線路串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓控制

1、本科生課程設(shè)計(jì)（論文） ； 遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目： 線路串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓控制線路串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓控制 (3) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 電氣電氣111111 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 李寶國李寶國 起止時(shí)間：起止時(shí)間：2014.12.012014.12.01 12.1212.12 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化

2、學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電氣111 課程設(shè)計(jì) 題目 線路串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓控制(3) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 電力系統(tǒng)圖如圖： 1 勵(lì)磁可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)：pn=280mw，cosn=0.9，un=10kv，xd=xq=1.55； 2 變壓器 t1：sn=350mva,uk%=15,pk=1.5mw,i0%=4,p0=0.8mw,變比 k1=242101%/10kv. 3 變壓器 t2：sn=350mva,uk%=15,pk=1.5mw,i0%=4,p0=0.8mw,變比 k2=220101%/11kv. 4 每回線路:l=200km,x1=0.42/km, r=0.07/km, b1=2.8

3、10-6s/km. 5 末端最大負(fù)荷: s=230mva.最小負(fù)荷: s=90mva. 功率因數(shù)均為 0.85。 任務(wù)要求： 1 計(jì)算各元件的參數(shù)，并畫出系統(tǒng)的等值電路。 2 對給定的系統(tǒng)（變壓器為主分接頭，發(fā)電機(jī)電壓額定），計(jì)算各點(diǎn)電壓。 3 采用線路中串聯(lián)電容器的調(diào)壓方法，確定串聯(lián)電容器的容量，使發(fā)電廠 220kv 母線電壓不超過 240kv，變電所 10kv 母線電壓在 9.8kv 到 11kv 之 間。 5 利用單片機(jī)（或 plc 等）實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)電容器的實(shí)時(shí)控制。 4 對調(diào)壓結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。 進(jìn)度計(jì)劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理解電壓調(diào)整的基本方法和原理。（1 天） 2、系統(tǒng)等值電路

4、繪制及參數(shù)計(jì)算。（1 天） 3、變壓器取主分接頭，發(fā)電機(jī)取電壓額定，計(jì)算各點(diǎn)電壓（1 天） 4、采用線路中串聯(lián)電容器的調(diào)壓方法，計(jì)算電容值，完成電壓調(diào)整要求。（2 天） 5、利用單片機(jī)（或 plc 等）實(shí)現(xiàn)對電容器的實(shí)時(shí)控制。（3 天） 6、對結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。（1 天） 7、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天） 指導(dǎo)教師評(píng)語及成績 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 t1 t2 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一就是調(diào)整電壓盡量減小與額定電壓的偏 移值。而

5、電壓水平在全電力系統(tǒng)中的各點(diǎn)不同，并且電壓控制可分散進(jìn)行，所 以為了使所有用戶處的電壓質(zhì)量都符合要求，需采取必要的調(diào)壓控制手段。此 次采用的方法為串聯(lián)電容器控制電壓，通過電容器的容抗補(bǔ)償輸電線路的感抗， 起到調(diào)整輸電線路末端的電壓的作用。針對此電力系統(tǒng)，進(jìn)行等值電路與參數(shù) 計(jì)算并根據(jù)電壓調(diào)整的要求計(jì)算串聯(lián)電容器的電容值。并通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對電 力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。串聯(lián)電容器補(bǔ)償調(diào)壓的顯著優(yōu)點(diǎn)即串聯(lián)電容器調(diào)壓方式與 調(diào)壓要求恰好一致。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電壓控制；串聯(lián)電容 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的意義 .1 1.2 本文主要內(nèi)容 .2 第 2

6、 章 補(bǔ)償前系統(tǒng)電壓計(jì)算 .3 2.1 系統(tǒng)等值電路及參數(shù)計(jì)算 .3 2.2 系統(tǒng)電壓計(jì)算 .5 第 3 章 采用電力電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)整計(jì)算 .6 3.1 采用電力電容器的電壓調(diào)整原理與方法 .6 3.2 串聯(lián)補(bǔ)償容量的計(jì)算 .6 3.3 串聯(lián)電容器的選擇 .8 第 4 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .10 4.1 輸入通道設(shè)計(jì) .10 4.2 輸出通道設(shè)計(jì) .12 4.3 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .13 第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .15 參考文獻(xiàn) .16 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 1.1 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的意義 電力系統(tǒng)電壓控制的意義：電力系統(tǒng)的電壓和頻率都是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)， 用電設(shè)備只

