

在发电厂中， 用来向电力系统或用户输送功率的变压器， 称为变压器。 变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的确定 除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5—10年发展规划、 输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素， 进行综合分析和合理选择。

变压器容量的选择应遵循以下原则：

(1)应尽量采用三相变压器。

(2)容量为200MW及其以上的发电机与变压器为单元接线时， 按发电 机额定容量扣除本机组厂用负荷， 留有10%的裕度且变压器绕组的温升在 标准环境温度或冷却温度下不超过55 C

o 。

2.4.1 主变压器的选择

发电机单机容量为 220MW，考虑留有 10%的裕度，则焦作电厂选择 主变压器的计算数据如表2-1所示。1#、2#主变压器的技术参数分别如表 2-2、表2-3所示。

表 2-1 焦作电厂选择主变压器的计算数据

发电机

厂用电

率（%） 厂用负荷

(MW)

110%送

出功率

主变压器选

择容量 （MW）

P N(MW) 功率因数 S N(MW)

220 0.85 258.8 6 13.2 227.5 240 表 2-2 1#主变压器铭牌参数

型号 SSPS3 —240000/220

频率 50Hz

额定容量 240000/240000/240000kV A

额定电压 242± 2′2.5%/121/15.75kV

冷却方式 强迫油导向风冷式

线圈连接组别 Y0/Y0/△—12—11

相数 3

器身约重 181.5t

运输重约 203.5t

总重约 263t

高压

电压 电流 分接开关

位置

开关连接

V A NA NB NC

254100 546 1 A

2

—A3 B2 —B3 C2 —C3

248050 559 2 A

3

—A4 B3 —B4 C3 —C4

242000 573 3 A

4

—A5 B4 —B5 C4 —C5

235950 586 43 A

5

—A6 B5 —B6 C5 —C6

229900 603 5 A

6

—A7 B6 —B7 C6 —C7

中压

电压（V） 电流（A）

121000 1146

低压

电压（V） 电流（A）

15750 8800/5080 运行方式 短路损耗 阻抗电压(%)

容量（k V A） 损耗（kW） （240000 k V A）时 高压—中压 240000 1243 27.6

高压—低压 240000 1016.1 16.56

中压—低压 240000 822 9.25

空载损耗 245（kW） 空载电流 0.54%

套管型电流互感器技术数据：

互感器型号 电流比 准确

级次 负荷

欧

倍数

10%

连接端

高压 LR—220—B 1000/5 0.5 2 1K1 —1K4 LRD—220—B 1000/5 D 4 29 2K1 —2K4 中压 LRD—110—B 1200/5 0.5 2 4K1 —4K5 LRD—110—B 1200/5 D 4 28 5K1 —5K5 高压中性点 LRD—110—B 600/5 1.0 2 3K1 —3K2 中压中性点 LR—35—B 1200/5 0.5 2.4 6K1 —6K5 表 2-3 2#主变压器铭牌参数

型号 SSPS B —240000/220

频率 50Hz

额定容量 240000/240000/240000kV A

额定电压 242 /121/15.75kV

冷却方式 强迫油导向风冷式

线圈连接组别 Y0/Y0/△—12—11

相数 3 器身约重 179t 总重约 272.8t

高压

调压范 围% 电压 电流 分接开

关位置

开关连接

V A NA NB NC

+ 5 254100 546 1 A

2

—A3 B2 —B3 C2 —C3

+ 2.5 248050 559 2 A

3

—A4 B3 —B4 C3 —C4 额定 242000 573 3 A4 —A5 B4 —B5 C4 —C5 －2.5 235950 586 43 A5 —A6 B5 —B6 C5 —C6 －5 229900 603 5 A6 —A7 B6 —B7 C6 —C7

中压

电压（V） 电流（A）

121000 1145

低压

电压（V） 电流（A） 电流（A） 15750 8797.5 a—y b—z c—x

运行方式 短路损耗 阻抗电压(%)

