在晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)中，如果用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器代替常規(guī)的半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，便構(gòu)成微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器本身由微型計(jì)算機(jī)(或微處理器)、外圍硬件及系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等組成。圖2-36為微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件框圖。圖中虛線框內(nèi)為微型計(jì)算機(jī)。ADA接口板中的A/D轉(zhuǎn)換電路用來采集有關(guān)的模擬量并將其變?yōu)閿?shù)字量，送入微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)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(guān)量信號(hào)。ADA接口板及I/O接口板是CPU主機(jī)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(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制的勵(lì)磁功率單元。
與模擬式半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的構(gòu)成相似，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由幾個(gè)基本部分組成，虛線框的功能由微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理可看出，A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)被調(diào)節(jié)量(如機(jī)端電壓)定時(shí)采樣，送人CPU后按調(diào)節(jié)規(guī)律計(jì)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(yīng)的晶閘管，形成閉環(huán)控制的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。
微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)相聯(lián)系，有下列兩種方案。
(1)微機(jī)模擬雙通道型 微機(jī)-模擬雙通道型簡(jiǎn)化框圖如圖2-38所示，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器構(gòu)成雙通道，由開關(guān)K進(jìn)行切換。當(dāng)K切換到模擬式調(diào)節(jié)器，則發(fā)電機(jī)按常規(guī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器方式運(yùn)行;當(dāng)K切換到微機(jī)調(diào)節(jié)器，則發(fā)電機(jī)按微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，若微機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，能自動(dòng)切換到模擬式調(diào)節(jié)器，而不影響同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況。
(2)全數(shù)字化微機(jī)型全數(shù)字化微機(jī)型簡(jiǎn)化框圖如圖2-39 所示。圖2-39(b)方案還設(shè)置了兩套微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，平時(shí)一套微機(jī)調(diào)節(jié)器運(yùn)行， 另套處 于熱備用，雙微機(jī)之間可手動(dòng)或自動(dòng)切換。這種方案提高了微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行的可靠性。
微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有如下優(yōu)點(diǎn)。
①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟件豐富、功能多、性能好、運(yùn)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(jiǎn)單方便。
③靈活性大，對(duì)不同發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁要求，可在不更改硬件的情況下，修改軟件來滿足，勵(lì)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(shí)現(xiàn)多種勵(lì)磁限制功能。
④能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的現(xiàn)代控制技術(shù)，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等。
⑤可以與計(jì)算機(jī)通信、傳送數(shù)據(jù)、接受指令，是電站(電廠)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制所必不可少的一-種基礎(chǔ)控制。計(jì)算機(jī)可直接改變機(jī)組給定電壓值Ug，能非常簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)電站(電廠)機(jī)組的無功功率成組調(diào)節(jié)及母線電壓的實(shí)時(shí)控制。無須像模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器那樣，另外增設(shè)電子電位器(無功負(fù)荷設(shè)定器)等硬件。
測(cè)量部分
微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制、運(yùn)行限制、人工調(diào)差和運(yùn)行參數(shù)顯示等功能，發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)變量及有關(guān)運(yùn)行參數(shù)必須通過測(cè)量部件由微型計(jì)算機(jī)定時(shí)采集。其測(cè)量部件主要有下列幾種。
(1)模擬式電量變送器對(duì)于同步 發(fā)電機(jī)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(cè)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(jì)算機(jī)采樣。目前國(guó)內(nèi)外研制的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，大多采用模擬式電量變換器，因?yàn)檫@樣容易實(shí)現(xiàn)，測(cè)量精度也可保證。
這種測(cè)量方法所使用硬件少，運(yùn)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(shè)計(jì)交流接口時(shí)，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(jì)算P和Q的精度。除在硬件設(shè)計(jì)中予以注意外，有時(shí)還需輔以軟件補(bǔ)償相位的措施。
采用交流接口只能對(duì)交流電量進(jìn)行采樣和計(jì)算。對(duì)于轉(zhuǎn)子勵(lì)破電流的測(cè)量，一般采用直流電流變送器。另一做法是對(duì)轉(zhuǎn)子回路整流橋交流側(cè)的電流通過交流接口進(jìn)行采樣，間接算出直流側(cè)的勵(lì)磁電流值。
(3)轉(zhuǎn)速測(cè)量微機(jī)勵(lì)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(cè)量機(jī)組的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測(cè)量通常采用數(shù)字測(cè)量方法。測(cè)轉(zhuǎn)速的做法是測(cè)頻率，而測(cè)頻率的基本方法是測(cè)周期，即測(cè)交流電壓每個(gè)周波的時(shí)間T。把微型計(jì)算機(jī)中的晶振頻率fo適當(dāng)分頻后作為計(jì)數(shù)頻率f。,其對(duì)應(yīng)的脈沖串為中，用φ的一個(gè)脈沖(周期1/fe)作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)單位，去度量周期T。設(shè)測(cè)出T的寬度相當(dāng)于m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)脈沖，則
T= m/fc
于是被測(cè)頻率: f= fc/m
角頻率: w=2πf
如果測(cè)量頻率的交流電壓信號(hào)取自同步發(fā)電機(jī)的定子電壓，則所測(cè)出的w為同步發(fā)電機(jī)電壓的角頻率。如果測(cè)量頻率的交流電壓信號(hào)取自發(fā)電機(jī)組大軸上的交流測(cè)速發(fā)電機(jī)，則所測(cè)出的w為機(jī)組的角速度。
計(jì)算及綜合部分
這一部分是微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的核心，它擔(dān)負(fù)的任務(wù)是在微型計(jì)算機(jī)硬件支持下由應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的。其主要任務(wù)如下。
①數(shù)據(jù)采集。定時(shí)采樣、相應(yīng)計(jì)算、對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)正確性的檢查、標(biāo)度變換和選擇顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)等。
②調(diào)節(jié)算法。按所用的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，
③控制輸出。把調(diào)節(jié)算法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換并限幅輸出。通過移相觸發(fā)環(huán)節(jié)對(duì)晶閘管整流橋進(jìn)行控制。
④其他處理。輸人整定值、修改參數(shù)、改變運(yùn)行方式、聲光報(bào)警和利用計(jì)算機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式、多種勵(lì)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(jì)算機(jī)軟件實(shí)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(wù)是:將同步變壓器的副邊電壓整形成為方波送人微機(jī)，產(chǎn)生中斷。同步電壓整形電路的作用有兩個(gè):一是指明控制角a的計(jì)時(shí)起點(diǎn);二是確定送出的脈沖應(yīng)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(diǎn)是能準(zhǔn)確地確定六個(gè)自然換流點(diǎn)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但中斷源較多。而單相同步電壓整形電路可以簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的延時(shí)1。.再折算成對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)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(shè)計(jì)數(shù)脈沖的頻率為fo,周期為Te,則與1。對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù):
Na=ta/Tc= aTfc/360
當(dāng)同步方波上升沿引起CPU響應(yīng)中斷后，將N。送人計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的某-通道， 作為時(shí)間常數(shù)開始定時(shí)，當(dāng)該通道的減1計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，其輸出端變?yōu)楦唠娖?，申?qǐng)中斷。CPU響應(yīng)此中斷后，立即從并行接口輸出相應(yīng)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(jì)算機(jī)并行接口輸出的觸發(fā)脈沖需經(jīng)-級(jí)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(jī)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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