7、有在額定電壓下運(yùn)行才能取得最佳的工作效率。 當(dāng)電壓偏離額定值較大時(shí)，會(huì)對負(fù)荷的運(yùn)行帶來不良影響，影響產(chǎn)品的質(zhì)量 和產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至引起電力系統(tǒng)的電力崩潰，造成大面積停電。 a:對發(fā)電機(jī)和變壓器的影響：電力系統(tǒng)電壓降低時(shí)，為了維持恒定功率，發(fā) 電機(jī)的定子電流增大。為了使發(fā)電機(jī)定子繞組不致過熱，不得不減少發(fā)電機(jī)所發(fā) 的有功功率。類似的，電力系統(tǒng)電壓降低后，也不得不變壓器所帶動(dòng)的有功負(fù)荷。 b：對電動(dòng)機(jī)的影響：電壓降低，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率將增大。因而，電動(dòng) 機(jī)各繞組中的電流也將增大，溫度將增加，效率將降低，壽命會(huì)縮短。轉(zhuǎn)差增大 轉(zhuǎn)速下降輸出功率減小影響鍋爐。汽輪機(jī)的工作最終影響發(fā)電廠所發(fā)出 的功

8、率。 電壓降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程增加，可能在啟動(dòng)過程中因溫度過高而燒毀。電 壓偏離將加速設(shè)備絕緣老化，影響電動(dòng)機(jī)壽命。 c：對電熱設(shè)備的影響：電爐等電熱設(shè)備的發(fā)熱量與電壓平方成正比，電壓 降低將大大降低發(fā)熱量，使效率降低。照明負(fù)荷，對電壓變化反應(yīng)靈敏。電壓過 高，白熾燈的壽命將大為縮短，電壓過低，亮度和發(fā)光效率要大幅度下降。 d：損耗和絕緣：電壓降低時(shí)，會(huì)使電網(wǎng)中有功功率和無功功率增加，過低 還會(huì)危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而電壓過高，各種電氣設(shè)備的絕緣會(huì)受到損壞， 在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗。 因此，無論是作為負(fù)荷用電設(shè)備還是電力系統(tǒng)本身，都需要能在一定的額定 電壓水平下正常工作。所以電力

9、系統(tǒng)的電壓調(diào)整就尤為必要了。在電力系統(tǒng)中， 電壓控制的手段主要有：發(fā)電機(jī)控制調(diào)壓，控制變壓器變比調(diào)壓，利用無功功率 補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓，利用串聯(lián)電容器控制電壓等。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1.2 本文主要內(nèi)容 本文主要論述通過線路串聯(lián)電容器來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的電壓控制。在輸電線路 中串聯(lián)接入電容器，利用電容器的容抗補(bǔ)償輸電線路中的感抗，使電壓損耗分量 減小，從而提高輸電線路末端的電壓。根據(jù)任務(wù)書所給的電力系統(tǒng)，分三大部分。 第一，分別計(jì)算發(fā)電機(jī)，變壓器及線路的參數(shù)，并畫出系統(tǒng)的等值電路圖。 計(jì)算各點(diǎn)電壓。 第二采用線路串聯(lián)電容器的調(diào)壓方法。確定選擇電容器的種類與容量，計(jì)算 電容值，完成電壓調(diào)整要求。 第

