單片機勵磁調節器自動控制功能應用分析

作者/紀聲楠，清遠市技師學院汽車工程系

單片機勵磁調節器自動控制功能應用分析

作者/紀聲楠，清遠市技師學院汽車工程系

隨著社會的進步和發展，在我國社會中，單片機勵磁調節器中的自動控制功能被廣泛應用到現代生產過程中，大幅度提升了我國現代化生產效率，減少了人了資源的使用，節約了生產力。在電力系統中，單片機勵磁調節器被廣泛應用，是保護電力系統正常運行最基本的調節器之一，也是維護電力系統穩定，促進電力系統發展的重要方法和措施。而隨著社會的進步，社會生產對于電力系統有著越來越高的要求，導致單片機勵磁調節器必須要不斷的更新，以適應社會的進步和發展，單片機勵磁調節器之所以能夠適應電力系統越來越高的需求，主要是具有勵磁容量充足、可靠性高和動態特性良好等特點。本文主要對單片機勵磁調節裝置的硬件結構進行分析，對其工作原理進行簡單的闡述。

勵磁調節器；試驗裝置；單片機；同步鎖相觸發

引言

隨著社會的進步和發展，在我國社會中對單片機勵磁調節器的要求不斷提升，這就要求勵磁調節裝置不斷更新換代，推出新的、適應生產需求的裝置。而在單片機勵磁調節裝置在投入使用之前，首先就必須要做好試驗工作，通常采用的試驗方法主要是在生產制造廠家做好靜態測試工作，然后做好非實際參數動態試驗，然后完成實驗參數的最終整定，這種實驗方法，雖然實驗效果非常好，實時性非常高，但是實驗所消耗的費用也是費用巨大的，許多在多人的協同下共同完成。而單片機勵磁調節裝置因為具有簡單可靠、功能齊全等特點，所以將中小容量的勵磁機替換下來，換成單片機勵磁調節控制裝置，大幅度的提升了生產效率，減少了人力、財力的浪費。

1. 單片機勵磁調節系統的主回路

單片機勵磁調節裝置的系統主回路主要由可控硅的整流橋為發電機內部的勵磁供電，而單片機勵磁調節裝置的內部系統也隨著發電機的運行狀況的改變將可控硅整流橋的控制角轉變，達到調節單片機勵磁調節裝置，改善發電機內部勵磁電流的目的，保證發電機能夠正常運行，輸出穩定的負載電壓。單片機的勵磁調節裝置的內部系統采用靜態連接方式連接，提升勵磁調節裝置自身的反應速度和精度，達到單片機勵磁調節裝置自身保護和完善的目的。

2. 單片機勵磁調節裝置的工作原理

隨著社會的進步和發展，我國的工業生產的自動化技術不斷提升，在單片機勵磁調節裝置的使用前，首先就要對裝置整體有一定的了解，能夠熟練地掌握工作原理，如圖二所示，該單片機勵磁調節裝置的核心就是MCS—51的單片機，并且配備一些通用接口，如信號變換器、開關量的輸入輸出信號、鼠標鍵盤等，再將單片機與通用接口與同步鎖相電路、通訊接口等做成兩個能夠自動調節的通道，然后將這兩個自動調節通道進行電隔離，保證這兩條通訊通道能夠相互獨立的進行工作，第二條調節通道采用自動跟蹤的備用工作形式，當第一條調節通道發生故障時，第二條通道進入使用狀態，保證單片機勵磁調節裝置能夠正產運行。

單片機勵磁調節裝置在運行過程中將發電機的運行狀況反映出四個模擬信號，就是發電機的端電壓、發電機內在的定子電流、勵磁調節裝置的勵磁電壓和勵磁電流，然后將這四種模擬信號轉化而為電流信號傳輸出來，進入到MCS—51單片機，然后由單片機進行A/D轉換，而A/D轉換的方式一般采用逐次逼近式。

3. 單片機勵磁調節裝置的硬件結構

3.1 信號轉換電路

圖1 單片機勵磁調節裝置結構原理圖

在單片機的勵磁調節裝置中，信號轉換電路主要是將輸入電路中產生的四種模擬信號進行加工處理，將這四種信號變成能夠讓MCS—51單片機能夠接受和處理的信號，當單片機接收到經過信號轉化電路進行加工后的信號后，一是供給程序使用，還有一種及時存入發電機的額定參數中，進行行程量的轉換，而轉化出具體的大小需要通過顯示器線顯示出來。經過輸入輸出電路中輸出的模擬信號主要有以下四種，第一種就是PT電壓變換器，測量發電機的兩端的端電壓；第二種就是定子電流的接口電路，可以測量發電機內部的定子電流；第三種就是電壓的霍爾傳感器，能夠測量出發電機的勵磁電壓；最后一種就是電流的霍爾傳感器，他能夠測量出發電機內部的勵磁電流。

