摘  要  介紹了一種用單片機(jī)控制的異步電動(dòng)機(jī)固態(tài)節(jié)能啟動(dòng)器的原理和軟硬件設(shè)計(jì)。它在晶閘管脈沖觸發(fā)環(huán)節(jié)、軟啟動(dòng)環(huán)節(jié)、節(jié)能環(huán)節(jié)、故障檢測(cè)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制。此儀器在節(jié)能方面有著廣闊的發(fā)展前景。

敘  詞  異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能啟動(dòng)

    當(dāng)今人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源問題日益關(guān)注，而目前國(guó)內(nèi)普遍采用的異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器都是六七十年代設(shè)計(jì)的，極少考慮節(jié)能問題。它適合當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)容量，其低壓電器元件、工藝裝備水平及生產(chǎn)技術(shù)水平和成套性都不高，廣泛存在效率低、負(fù)荷率低和功率因數(shù)低的“三低”狀況。我國(guó)電動(dòng)機(jī)耗電量占總發(fā)電量的百分之60，而運(yùn)行效率卻低于發(fā)達(dá)國(guó)家百分之30，因此迫切要求對(duì)啟動(dòng)器增加節(jié)能功能。所以現(xiàn)在設(shè)計(jì)啟動(dòng)器控制電路時(shí)，除應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)正確、可靠的控制要求外，節(jié)能應(yīng)當(dāng)同樣受到足夠的重視[1]。

    本文所研制的啟動(dòng)器是把軟啟動(dòng)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)結(jié)合在一起，并兼有調(diào)速功能的裝置。它具有完善的故障檢測(cè)及保護(hù)環(huán)節(jié)，同時(shí)使電機(jī)在運(yùn)行過程中始終處于節(jié)能狀態(tài)。

    所謂電機(jī)的軟啟動(dòng)，就是將電機(jī)外施電壓自動(dòng)平滑上升，使電動(dòng)機(jī)從停止?fàn)顟B(tài)向滿載運(yùn)行狀態(tài)逐步如速的過程。采用軟啟動(dòng)技術(shù)可避免全電壓直接啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生6～7倍額定電流的沖擊和損耗。具體方法為：由單片機(jī)提供給晶閘管一個(gè)初始控制角a，然后在不同的時(shí)間內(nèi)逐步減小晶閘管的控制角，從而使電動(dòng)機(jī)的端電壓逐步上升直至達(dá)到額定電壓。
2.2節(jié)能原理

    功率因數(shù)角9對(duì)調(diào)壓電路的工作有很大影響：在相同的控制角d下，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)角增大時(shí)，導(dǎo)電角口也增大，即晶閘管延遲關(guān)斷的時(shí)間愈長(zhǎng)。因此如能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)得異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)角，即可控制電機(jī)使其運(yùn)行在節(jié)能狀態(tài)。

    本文采用的是晶閘管調(diào)壓的節(jié)能方案。在控制參量上，采用的是以電壓和電流之間相位差作為控制參量的功率因數(shù)控制器。

    因?yàn)殡姍C(jī)相電流后沿過零點(diǎn)與電網(wǎng)電壓后沿過零點(diǎn)之差基本反映了異步電動(dòng)機(jī)在晶閘管控制下運(yùn)行的功率因數(shù)角。所以，只要能實(shí)時(shí)測(cè)得這兩個(gè)后沿過零時(shí)刻，即可計(jì)算出異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角，就能達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電運(yùn)行的目的。

    異步電動(dòng)機(jī)固態(tài)節(jié)能啟動(dòng)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其控制線路由8098單片機(jī)系統(tǒng)、同步電路、脈沖觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、相位檢測(cè)電路等組成。

    同步電路采用單相同步方式，并且沒有單獨(dú)設(shè)立同步變壓器，其同步信號(hào)取自電源變壓器上專門設(shè)計(jì)的同步繞組。來自電源變壓器的同步信號(hào)經(jīng)由lm339組成的過零比較器變?yōu)橹芷跒?0ms的方波信號(hào)。經(jīng)過光電耦合器隔離送到8098單片機(jī)的hslo端，查詢和hsi有關(guān)的fifo奇存器序列，就可以獲得準(zhǔn)確的同步時(shí)刻。

    脈沖的控制角及脈沖寬度由8098單片機(jī)的高速輸出通道hso.0 - hso.5控制，脈沖觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路采用無脈沖變壓器的驅(qū)動(dòng)方式，這種脈沖輸出電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

    在晶閘管未導(dǎo)通的情況下，滯后角是指相電流截止時(shí)刻滯后于同相電壓過零時(shí)刻的角度。本系統(tǒng)采用2個(gè)反并聯(lián)在晶閘管兩端的光電耦合器采集相電流截止時(shí)刻，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，相電流不為零，光電耦合器二極管兩端壓降近似為零而截止，三極管側(cè)輸出高電平。當(dāng)晶閘管截止相電流為零時(shí)，光電耦合器中的二極管承受正壓導(dǎo)通，三極管側(cè)輸出低電平。該輸出信號(hào)經(jīng)由8098芯片中的高速輸入口hsl1自動(dòng)記錄信號(hào)由高到低的躍變時(shí)刻，即可求出相電流對(duì)相電壓的相位滯后角。

    在三相橋式整流電路中，由于交流側(cè)的電流有效值，與直流側(cè)的整流電路，。之間存在著一定的比例關(guān)系i=0.816/d，因此測(cè)量交流側(cè)電流，就可以反映出直流電流的大小。