在晶閘管勵磁系統(tǒng)中，如果用微機勵磁調(diào)節(jié)器代替常規(guī)的半導體勵磁調(diào)節(jié)器，便構(gòu)成微機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
微機勵磁調(diào)節(jié)器本身由微型計算機(或微處理器)、外圍硬件及系統(tǒng)軟件和應用軟件等組成。圖2-36為微機勵磁調(diào)節(jié)器硬件框圖。圖中虛線框內(nèi)為微型計算機。ADA接口板中的A/D轉(zhuǎn)換電路用來采集有關的模擬量并將其變?yōu)閿?shù)字量，送入微型計算機進行計算和處理。某些數(shù)字量可經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路變?yōu)槟M量送出。I/O接口板可輸人、輸出數(shù)字/開關量信號。ADA接口板及I/O接口板是CPU主機板必需的外圍部件，除這些外還需要其他一些外圍硬件。圖2-36中所示的可控整流橋KZ是受微機勵磁調(diào)節(jié)器控制的勵磁功率單元。
與模擬式半導體勵磁調(diào)節(jié)器的構(gòu)成相似，微機勵磁調(diào)節(jié)器由幾個基本部分組成，虛線框的功能由微型計算機實現(xiàn)。
微機勵磁調(diào)節(jié)器的工作原理可看出，A/D轉(zhuǎn)換電路對被調(diào)節(jié)量(如機端電壓)定時采樣，送人CPU后按調(diào)節(jié)規(guī)律計算出控制量。如沿用模擬觸發(fā)器，則將控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路輸出控制電壓，作用于模擬式移相觸發(fā)器，發(fā)出觸發(fā)脈沖。如采用數(shù)字觸發(fā)器，則直接將這些控制量轉(zhuǎn)換為控制角，由并行口送出控制角為a的觸發(fā)脈沖，經(jīng)脈沖放大后，觸發(fā)相應的晶閘管，形成閉環(huán)控制的微機勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。
微機勵磁調(diào)節(jié)器與同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)相聯(lián)系，有下列兩種方案。
(1)微機模擬雙通道型 微機-模擬雙通道型簡化框圖如圖2-38所示，微機勵磁調(diào)節(jié)器與模擬式勵磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成雙通道，由開關K進行切換。當K切換到模擬式調(diào)節(jié)器，則發(fā)電機按常規(guī)勵磁調(diào)節(jié)器方式運行;當K切換到微機調(diào)節(jié)器，則發(fā)電機按微機勵磁調(diào)節(jié)方式運行，若微機調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，能自動切換到模擬式調(diào)節(jié)器，而不影響同步發(fā)電機的運行工況。
(2)全數(shù)字化微機型全數(shù)字化微機型簡化框圖如圖2-39 所示。圖2-39(b)方案還設置了兩套微機勵磁調(diào)節(jié)器，平時一套微機調(diào)節(jié)器運行， 另套處 于熱備用，雙微機之間可手動或自動切換。這種方案提高了微機勵磁調(diào)節(jié)器運行的可靠性。
微機勵磁調(diào)節(jié)器具有如下優(yōu)點。
①結(jié)構(gòu)簡單、軟件豐富、功能多、性能好、運行操作方便。
②調(diào)節(jié)器的各參數(shù)可以在線整定或修改，并可顯示出來，使調(diào)試工作簡單方便。
③靈活性大，對不同發(fā)電機組的勵磁要求，可在不更改硬件的情況下，修改軟件來滿足，勵磁調(diào)節(jié)規(guī)律可根據(jù)需要靈活改變，利用軟件也易于實現(xiàn)多種勵磁限制功能。
④能實現(xiàn)復雜的現(xiàn)代控制技術，如最優(yōu)控制、自適應控制等。
⑤可以與計算機通信、傳送數(shù)據(jù)、接受指令，是電站(電廠)實現(xiàn)計算機控制所必不可少的一-種基礎控制。計算機可直接改變機組給定電壓值Ug，能非常簡便地實現(xiàn)電站(電廠)機組的無功功率成組調(diào)節(jié)及母線電壓的實時控制。無須像模擬式勵磁調(diào)節(jié)器那樣，另外增設電子電位器(無功負荷設定器)等硬件。
測量部分
微機勵磁調(diào)節(jié)器為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制、運行限制、人工調(diào)差和運行參數(shù)顯示等功能，發(fā)電機組的狀態(tài)變量及有關運行參數(shù)必須通過測量部件由微型計算機定時采集。其測量部件主要有下列幾種。