容量（kVA） 损耗（kW） （240000 kVA）时 高压—中压 240000 1004.8 23.9

高压—低压 240000 904 14

中压—低压 240000 726.8 8.67

空载损耗 293（kW） 空载电流 0.57%

套管型电流互感器技术数据：

互感器型号 电流比 准确

级次 负荷

欧

倍数

10%

出现端

标志

连接端

高压 LR—220

—B 1200/5 0.2 A—E 1K

1

—

1K2

2K1 —

2K2

3K1 —

3K2

LRB—220

—B

1000/5 4 29 A—D

中性点 LRB—110

—B 600/5 4 15 A—E 7K

1

—

7K2

中压 LR—110

—B 1200/5 2 28 A—E 4K

1

—

4K2

5K1 —

5K2

6K1 —

6K2

LRB—110

—B

1200/5 4 21 A—E

中性点 LRB—35

—B 1200/5 4 A—E 8K

1

—

8K2

2.4.2 厂用变压器的选择

由于厂用电率为6%，根据1#，2#厂用变压器各自承担的负荷则1#， 2#厂用变压器的参数如表2-4所示。

表 2-4 1#，2#高厂变铭牌数据

型号 SFFL3 —31500/20

相数 3

额定容量 31500/15750—15750kVA

额定电压 15.75± 5%/6.3—6.3kV

冷却方式 油浸风冷

连接组别 △/△—△—12—12

无吹风时容

量

21000/10500—10500kW

空载损耗 35kW

空载电流 0.533%

器身约重 23.6t

总重 44.51t

产品代码 1ET.710.991.1

高压

电流 电压 开关位置 开关连接

V A NA NB NC

16538 1100 1 A

2

—A3 B2 —B3 C2 —C3

15750 1154 2 A

3

—A4 B3 —B4 C4 —C5

14962 1215 3 A

4

—A5 B4 —B5 C5 —C6

低压

电压（V） 电流（A）

`6300 1442

套管型电流互感器技术数据：

互感器型号 电流比 准确等级 负荷 VA 连接端

高压

LR—35—B 1500/5 0.5 50 1K1 —1K2

2K1 —2K4

2 K1 —2K2 LRB—35—B 1500/5 60

阻抗电压 高压—（低压 1+低压 2）在 31500 时10.16% 高压—低压1 在 31500kVA时 18.85%

高压—低压2 在 31500kVA时 18.85%

低压—低压2 在 31500kVA时 36.3%

短路损耗 高压—（低压 1+低压 2）在 15750kVA时 186kW 高压—低压1 在 15750kVA时 91kW

高压—低压2 在 15750kVA时 85kW

低压 1—低压 2 在 15750kVA时 160kW

3.短路电流计算

在供电系统中，出现次数比较多的严重故障是短路。所谓短路是指供 电系统中一切不正常的相与相或相与地在电气上被短接。 本章通过短路电 流计算确定最大短路电流，为后面电气设备的选择提供依据。

3.1短路电流计算的目的及短路电流计算条件

为了保证电力系统安全、可靠地运行，在电力系统设计和分析中，不 仅要考虑系统在正常状态下的运行情况， 还应该考虑系统发生故障时的运 行情况及故障产生的后果，短路电流直接影响电器的安全，危害主接线的 运行。为了使电气设备能承受短路电流的冲击，提高电能的质量，往往通 过短路电流计算选用适当容量的电气设备。

短路电流计算条件：

① 容量和接线。按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景 发展规划（一般为本工程建成后 5~10 年）；其接线应采用可能发生最大 短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换中可能短时并列的接线方式。

② 短路种类。一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严 重时，则应按照最严重的情况计算。

③ 计算短路点。选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计 算点。

3.2电抗标幺值的计算

采用近似计算法，则： 取基准容量 S b =100M V A 基准电压 U b =各额定电压平均值

则基准电流 I b = b

b

U S

3 （3-1） 基准电抗 X b = b b

I U 3 = b

b

S U

2

（3-2）

六台变压器单机容量S T=240M V A ， 六台发电机单机容量S G=258.8M V A (1)对于110kV 系统,系统短路电流

I 1=24 kA

系统短路容量 S 1 =4780.32 M V A

系统电抗标幺值

*

1 X = 1

S S b = 32 . 4780 100 =0.021

(2)对于220kV 系统,系统短路电流

I 2=41.8kA

系统短路容量

S 2=16651.45M V A 系统电抗标幺值 * 2 X = 2 S S b = 45 . 16651 100

=0.006

(3)对于1#，2#，3#，4#发电机，其次暂态电抗 " d

X =15.63% 电抗标幺值 *

G X = "

