作者/紀聲楠，清遠市技師學院汽車工程系

單片機勵磁調(diào)節(jié)器自動控制功能應(yīng)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(fā)展，在我國社會中，單片機勵磁調(diào)節(jié)器中的自動控制功能被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，大幅度提升了我國現(xiàn)代化生產(chǎn)效率，減少了人了資源的使用，節(jié)約了生產(chǎn)力。在電力系統(tǒng)中，單片機勵磁調(diào)節(jié)器被廣泛應(yīng)用，是保護電力系統(tǒng)正常運行最基本的調(diào)節(jié)器之一，也是維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定，促進電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方法和措施。而隨著社會的進步，社會生產(chǎn)對于電力系統(tǒng)有著越來越高的要求，導致單片機勵磁調(diào)節(jié)器必須要不斷的更新，以適應(yīng)社會的進步和發(fā)展，單片機勵磁調(diào)節(jié)器之所以能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)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(tài)特性良好等特點。本文主要對單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置的硬件結(jié)構(gòu)進行分析，對其工作原理進行簡單的闡述。

勵磁調(diào)節(jié)器；試驗裝置；單片機；同步鎖相觸發(fā)

引言

隨著社會的進步和發(fā)展，在我國社會中對單片機勵磁調(diào)節(jié)器的要求不斷提升，這就要求勵磁調(diào)節(jié)裝置不斷更新?lián)Q代，推出新的、適應(yīng)生產(chǎn)需求的裝置。而在單片機勵磁調(diào)節(jié)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(chǎn)制造廠家做好靜態(tài)測試工作，然后做好非實際參數(shù)動態(tài)試驗，然后完成實驗參數(shù)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(xié)同下共同完成。而單片機勵磁調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)控制裝置，大幅度的提升了生產(chǎn)效率，減少了人力、財力的浪費。

1. 單片機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主回路

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

2. 單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置的工作原理

隨著社會的進步和發(fā)展，我國的工業(yè)生產(chǎn)的自動化技術(shù)不斷提升，在單片機勵磁調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(guān)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(diào)節(jié)的通道，然后將這兩個自動調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)通道采用自動跟蹤的備用工作形式，當?shù)谝粭l調(diào)節(jié)通道發(fā)生故障時，第二條通道進入使用狀態(tài)，保證單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置能夠正產(chǎn)運行。

單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置在運行過程中將發(fā)電機的運行狀況反映出四個模擬信號，就是發(fā)電機的端電壓、發(fā)電機內(nèi)在的定子電流、勵磁調(diào)節(jié)裝置的勵磁電壓和勵磁電流，然后將這四種模擬信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換，而A/D轉(zhuǎn)換的方式一般采用逐次逼近式。

3. 單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

3.1 信號轉(zhuǎn)換電路

圖1 單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)原理圖

在單片機的勵磁調(diào)節(jié)裝置中，信號轉(zhuǎn)換電路主要是將輸入電路中產(chǎn)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(jīng)過信號轉(zhuǎn)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(fā)電機的額定參數(shù)中，進行行程量的轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)化出具體的大小需要通過顯示器線顯示出來。經(jīng)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(fā)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(fā)電機內(nèi)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(fā)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(fā)電機內(nèi)部的勵磁電流。

3.2 MCS一51單片機系統(tǒng)

在文中提到這種單片機勵磁調(diào)節(jié)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(jié)RAM、譯碼電路和地址鎖存器等結(jié)構(gòu)。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換中斷程序

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置處于正常運行狀態(tài)，如果需要在單片機MCS—51進行轉(zhuǎn)換后停止，首先就必須要將轉(zhuǎn)換結(jié)果取出，然后將取出的結(jié)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(zhuǎn)換裝置進行A/D轉(zhuǎn)換。

3.4 鼠標鍵盤出現(xiàn)故障中斷程序

在單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置正常運行狀態(tài)中，鍵盤和鼠標等輸入裝置出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)裝置必須要滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，所以要求勵磁調(diào)節(jié)裝置自身的反應(yīng)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(diào)節(jié)裝置，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)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(yīng)，減少超調(diào)量，而且因為PID調(diào)節(jié)裝置自身具有比例放大作用，所以能夠在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中減少變增益，從而減小誤差，使單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置能夠更加理想化的進行勵磁調(diào)節(jié)。

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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)裝置組成，當單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置的運行電路出現(xiàn)運行故障或者錯誤時，糾錯電路就可以發(fā)現(xiàn)問題，并且將電路切斷，由備用裝置替代，保證單片機勵磁調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)裝置與運行工作調(diào)節(jié)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(yīng)，避免造成設(shè)備停產(chǎn)甚至出現(xiàn)安全事故。第二就是備用調(diào)節(jié)裝置對工作運行調(diào)節(jié)裝置進行跟蹤監(jiān)視，隨時關(guān)注單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置的運行狀態(tài)。

3.7 同步鎖相電路

在單片機勵磁調(diào)節(jié)裝置中，可控硅整流電路能夠控制電路中相位的轉(zhuǎn)換，將交流電的相位進行轉(zhuǎn)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(huán)，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(jīng)過產(chǎn)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(fā)，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(xiàn)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(yīng)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(shè)計. 高等教育出版社，2014.8.

＊ [4]段獻忠. 電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的快速判斷. 華中理工大學學報，2015.3.