10、三部分，利用簡單 at89c51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電容器的實(shí)時(shí)控制。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 補(bǔ)償前系統(tǒng)電壓計(jì)算 2.1 系統(tǒng)等值電路及參數(shù)計(jì)算 變壓器 t1 的各參數(shù)值：根據(jù)已知條件可以確定=1.5，=242v,=3501pkmwunsn ，所以有：mwa 79.010 350000 2421500 10 3 2 2 3 2 1 2 11 1 n nk t s up r 1 . 2510 350000 24215 10 2 1 2 10 0 1 1 n nk t s uu x mvajmvajs i jps n ）（148 . 0)350 100 4 8 . 0( 100 0 0

11、001 因此變壓器 t1 的等值電路可以化簡如圖 2.1.1： 圖 2.1.1 變壓器 1 等值電路圖 變壓器 t2 的各參數(shù)值：可以確定 pk2=1.5，=242v,=350，所以mwunsnmwa 59 . 0 10 350000 2201500 10 3 2 2 3 2 2 2 22 2 n nk t s up r 7 . 2010 350000 22015 10 2 2 2 20 0 2 2 n nk t s uu x mvamvajs i jps n ）（j148 . 0)350 100 4 8 . 0( 100 0 0 002 因此變壓器 t2 的等值電路可以化簡如圖 2.1.2

12、zt y t 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 圖 2.1.2 變壓器 2 的等值電路 線路參數(shù)： )427()20042 . 0 20007 . 0 ( 2 1 jjjxrz lll ssbl 46 1016 . 6 220108 . 22 2 1 2 1 var81.29-var2201016 . 6 2 1 242 21 mmvbqq nlbb 線路的等值電路可以化簡如圖 2.1.3： 圖 2.1.3 線路等值電路 末端最大負(fù)荷： mvamvas）（150j200)sin250cos250( max 末端最小負(fù)荷： mvajmvas)90120(sin150cos150 min ）（ z 1/2b

13、 1/2b zt y t 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2.2 系統(tǒng)電壓計(jì)算 作為初步估算，先用符合功率計(jì)算變壓器繞組損耗和線路損耗。 38 . 8 )759 . 0 79 . 0 ( 21tltlt rrrr 8 . 8742 7 . 201 .25 21 ）（ tltlt rxxx mvamvajslt)j113.4 8 . 10() 8 . 8738 . 8 ( 220 150200 2 22 max mvamvajslt) 8 . 40j9 . 3() 8 . 8738 . 8 ( 220 90120 2 22 min 所以， mvaqqjsssss bblt ）（28.228j212j 2

14、10201maxmaxmax1 mvajqqjsssss bblt )68.95 1 . 125(j 210201minminmin1 利用首端功率求出最大負(fù)荷是降壓變壓器歸算到高壓側(cè)的低壓母線電壓，電壓值 為： vv u xqrp uuk 4 . 116k) 242 4 . 11328.228 8 . 10212 242( 0 max1max1 0 max3 vv u xqrp uuk 1 . 18k) 242 8 . 4068.959 . 3 1 . 125 242( 0 min1min1 0 min3 按最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出運(yùn)行來選擇降壓變壓器變比，則有 vu u u u nt k0

15、1.21911 10 1 . 199 3 min3 min3 規(guī)格化后，取 220分接頭，即 k=220/11=20 0 0 0 圖 2.2 系統(tǒng)等值電路圖 xs zt1zlzt2 xs 1/2blj1/2blj 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 采用電力電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)整計(jì)算 3.1 采用電力電容器的電壓調(diào)整原理與方法 串聯(lián)電容器調(diào)壓的特點(diǎn)： 調(diào)壓效果隨無功負(fù)荷 q 變化而改變：調(diào)壓效果隨無功負(fù)荷 q 變化而改變： (1)無功負(fù)荷大時(shí)，末端電壓嚴(yán)重下降，其作用也大。 (2)無功負(fù)荷小時(shí)，末端電壓輕微下降，其作用也小。 (3)串聯(lián)電容器調(diào)壓方式與調(diào)壓要求恰好一致，這是串聯(lián)電容器補(bǔ)償調(diào)壓