d X G

b S S ′

=0.1563 8 . 258 100

′ =0.0604

(4)对于1#主变压器， 1代表高压，2代表中压，3代表低压

2 1- U (%)=27.6

3 1- U (%) =16.56 3 2- U (%) =9.25

1 K U (%)= ) (

2 1 3

2 3 1 2 1 - - - - + U U U = 2 1

(27.6+16.56-9.25)=17.46 2 K U (%)= ) (2 1 3

1 3

2 2 1 - - - - + U U U = 2 1

(27.6+9.25-16.56)=10.15 3 K U (%)= ) (2 1 2

1 3

2

3 1 - - - - + U U U = 2

1

(16.56+9.25-27.6)=－0.895 * 1 T X =

1 1 100 (%) T b K S S U ′ =0.1746 240 100

′ =0.0727

* 2 T X =

1 2 100 (%) T b K S S U ′ =0.1015 240 100

′ =0.0423

* 3 T X =

1

3 100 (%) T b K S S U ′ =0.00895 240 100

′ =0.0037

(5)对于2#主变压器， 1代表高压，2代表中压，3代表低压

2 1- U (%)=23.9

3 1- U (%) =1

4 3 2- U (%) =8.67

1 K U (%)= ) (

2 1 3

2 3 1 2 1 - - - - + U U U = 2 1

(23.9+14-8.67)=14.62 2 K U (%)= ) (2 1 3

1 3

2 2 1 - - - - + U U U = 2 1

(23.9+8.67-14)=9.29 3 k U (%)= ) (2 1 2

1 3

2

3 1 - - - - + U U U = 2

1

(14+8.67-23.9)= －0.62

四相步进电机控制系统设计资料讲解

四相步进电机控制系 统设计

课题：四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业：机械电子工程 班级：2班 学号： 20110259 姓名：周后银 指导教师：李立成 设计日期： 2014.6.9~2014.6.20 成绩：

1概述 本实验旨在通过控制STC89C52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s，连续运行1分钟，并用1602液晶显示屏显示出来。 具体工作过程是：给系统上电后，按下启动开关，步进电机按照预先 实验具体用到的仪器：STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设 备。 实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进 电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就 转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程 开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，

直流电机双闭环调速系统设计.

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个

双闭环直流调速系统设计及仿真

双闭环直流调速系统设计及仿真 一转速、电流双闭环控制系统 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。 n n t 图1 转速调节系统理想起动过程 为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。 图2 双闭环直流调速控制系统原理图 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。

图3 双闭环直流调速系统动态结构图 在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。 二双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。 第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，使、、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值，强迫电流迅速上升。当时，，电流调节器ACR的作用使不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，

步进马达控制电路设计

毕业设计 题目步进电机运动控制系统设计学院XXXXXX 年级专业应用电子专业 学生姓名XXXX 指导老师XXXX 专业负责人XXXXX 答辩日期

步进电机运动控制系统设计 摘要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能 关键词：步进电机单片机调速系统。

Stepper Motor Motion Control System Design Abstract：Stepper motor is the electrical impulse signals into angular displacement or linear displacement of the open-loop control components. In the non-overload case, the motor speed, and stop location depends only on pulse frequency and pulse number, regardless of the load change, that is, to add an electrical pulse signal, then turn one motor step angle. The existence of this linear relationship, coupled with only a periodic error of stepper motors without the accumulated error and so on. Made in terms of speed, position and other control areas to control the stepper motor used become very simple. Stepper motor speed control in general is to change the input frequency of stepper motor pulses to achieve the stepper motor speed, because the stepper motor to a pulse on each rotation a fixed angle, so that you can by controlling the stepper motor a pulse to the next a pulse time interval to change the pulse frequency, the length of delay to specific controls to change the angle stepper motor speed, in order to achieve speed control stepper motor. In this design the use of AT89C51 microcontroller-based timer to change the internal pulse frequency of CP in order to achieve the speed of stepper motor control, to achieve the function of motor speed and the positive inversion Keywords:Stepper Motor SCM Speed Control System

双闭环调速系统课程设计

目录页 第一章绪论 (2) 1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2) 1-2国内外研究情况 (3) 第二章双闭环调速系统设计理论 (3) 2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3) 2-2系统的静，动态性能指标 (4) 2-3非典型系统的典型化 (6) 2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7) 第三章模型参数测定和模型建立 (9) 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9) 3-2模型测定实验的计算分析 (11) 3-3系统模型仿真和误差分析 (18) 第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22) 4-1 设计整定的思路 (22) 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23) 4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25) 4-4系统的实际运行整定 (27) 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨…………………………………… 33 第五章设计分析和心得总结 (34)

