摘  要  介紹了一種用單片機控制的異步電動機固態節能啟動器的原理和軟硬件設計。它在晶閘管脈沖觸發環節、軟啟動環節、節能環節、故障檢測等環節實現了微機控制。此儀器在節能方面有著廣闊的發展前景。

敘  詞  異步電動機節能啟動

    當今人們對環境保護和節約能源問題日益關注，而目前國內普遍采用的異步電動機啟動器都是六七十年代設計的，極少考慮節能問題。它適合當時的電網容量，其低壓電器元件、工藝裝備水平及生產技術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低的“三低”狀況。我國電動機耗電量占總發電量的百分之60，而運行效率卻低于發達國家百分之30，因此迫切要求對啟動器增加節能功能。所以現在設計啟動器控制電路時，除應保證實現正確、可靠的控制要求外，節能應當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和節能技術結合在一起，并兼有調速功能的裝置。它具有完善的故障檢測及保護環節，同時使電機在運行過程中始終處于節能狀態。

    所謂電機的軟啟動，就是將電機外施電壓自動平滑上升，使電動機從停止狀態向滿載運行狀態逐步如速的過程。采用軟啟動技術可避免全電壓直接啟動時產生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節能原理

    功率因數角9對調壓電路的工作有很大影響：在相同的控制角d下，當負載的功率因數角增大時，導電角口也增大，即晶閘管延遲關斷的時間愈長。因此如能實時準確地測得異步電動機的功率因數角，即可控制電機使其運行在節能狀態。

    本文采用的是晶閘管調壓的節能方案。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控制器。

    因為電機相電流后沿過零點與電網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角，就能達到控制異步電動機節電運行的目的。

    異步電動機固態節能啟動器的系統結構圖如圖1所示，其控制線路由8098單片機系統、同步電路、脈沖觸發驅動電路、電流檢測電路、相位檢測電路等組成。

    同步電路采用單相同步方式，并且沒有單獨設立同步變壓器，其同步信號取自電源變壓器上專門設計的同步繞組。來自電源變壓器的同步信號經由lm339組成的過零比較器變為周期為20ms的方波信號。經過光電耦合器隔離送到8098單片機的hslo端，查詢和hsi有關的fifo奇存器序列，就可以獲得準確的同步時刻。

    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，脈沖觸發驅動電路采用無脈沖變壓器的驅動方式，這種脈沖輸出電路結構簡單。

    在晶閘管未導通的情況下，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。本系統采用2個反并聯在晶閘管兩端的光電耦合器采集相電流截止時刻，當晶閘管導通時，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，三極管側輸出高電平。當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通，三極管側輸出低電平。該輸出信號經由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。

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