智能型異步電動機固態(tài)節(jié)能啟動器的研制
劉東輝(西安交通大學(xué)710049)
摘 要 介紹了一種用單片機控制的異步電動機固態(tài)節(jié)能啟動器的原理和軟硬件設(shè)計。它在晶閘管脈沖觸發(fā)環(huán)節(jié)、軟啟動環(huán)節(jié)、節(jié)能環(huán)節(jié)、故障檢測等環(huán)節(jié)實現(xiàn)了微機控制。此儀器在節(jié)能方面有著廣闊的發(fā)展前景。
敘 詞 異步電動機節(jié)能啟動
l 引 言
當(dāng)今人們對環(huán)境保護和節(jié)約能源問題日益關(guān)注，而目前國內(nèi)普遍采用的異步電動機啟動器都是六七十年代設(shè)計的，極少考慮節(jié)能問題。它適合當(dāng)時的電網(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、負荷率低和功率因數(shù)低的“三低”狀況。我國電動機耗電量占總發(fā)電量的百分之60，而運行效率卻低于發(fā)達國家百分之30，因此迫切要求對啟動器增加節(jié)能功能。所以現(xiàn)在設(shè)計啟動器控制電路時，除應(yīng)保證實現(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]。
本文所研制的啟動器是把軟啟動技術(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及保護環(huán)節(jié)，同時使電機在運行過程中始終處于節(jié)能狀態(tài)。
2原理
2.1軟啟動原理
所謂電機的軟啟動，就是將電機外施電壓自動平滑上升，使電動機從停止?fàn)顟B(tài)向滿載運行狀態(tài)逐步如速的過程。采用軟啟動技術(shù)可避免全電壓直接啟動時產(chǎn)生6～7倍額定電流的沖擊和損耗。具體方法為：由單片機提供給晶閘管一個初始控制角a，然后在不同的時間內(nèi)逐步減小晶閘管的控制角，從而使電動機的端電壓逐步上升直至達到額定電壓。
2.2節(jié)能原理
功率因數(shù)角9對調(diào)壓電路的工作有很大影響：在相同的控制角d下，當(dāng)負載的功率因數(shù)角增大時，導(dǎo)電角口也增大，即晶閘管延遲關(guān)斷的時間愈長。因此如能實時準(zhǔn)確地測得異步電動機的功率因數(shù)角，即可控制電機使其運行在節(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。
因為電機相電流后沿過零點與電網(wǎng)電壓后沿過零點之差基本反映了異步電動機在晶閘管控制下運行的功率因數(shù)角。所以，只要能實時測得這兩個后沿過零時刻，即可計算出異步電動機功率因數(shù)角，就能達到控制異步電動機節(jié)電運行的目的。
3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
異步電動機固態(tài)節(jié)能啟動器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其控制線路由8098單片機系統(tǒng)、同步電路、脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、電流檢測電路、相位檢測電路等組成。
3.1同步電路
同步電路采用單相同步方式，并且沒有單獨設(shè)立同步變壓器，其同步信號取自電源變壓器上專門設(shè)計的同步繞組。來自電源變壓器的同步信號經(jīng)由lm339組成的過零比較器變?yōu)橹芷跒?0ms的方波信號。經(jīng)過光電耦合器隔離送到8098單片機的hslo端，查詢和hsi有關(guān)的fifo奇存器序列，就可以獲得準(zhǔn)確的同步時刻。
3.2脈沖輸出電路
脈沖的控制角及脈沖寬度由8098單片機的高速輸出通道hso.0 - hso.5控制，脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路采用無脈沖變壓器的驅(qū)動方式，這種脈沖輸出電路結(jié)構(gòu)簡單。
3.3電流相位檢測電路
在晶閘管未導(dǎo)通的情況下，滯后角是指相電流截止時刻滯后于同相電壓過零時刻的角度。本系統(tǒng)采用2個反并聯(lián)在晶閘管兩端的光電耦合器采集相電流截止時刻，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時，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，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。該輸出信號經(jīng)由8098芯片中的高速輸入口hsl1自動記錄信號由高到低的躍變時刻，即可求出相電流對相電壓的相位滯后角。
3.4電流檢測電路
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，因此測量交流側(cè)電流，就可以反映出直流電流的大小。 |