16、的 一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。 補(bǔ)償度：補(bǔ)償?shù)娜菘怪岛捅谎a(bǔ)償輸電線路原有感抗值之比。在輸電線路中， 其補(bǔ)償度常常小于 0.8，國內(nèi)一般在 0.4 到 0.6 之間。配電線路中的補(bǔ)償度較大。 對于超高壓輸電線，串聯(lián)電容補(bǔ)償主要用于提高輸電線路的輸電容量和提高 電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 與并聯(lián)補(bǔ)償比較，串聯(lián)補(bǔ)償直接減少輸電線路的電壓損耗以提高輸電線路末 端電壓的水平。并聯(lián)補(bǔ)償通過減少輸電線路無功功率而減小電壓損耗以提高線路 末端的電壓水平，效果不如前者。 3.2 串聯(lián)補(bǔ)償容量的計(jì)算 分析電壓損耗的計(jì)算公式，可以發(fā)現(xiàn)在傳輸功率一定的條件下，電壓損耗 的大小取決于線路參數(shù)電阻 r 和電抗 x 的大小。可見，改變線路

17、參數(shù)也同樣 能起到調(diào)壓的作用。 一般來說，電阻 r 是不容易減小的。在高壓電網(wǎng)中，由于 xr，pr/u 在電壓損耗中所占的比例一般較 qx/u 要小，因此，通常都采用減小電抗來降 低電壓損耗。減小電抗的方法有：采用分裂導(dǎo)線；在電力線路中串聯(lián)入靜電電 容器等。其等效電路圖如圖 3.1 所示： un qxc u 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 圖 3.1 線路串聯(lián)電容等效圖 未接入串聯(lián)電容器補(bǔ)償前有： (3-1) 電路串聯(lián)電容補(bǔ)償后 (3-2) v u xxqpr uu bc c bca 11 10 42.41024 10 )( ）（ 假如補(bǔ)償前后輸電線路首端電壓維持不變，即 (3-3) aa uu 則有

18、 (3-4) () c bbc bbc prq xxprqx uu uu 經(jīng)過整理可得到 (3-5)()() bc cbcc bcb uprqxprqx xuu quu 式（3-5）方括號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)數(shù)值一般很小，可以略去，則有 (3-6)() bc cbcb u xuu q 如果近似認(rèn)為接近線路的額定電壓，則有 bc u n u (3-7) 公式中為經(jīng)串聯(lián)電容補(bǔ)償后輸電線路末端電壓需要抬高的電壓增量數(shù)值。u 有公式（3-7）得： 127.67 220 *87.05 150 c x p+jq -jxcu2 u1r+jx u q un xc v u qxpr uu b ba 15 10 2 . 41

19、024 10 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） prqx u u 高壓網(wǎng)中 xr,用串聯(lián)電容器的方法改變線路電抗以減少電壓損耗 （p、q 一定時(shí)）。 低壓網(wǎng)中，r 較大，通過增大導(dǎo)線截面來改變電阻以減少電壓損耗 未串聯(lián) x 時(shí)： （3-8） aa ab a p rq x u u 串聯(lián) x 后： （3-9） () aac ab a p rqxx u u 電壓損耗減小了，則電壓水平提高了。 b u （3-10） ca abab a x q uu u 則： （3-11） () a cabab a u xuu q 若已知，且末端要提高的電壓也已經(jīng)給定， a u 則： 22 2 2 3. aa cc c a pq

20、 qi x u x （3-12） 由公式（3-12）得 3.3 串聯(lián)電容器的選擇 在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行中應(yīng)盡可能增大電網(wǎng)輸送能力的同時(shí)還必須保持系統(tǒng)的安 全穩(wěn)定運(yùn)行。普通串聯(lián)電容設(shè)備可以在改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件，提高電力系統(tǒng)穩(wěn) 定性，增強(qiáng)電網(wǎng)輸電能力上氣道一定能力，但幾乎都采用機(jī)械 性控制方式，在 22 2 152.28282.4 *127.67273.99 var 219.01 c qk 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限，控制速度慢，不能在短時(shí)間內(nèi)頻繁操作，裝置老化快， 壽命短等問題都制約了潮流控制的靈活性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高，難以充分利用電 力設(shè)備的輸電能力。 為了解決以上問題，擬采