(1)模擬式電量變送器對于同步 發(fā)電機端電壓Uf、定子電流If、有功功率P、無功功率Q和轉(zhuǎn)子電流Ira等電量，可采用一般模擬式電量變送器作為測量部件。變送器輸出與其輸人量成比例的直流電壓供微型計算機采樣。目前國內(nèi)外研制的微機勵磁調(diào)節(jié)器，大多采用模擬式電量變換器，因為這樣容易實現(xiàn)，測量精度也可保證。
這種測量方法所使用硬件少，運行可靠，但采用了低通濾波，將引起其輸出電壓的相位移。在設計交流接口時，要求交流電壓接口與交流電流接口具有相同的相位移，以保證計算P和Q的精度。除在硬件設計中予以注意外，有時還需輔以軟件補償相位的措施。
采用交流接口只能對交流電量進行采樣和計算。對于轉(zhuǎn)子勵破電流的測量，一般采用直流電流變送器。另一做法是對轉(zhuǎn)子回路整流橋交流側(cè)的電流通過交流接口進行采樣，間接算出直流側(cè)的勵磁電流值。
(3)轉(zhuǎn)速測量微機勵磁調(diào) 節(jié)器如果需要附加PSS (電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)或采用最優(yōu)控制，一般要測量機組的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測量通常采用數(shù)字測量方法。測轉(zhuǎn)速的做法是測頻率，而測頻率的基本方法是測周期，即測交流電壓每個周波的時間T。把微型計算機中的晶振頻率fo適當分頻后作為計數(shù)頻率f。,其對應的脈沖串為中，用φ的一個脈沖(周期1/fe)作為標準計時單位，去度量周期T。設測出T的寬度相當于m個標準計時脈沖，則
T= m/fc
于是被測頻率: f= fc/m
角頻率: w=2πf
如果測量頻率的交流電壓信號取自同步發(fā)電機的定子電壓，則所測出的w為同步發(fā)電機電壓的角頻率。如果測量頻率的交流電壓信號取自發(fā)電機組大軸上的交流測速發(fā)電機，則所測出的w為機組的角速度。
計算及綜合部分
這一部分是微機勵磁調(diào)節(jié)器的核心，它擔負的任務是在微型計算機硬件支持下由應用軟件實現(xiàn)的。其主要任務如下。
①數(shù)據(jù)采集。定時采樣、相應計算、對測量數(shù)據(jù)正確性的檢查、標度變換和選擇顯示相應數(shù)據(jù)等。
②調(diào)節(jié)算法。按所用的調(diào)節(jié)規(guī)律進行計算，
③控制輸出。把調(diào)節(jié)算法的計算結(jié)果進行轉(zhuǎn)換并限幅輸出。通過移相觸發(fā)環(huán)節(jié)對晶閘管整流橋進行控制。
④其他處理。輸人整定值、修改參數(shù)、改變運行方式、聲光報警和利用計算機軟件可以實現(xiàn)多種運行模式、多種勵磁限制以及軟件調(diào)差等功能。
數(shù)字移相觸發(fā)器
數(shù)字移相觸發(fā)器與模擬式移相觸發(fā)器類似，也是由同步、移相、脈沖形成和脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。其中同步電壓整形電路及脈沖放大電路用硬件構(gòu)成，移相和脈沖形成由計算機軟件實現(xiàn)。下面分述各環(huán)節(jié)的工作原理。
(1)同步電壓整形電路同步電壓整形電路的任務是:將同步變壓器的副邊電壓整形成為方波送人微機，產(chǎn)生中斷。同步電壓整形電路的作用有兩個:一是指明控制角a的計時起點;二是確定送出的脈沖應觸發(fā)哪一臂的晶閘管 (定 相)。同步電壓整形電路分三相及單相兩類。三相同步電壓整形方案的優(yōu)點是能準確地確定六個自然換流點，程序設計簡單，但中斷源較多。而單相同步電壓整形電路可以簡化硬件，減少中斷源。
(2)數(shù)字移相及脈沖形成數(shù)字移相是把已定的控制角a折算成對應的延時1。.再折算成對應的計數(shù)脈沖個數(shù)Na折算成t的公式為
ta =aT/360
式中，T為陽極電壓周期。
設計數(shù)脈沖的頻率為fo,周期為Te,則與1。對應的計數(shù)脈沖個數(shù):
Na=ta/Tc= aTfc/360
當同步方波上升沿引起CPU響應中斷后，將N。送人計數(shù)器/定時器的某-通道， 作為時間常數(shù)開始定時，當該通道的減1計數(shù)器減到零時，其輸出端變?yōu)楦唠娖?，申請中斷。CPU響應此中斷后，立即從并行接口輸出相應的觸發(fā)脈沖(尚未經(jīng)脈沖功率放大)。
(3)脈沖功率放大此環(huán)節(jié)與模擬式觸發(fā)器基本相同。只是由微型計算機并行接口輸出的觸發(fā)脈沖需經(jīng)-級前置功率放大作為基本部分，再送到脈沖功率放大部分。這樣，根據(jù)機組容量大小和功率柜的不同要求，只改變后面的脈沖功率放大部分，而前面的基本部分是通用的。
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