5-1实验中出现的问题 (34) 5-2实验心得体会 (35) 第六章实验原始数据 (38) 6-1建模测定数据 (38) 6-2 系统调试实验数据 (39) 第一章绪论 1-1课题背景，实验目的与实验设备 转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。 本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。 本次实验的实验设备包括：

两相步进电机控制系统设计

综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日

两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机

步进电机调速

摘要 本文介绍的是在DICE-AT2型自控原理实验箱上，通过编写汇编语言实现对步进电机转速的调节以及正转—停止—反转的控制。 在试验箱上将电路搭好，打开软件，输入程序，将宏汇编程序经过汇编，连接后形成.EXE文件装入系统，运行程序观察电机转速及转向的变化。 程序运行后电机的变化跟预期相符，各项步骤运行正常。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 关键词：步进电机；汇编编程；8088cpu；计算机控制

Abstract Is introduced in this paper on the DICE - AT2 control principle experiment box, by writing assembly language implementation of the stepping motor speed regulation and control forward, stop, reverse. In test chamber, general layout is good, open software, input program, the macro assembler after assembly, connection formation. EXE file into the system, run the program to observe the changes of motor speed and steering. Program is running after the change of the motor with expectations, the various steps to run normally. Stepper motor is the electrical pulse signal into angular displacement or linear displacement of open loop control stepping motor. Stepper motor as the executive element, it is one of the key products of electromechanical integration, widely used in all kinds of automation control system. With the development of microelectronics and computer technology, step ? Keywords:Stepping motor; Assembler programming; 8088 CPU; The computer control

基于单片机的步进电机控制系统的设计_毕业设计

本科毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统的设计

摘要 随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求，步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色，区别于普通的直流电机和交流电机，步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键组成之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计，包括了硬件设计和软件设计两部分。其中，硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写，包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。 本设计采用STC89C52单片机作为主控制器，4*4矩阵键盘作为输入，LCD1602液晶作为显示，ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面，键盘输入步进电机的运行距离；步进电机能以不同的速度运行，可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置，可调性较强；显示设定的运行距离和实际运行距离；方便操作者使用。关键词：单片机步进电机液晶显示键盘驱动

Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver

#直流电机调速系统分析与设计

第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组和电枢共用同一电源，从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用： 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im －－电流给定电压的最大值，即限制了最大电流； τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm －－Uc的最大值，即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。

双闭环控制系统设计

双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic

process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10

控制步进电机调速系统实验报告

华北科技学院计算机系综合性实验 实验报告 课程名称微机原理及应用 实验学期 2011 至 2012 学年第二学期学生所在系部电子信息工程学院 年级 2009 专业班级 学生姓名学号 任课教师 实验成绩 计算机系制

《微机原理及应用》课程综合性实验报告 开课实验室：计算机接口实验室2012年5月29日 实验题目微机控制步进电机调速系统 一、实验目的 1、了解计算机控制步进电机原理 2、掌握步进电机正转反转设置方法 3、掌握步进电机调速工作原理及程序控制原理 二、设备与环境 TPC-2003A 微机。 Vc++编译器。 三、实验内容 硬件接线图参考实验指导书。 软件编程在TPC-2003A自带的VC++编译环境下使用。 在通用VC++下编程，需要拷贝相关的库文件。 用汇编语言编写控制程序需注明原理。 四、实验结果及分析 1、实验步骤 1、按如下实验原理图连接线路，利用8255输出脉冲序列，开关K0～K6控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS接288H～28FH。PC0～PC3接BA～BD；PA口接逻辑电平开关。 2、编程：当K0～K6中某一开关为“1”（向上拨）时步进电机启动。K7向上拨电机正转，向下拨电机反转。 实验原理图