21、用可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器 tcsc，可控串聯(lián)補(bǔ)償器是 柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，在交流輸電系統(tǒng)中利用串聯(lián)電容器的榮性阻 抗補(bǔ)償輸電線部分的感性阻抗，可以縮短輸電線路的等效電氣距離，減小功率輸 送引起的電壓降和功角差，從而提高輸電線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)增加 線路輸送容量，提升電網(wǎng)輸送能力，在不改變原有輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的前提下，利 用 tcsc 裝置是一種較為有效的方法。 tcsc 的基本結(jié)構(gòu)如圖，由固定的串補(bǔ)電容，并聯(lián)一個(gè)有晶閘管的電抗器， 金屬氧化物壓敏電阻，晶閘管閥及旁路開關(guān)等元件組成。 tcsc 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.快速連續(xù)的調(diào)節(jié)輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償度。 2.動(dòng)態(tài)控制輸電線路潮流，優(yōu)化

22、電網(wǎng)潮流分布和減少網(wǎng)損； 3.通過控制線路潮流，阻尼功率震蕩 4.能提高線路串聯(lián)補(bǔ)償度并抑制 ssr 5.能提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。 6.有助于調(diào)節(jié)母線電壓，緩解電壓不穩(wěn)定問題。 7 當(dāng)線路的輸送功率相同時(shí)，即使串聯(lián)電容器每千乏的成本由于其較高的運(yùn) 行 電壓時(shí)并聯(lián)電容器的兩倍，串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)目傮w成本要比并聯(lián)補(bǔ)償?shù)鸵?些。 圖 3.3.1 tcsc 原理圖 cic bbr it l movimov 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 輸入通道設(shè)計(jì) 本次的輸入電路結(jié)構(gòu)主要采取典型的模擬量輸入電路，其基本結(jié)構(gòu)包括電壓 形成回路，低通濾波回路，采樣保持，多路轉(zhuǎn)換開關(guān) a

23、/d 變換芯片五部分組成。 電壓形成回路：rtu 要從電流互感器和電壓互感器取得信息，但這些互感器的二 次側(cè)電流或電壓不能適應(yīng)模擬量與數(shù)字量的輸入范圍的要求，所以應(yīng)該對他們進(jìn) 行相關(guān)的變換。典型電壓電路變換原理如圖所示。 圖 4.1.1 輸入通道設(shè)計(jì) 電壓變換器將由電壓互感器二次側(cè)引來的電壓進(jìn)一步降低。與此同時(shí)，電流 互感器將電流互感器二次側(cè)引來的電流變成電壓信號(hào)，并且可以進(jìn)一步降低電壓， 可以通過改變電壓互感器，電流互感器的變比改變輸入信號(hào)的電壓。 電壓形成回路除了起到電量變換的作用外，還有一個(gè)作用就是將一次設(shè)備的 電流互感器，與電壓互感器的二次回路與微機(jī)轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 完全隔離提高抗干擾的 能力

24、。 為了使信號(hào)被采樣后不失真，需要在采樣前用一個(gè)模擬低通濾波器將高頻分 量濾去。根據(jù)采樣定理，電力系統(tǒng)在故障的暫態(tài)期間，電壓和電流含有較高的頻 率成分，為了使高次諧波成分不失真，就要提高硬件的速度及采樣率。但事實(shí)上 大多數(shù)的模擬量輸入回路都在采集之前將最高的信號(hào)頻率分量限制在一定頻帶以 內(nèi)，即限制最高頻率，降低采樣頻率。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 圖 4.1.2 模擬量輸入電壓變換典型原理圖 采樣保持電路的作用是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測量模擬輸入量在該時(shí)刻的瞬時(shí) 值，并在模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)化的器件保持其輸出不變。s/h 電路可以方便的對多個(gè)模 擬量實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣。 為了反映兩個(gè)量以上的繼電保護(hù)裝置，都要求對