3.2 MCS一51單片機系統

在文中提到這種單片機勵磁調節裝置中使用的單片機為MCS—51的單片機，這種單片機包含有8KB ROM、232個字節RAM、譯碼電路和地址鎖存器等結構。

3.3 A/D轉換中斷程序

在工業生產過程中，單片機勵磁調節裝置處于正常運行狀態，如果需要在單片機MCS—51進行轉換后停止，首先就必須要將轉換結果取出，然后將取出的結果存入到制定的單元之中，然后讓工作指針切換到下一個模擬信號通道，再次啟動A/D轉換裝置進行A/D轉換。

3.4 鼠標鍵盤出現故障中斷程序

在單片機勵磁調節裝置正常運行狀態中，鍵盤和鼠標等輸入裝置出現故障后，需要將中斷申請進行綜合整理送到MCS—51單片機中，而且因為輸出端口是一個多功能的中斷端口，所以依靠一些特定的查詢方式才能夠直接查詢出造成中斷的源信號，并且將出現故障的位置和電路進行標注，便于查詢后的檢修工作。一般情況下，復用的中斷信號主要有因鼠標鍵盤出現故障引起的中斷、強勵動作引起的中斷和過勵延遲引起的中斷等多種。

3.5 PID中斷處理程序

在單片機勵磁調節裝置的使用過程中，因為勵磁裝置自身具有慣性和工作滯后性的控制對象，同時還要求勵磁調節裝置必須要滿足工業生產的需求，所以要求勵磁調節裝置自身的反應速度快，控制精度高，所以針對于不同的情況，需要采用不同的PID調節裝置，以適應工業生產的具體需求。還有一些比較特殊的情況，需要將原有的PID裝置進行改進更新，消除積分飽和效應，減少超調量，而且因為PID調節裝置自身具有比例放大作用，所以能夠在系統穩態中減少變增益，從而減小誤差，使單片機勵磁調節裝置能夠更加理想化的進行勵磁調節。

3.6 糾錯切換電路

圖2 同步鎖相電路原理圖

在單片機勵磁調節裝置運行電路中，糾錯切換電路是電路中必不可少的，糾錯切換電路一般都是由一些備用的調節裝置組成，當單片機勵磁調節裝置的運行電路出現運行故障或者錯誤時，糾錯電路就可以發現問題，并且將電路切斷，由備用裝置替代，保證單片機勵磁調節裝置的正常運行。在糾錯切換電路的切換時，必須要滿足兩個條件，第一就是保證備用調節裝置與運行工作調節裝置之間的電路保證暢通，怎樣能夠及時判斷出電路是否存在故障或措施，及時作出的反應，避免造成設備停產甚至出現安全事故。第二就是備用調節裝置對工作運行調節裝置進行跟蹤監視，隨時關注單片機勵磁調節裝置的運行狀態。

3.7 同步鎖相電路

在單片機勵磁調節裝置中，可控硅整流電路能夠控制電路中相位的轉換，將交流電的相位進行轉換后，向可控硅輸出一段脈沖，這樣才能夠保證整流電路中可控硅的導通和換相工作，其原理如圖2所示，同步鎖相電路一般采用CIM046的鎖相環，然后與外圍的分頻電路之間相互配合，共同組成同步鎖相電路。同步中斷信號經過產生綜合后，送入單片機MCS—51的一個中斷入口端，然后將該信號最為交流電源的同步中斷信號，等距觸發，這樣能夠極大程度的減少電路中諧波的含量，減少運行中出現的誤差。

＊ [1]劉植楨. 計算機控制. 清華大學出版社，2016.3.

＊ [2]周明強. 微型計算機硬件及軟件及其應用. 清華大學出版社，2015.11.

＊ [3]王鑒泉. 微型計算機匯編語言程序設計. 高等教育出版社，2014.8.

＊ [4]段獻忠. 電力系統暫態電壓穩定性的快速判斷. 華中理工大學學報，2015.3.