2.实验结果 按照实验步骤连接实验电路，检查无误后运行程序。可以看到，当开关k0到k6依次为高电平时，电机转速越来越慢，k0闭合时速度最快，k6闭合时速度最慢，当k0到k6的低位有闭合时，步进电机按最低位的转速运行，因为程序中的查询方式是从k0-k6，即在程序的优先级别中k0的级别是最高的而k7的优先级别是最低的。k7控制电机的正转与反转。 3.实验分析 （1）步进电机的工作原理： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动 电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 如图(b)所示：本实验使用的步进电机用直流＋5V 电压，每相电流为0.16A，电机线圈 由四相组成：即： φ1（BA） φ2（BB） Φ3（BC） Φ4（BD） 驱动方式为二相激磁方式，各线圈通电顺序如下表所示。图（b） 表中首先向φ1 线圈－φ2 线圈输入驱动电流，接着φ2－φ3，φ3－φ4，φ4－φ1，又返回到φ1－φ2，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。 实验可通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲，从而得到多种步进速度。

步进电机控制系统设计.

毕业设计论文 论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑

************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1

三相异步电机闭环调速设计

《控制系统设计》课程设计报告 学院：信息工程学院 姓名： 班级：11自动化 学号： 题目：三相异步电动机闭环调速系统设计与实践指导老师： 完成时间：2014年6月20日

目录 摘要............................................................... I 1概述.. (1) 1.1三相异步电动机的调速方法 (2) 1.2调压调速的简介 (3) 1.3课程设计的要求 (5) 2三相异步电动机调压调速系统的组成 (5) 3三相异步电动机调压调速系统的设计和实现 (8) 3.1三相异步电动机调压调速系统的电路 (8) 3.2闭环调速结构图 (10) 3.3 系统各部分参数的计算 (10) 4三相异步电动机调压调速系统的仿真 (13) 4.1MATLAB仿真的介绍 (13) 4.2电路的建模和参数设置........................ 错误！未定义书签。 4.3异步电机调压调速系统仿真模型................ 错误！未定义书签。 4.4仿真效果图 (17) 总结 (22) 参考文献 (23)

摘要 异步电动机具有结构简单、制造容易、维修工作量小等优点，早期多用于不可拖动。随着电力电子技术的发展，静止式变频器的诞生，异步电动机在可拖动中逐渐得到广泛的应用。实现电机调速有不少方法。研究电机调速，找出符合实际的调速方法能最大限度的节约能源，所以研究调压调速就显得很有必要。异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统，该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。 本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，并着重讲述了三相异步电动机(M)、测速发电机(TG)、晶闸管交流调压器(TVC)的简单的工作原理。在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上，设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构原理图。还将调压调速与其他的调速方法相比，所具有的优点以及不足之处。 以转速单闭环调压调速系统为例，电机调速开环控制系统调速范围较小，采用速度作为负反馈的闭环控制系统解决了这个问题,使调速性能得到改善。 最后，经过理论分析建立模型后，基于Matlab语言开发仿真软件，并进行仿真实验，并且对仿真结果进行了一定的分析及改进。 关键词: 调压调速MATLAB三相异步电动机转速调节器

步进电机速度控制系统设计

目录 1 总体方案的确定 (1) 1.1 对步进电机的分析 (1) 1.2 电机的控制方案 (2) 1.3 控制算法的方案 (3) 1.4 串口通讯的模拟 (3) 2 硬件的设计与实现 (4) 2.1 微处理器的选择 (4) 2.2 控制电路的实现 (4) 2.3 键盘和显示电路 (6) 3 软件的设计与实现 (6) 3.1 控制信号输入程序 (7) 3.2 步进电机控制程序设计 (8) 3.3 程序分析及说明 (9) 4 系统的仿真与调试 (10) 4.1 程序的调试 (11) 4.2 串口通信的调试 (11) 4.3 调试结果及分析 (11) 5 设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)

步进电机速度控制系统设计报告 1 总体方案的确定 系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU 的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。 1.1 对步进电机的分析 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。本设计是用单片机输出可调脉冲作为单片机的控制信号，通过改写脉冲频率调节单片机转速。 常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点,它又分为两相和五相,应用最为广泛。单片机管脚输出电压一般不足以驱动步进电机转动，所以需要在单片机和步进电机之间加入驱动电路。

步进电机工作原理、驱动控制系统与选型

步进电机工作原理、驱动控制系统与选型 一、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，

电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 其磁通量Ф=Br*S ；Br为磁密；S为导磁面积； F与L*D*Br成正比；L为铁芯有效长度；D为转子直径；Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 （二）感应子式步进电机