25、各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，準(zhǔn)確 的獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系。所以應(yīng)該對每個(gè)模擬輸入量設(shè)置一套電壓形成， 抗混疊低通濾波和采樣保持電路。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種受 cpu 控制的高速電子 切換開關(guān)。在一般應(yīng)用中，不論哪種電路構(gòu)成的模擬電子開關(guān)，一般分為電壓開 關(guān)和電流開關(guān)兩種，電流開關(guān)比電壓開關(guān)的工作速度要高的多。 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，是將模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí) 別的數(shù)字量的橋梁。由于計(jì)算機(jī)只能對數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算。電力系統(tǒng)中的電流，電 業(yè)信號(hào)均為模擬量，所以用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字量就顯 得很必要了。目前模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的種類很多，有的是電流輸出的，也有的是正極 性參考電壓

26、的，以適應(yīng)各種不同場合的需要。 tv u(t) r1r2 c1c2 v1 u v2 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4.2 輸出通道設(shè)計(jì) 模擬量輸出電路的作用是把微型機(jī)系統(tǒng)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，這 任務(wù)主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器來完成，其作用是將二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量。 如圖所示，由于轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 應(yīng)該保持不變，而微型機(jī)在數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定的時(shí)間很短，因此該轉(zhuǎn)換器必須用鎖 存器來保持?jǐn)?shù)字量的穩(wěn)定，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器得到的模擬信號(hào)，一般要經(jīng)過低通濾波器， 時(shí)器輸出波形平滑，同時(shí)為了能驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備，可用、功率放大器作為模擬量輸 出的驅(qū)動(dòng)電路。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)

27、字量經(jīng)解碼電路變成模擬電壓或電流輸出，數(shù)字量 是用代碼按數(shù)位的權(quán)組合起來表示的，每一位代碼都代表一個(gè)具體的數(shù)值。因此， 為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，必須將每一位的代碼按其權(quán)的值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬 量，然后將代表各位的模擬量相加，就能得到與被轉(zhuǎn)換數(shù)字量相關(guān)的模擬量，完 成數(shù)模轉(zhuǎn)換。 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通常集中在一塊芯片上，所以集成電阻值要制作的相當(dāng)精確， 因而數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精確度主要取決于參考電壓或者基準(zhǔn)電壓的精確度和紋波情況， 當(dāng)然，也與電路的線路布置有關(guān)，所以可以在芯片的內(nèi)部設(shè)一個(gè)經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)?齊納二極管穩(wěn)壓回路，將外加給芯片的電源電壓經(jīng)過進(jìn)一步的穩(wěn)壓提供給電阻電 壓，可以提高其精確度。 圖 4.2

28、模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)框圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4.3 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與 51 系列其他型號(hào)相比，89c51 具有一定的優(yōu)勢它是面向控制的 8 位 cpu 由 中央處理器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，輸入輸出接口，可編程串行口， 定時(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器組成，根據(jù)任務(wù)書的要求，選擇 89c51 為 cpu.89c51 在我國應(yīng)用最為廣泛。 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路之后，只要單片機(jī)的 reset 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖(兩個(gè)機(jī)器周期)以上的高電平，單片機(jī)就能 實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠復(fù)位。在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，一般使 reset 引腳保持 10m

29、s 以上的高電平，單片機(jī)就可以可靠地復(fù)位。當(dāng) reset 從高電平變?yōu)榈碗娖揭?后，單片機(jī)從 0000h 地址開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ale 和 psen 引腳輸出 高電平。 圖 4.3.1 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。89c51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高 增益反向放大器（及與非門的一個(gè)輸入端編程為常有效時(shí)），用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩 器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。在 xtal1 和 xtal2 兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送 入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，如圖 2.5 所示。 外接晶振時(shí)，c1 和 c2 值通

30、常選擇為 30pf 左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，c1 和 c2 可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用，振蕩 頻率范圍是 0 到 24mhz。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作， 諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片可靠。 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一 個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 圖 4.3.2 時(shí)鐘電路 因此，單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖所示; 圖 4.3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng) p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28