Explicación de la terminología de flujo estimulado
PIC16F877 es el microcontrolador más completo de la serie de chips PIC16F87X producidos por Microchip en Estados Unidos. Se puede lograr la depuración y la programación en línea. Tiene 8 canales de convertidor A/D de 10 bits, memoria de programa FLASH de 8k x 14 bits, RAM de 368 x 8 bits, EEPROM de 256 x 8 bits, 14 fuentes de interrupción y 3 temporizadores/contadores. En el chip están integrados hasta 65438.
2 Principio de funcionamiento básico del regulador de excitación del microordenador con excitación en derivación automática [4]
La Figura 1 es el diagrama de cableado principal del sistema de excitación en derivación automática. La potencia de excitación del generador se toma del extremo del generador, se reduce mediante el transformador de excitación LB y se rectifica mediante el rectificador controlado por silicio KZL para excitar el generador. El regulador de excitación automático controla el disparo del cambio de fase del tiristor de puente rectificador trifásico totalmente controlado de acuerdo con los criterios de ajuste preestablecidos basados en señales de entrada tales como señales de voltaje y corriente recopiladas por el transformador de voltaje TV y el transformador de corriente TA instalados en el salida del generador.Pulso, ajustando así la corriente de excitación del generador, logrando la estabilización automática del voltaje durante el funcionamiento independiente y el ajuste automático de la potencia reactiva cuando está conectado a la red, mejorando así la estabilidad del sistema de energía.
El voltaje de línea UAC y la corriente de fase IB del generador son transmitidos por el transformador de voltaje y el transformador de corriente respectivamente, y luego el circuito detector de fase genera el pulso de onda cuadrada del período de voltaje y la señal de pulso de onda cuadrada. de la diferencia de fase de voltaje y corriente, enviado al microcontrolador PIC16F877. Midiendo el ancho de estos dos pulsos con un contador PIC, se puede obtener el valor del conteo de diferencia de fase, es decir, el ángulo del factor de potencia de la red eléctrica [1]. Luego, consultando la tabla se obtiene el factor de potencia correspondiente y se calculan además la potencia activa y la potencia reactiva.
La unidad de control es el microcontrolador PIC16F877. Dado que el microcontrolador PIC16F877 tiene una función de conversión A/D interna, no requiere un módulo A/D externo, lo que reduce los componentes externos, reduce los costos y mejora las capacidades antiinterferencias. El microcontrolador PIC realiza cálculos de control y juicios lógicos basados en los datos en tiempo real de las variables del estado operativo del generador recopiladas del canal de entrada para obtener la cantidad de control. En el circuito rectificador de tiristores, se requiere que el circuito de control envíe una serie de pulsos al electrodo de control del tiristor de acuerdo con la fase de la fuente de alimentación de CA para lograr una conducción suave y una conmutación natural del tiristor. La función del "circuito de control de disparo síncrono y digital" es convertir el ángulo de control del tiristor calculado por la CPU de la computadora y representado por una cantidad digital en un pulso de disparo. El circuito amplificador de potencia amplifica el pulso de disparo para activar el tiristor, controlando así la corriente de excitación.
Módulo de control de CPU 3.1
El módulo de control de CPU es el núcleo de control del regulador de excitación y adopta el microcontrolador PIC16F877 producido por American Microchip Company. PIC16F877 tiene una estructura RISC (conjunto de instrucciones reducido) única, una estructura de bus Harvard que separa el bus de datos y el bus de instrucciones, haciendo que las instrucciones solo tengan una longitud de palabra, lo que permite que el código de instrucción sea mayor que los datos de 8 bits. En comparación con el microcontrolador tradicional de estructura CISC de 8 bits, puede lograr una compresión de código 2:1 y aumentar la velocidad 4 veces.
PIC16F877 tiene 8 canales de convertidores A/D de 10 bits, memoria de programa FLASH de 8kх14 bits, RAM de 368х de 8 bits, EEPROM de 256х de 8 bits, 14 fuentes de interrupción y 3 temporizadores/contadores, con hasta 65438 integrados en el chip. Además, hay un modo de suspensión de bajo consumo y un circuito de vigilancia en el chip, lo que facilita la implementación de un diseño de bajo consumo y un diseño antiinterferencias.
3.2 Módulo de adquisición de datos
El regulador de excitación del microcontrolador PIC recopila cuatro señales analógicas que reflejan el estado operativo del generador, a saber, el voltaje del terminal del generador UAC y la corriente del estator IB, el voltaje de excitación UL y la excitación. IL actual. Después de dar forma y filtrar, estas cuatro señales analógicas se envían al dispositivo de muestra y retención de cuatro chips correspondiente LF398. Bajo la señal de control síncrona generada por el pin RE1 del microcontrolador PIC16F877, el dispositivo de muestreo y retención completa el muestreo síncrono de las cuatro señales y conecta las cuatro señales a las cuatro señales A/O de 10 bits de RA0, RA1, RA2 y Ra3 respectivamente. El voltaje de referencia analógico para la entrada analógica se puede configurar en un registro. Los resultados de la conversión A/D del PIC16F877 se almacenan en dos registros de 8 bits ADRESH y ADRESL. Dado que el módulo A/D del PIC es una entrada de voltaje, la señal de voltaje se puede ingresar directamente en la entrada del bucle, mientras que la señal de corriente debe conectarse a una resistencia adecuada en el extremo de entrada y convertirse en voltaje antes de ingresar. Cuando el voltaje de entrada del módulo A/D excede su voltaje de entrada máximo en 5 V, el dispositivo puede dañarse. Por lo tanto, el terminal de entrada A/D está conectado a tierra con un regulador de voltaje de 5 V, de modo que cuando ocurre un voltaje de entrada superior al voltaje máximo permitido, se puede usar el regulador de voltaje para estabilizarlo dentro del rango normal.
El valor de conmutación, apagado, excitación arranque-parada, manual, automático, aumento de potencia y disminución de potencia se conectan al puerto B del PIC16F877 después del aislamiento fotoeléctrico.
3.3 Módulo de visualización
Para ahorrar pines se utiliza la potente función de expansión de E/S del microcontrolador PIC16F877, el modo SPI del módulo MSSP y el chip de registro de desplazamiento 74HC595. Para realizar la visualización estática del tubo digital.
3.4 Módulo de Comunicación
Actualmente, la mayor parte de la comunicación entre el sistema de excitación y el host utiliza RS-485. RS-485 es un protocolo de comunicación semidúplex, que solo puede formar una red de comunicación maestro-esclavo y el método de comunicación es de tipo comando. Este mecanismo dificulta la construcción de una red de medición y control en tiempo real en sitios industriales grandes y complejos. El bus CAN tiene las funciones de transmisión de datos punto a punto, punto a multipunto y transmisión global. Tiene las ventajas de alta confiabilidad, fuerte capacidad de interferencia antielectromagnética, velocidad de transmisión rápida, larga distancia de comunicación, uso simple y. mantenimiento y conveniente expansión de la red. Teniendo en cuenta que el sistema de excitación se utiliza en un entorno de fuerte interferencia electromagnética, este sistema utiliza un bus CAN para la comunicación. El chip PIC16F877 no tiene un módulo de función CAN integrado, pero puede comunicarse con una PC con un adaptador inteligente a través de su modo SPI y el chip controlador CAN MCP2510.
Diseño de software del regulador de excitación de microordenador
El software del regulador de excitación de microordenador PIC adopta el lenguaje ensamblador PIC16F877 y la programación mixta en lenguaje C, con una interfaz hombre-máquina amigable y una operación simple. Además, tomando como núcleo la idea de diseño modular y el programa principal, se diseñan los subprogramas de cada módulo funcional, de modo que se puedan implementar una gran cantidad de funciones en los subprogramas, simplificando la estructura de diseño del software. El módulo de subrutina incluye principalmente un módulo de inicialización del sistema y autoprueba de encendido, un módulo de ajuste PID, un módulo de seguimiento del modo de funcionamiento, un módulo de control de sobreexcitación y subexcitación, un módulo de arranque y parada, un módulo de comunicación, etc. El diagrama de flujo del programa principal del sistema se muestra en la Figura 4.
El sistema proporciona tres modos de funcionamiento diferentes: regulación de tensión constante, regulación de corriente de excitación constante y regulación de potencia reactiva constante. Puede cambiar entre diferentes modos de funcionamiento y establecer valores determinados a través del teclado. Además, el sistema también tiene un módulo de seguimiento del modo de funcionamiento, es decir, la salida del modo de funcionamiento en espera rastrea la salida del modo de funcionamiento actual, sin lograr ninguna perturbación al cambiar de modo de funcionamiento.
Dado que el sistema de excitación tiene objetos de control de inercia e histéresis, requiere una alta precisión de control y una velocidad de respuesta rápida. Este diseño utiliza un método de ajuste PID mejorado, es decir, el algoritmo de separación integral se utiliza para eliminar la integral. ganancia de saturación y reducción del exceso. El método de ganancia variable se utiliza para aumentar el efecto proporcional en la respuesta dinámica y reducir el efecto proporcional en el proceso de estado estable para eliminar grandes desviaciones, acelerar el proceso de transición y hacer que el regulador de excitación sea ideal. características de regulación.
Para mejorar la confiabilidad de todo el sistema, además de la autoprueba de encendido, en cada ciclo de computación también se realizan detección de errores, procesamiento de tolerancia a fallas y vigilancia del software.