中心議題：

• 節能原理
• 技術難點及解決
• 軟硬件的調試

解決方案：

• 采取電流與微電平比較來獲取相位差
• 按有效值的定義進行檢測
• 采用廣泛使用的WDT電路，提高軟件抗幹擾能力

三相異步電機是廣泛使用的一種動力機械，每年的耗電量占我國總耗電量的50%以上。在滿負荷工況條件下，電機的效率一般較高

，通常在80%左右
；然ran而er，一yi旦dan負fu荷he下xia降jiang，電dian機ji的de效xiao率lv便bian隨sui之zhi顯xian著zhu下xia降jiang。因yin為wei電dian機ji選xuan型xing時shi是shi按an最zui大da可ke能neng負fu荷he和he最zui壞huai工gong況kuang所suo需xu的de功gong率lv而er定ding的de
，多duo數shu電dian機ji在zai大da部bu分fen運yun行xing時shi間jian的de負fu荷he率lv都dou在zai50%～60%
，所以實際運行時的效率都是比較低的。因此
，提高這部分電機的運行效率，有著巨大經濟效益和社會效益。

節能原理

dianjidexiaolvshidianjishuchugonglvyushurugonglvdebizhidebaifenshu。yincigongdianjidediannengjishurugonglvbingbujinyonglaiqudongdianjijishuchugonglv，haiyouyibufenjiangchengweidianjiguyoudesunhao。dianjidezhuyaosunhaoweitonghaohetiesun，qizhongtonghaoshiyouyudianliuliuguodianjiraozuerchansheng，yudianliudepingfangchengzhengbi；鐵損是由於定子和轉子鐵芯中的磁化電流而產生
，與供電電壓成正比。其它損耗很小，可忽略。
tiaoyajiedianyuanlishidangfuhexiajiangshi，keyishidangjiangdidianyuandianyayijianshaotiesun，tongshidianliusuizhixiajiangyejianshaoletongsunjiwuweidelangfei，cishidianjidexiaolvjiangdedaogaishan。dianjifuhedejiancetongchangcaiyonggonglvyinshufajinxing：電機負荷大，則它的功率因數大；電機負荷小，則它的功率因數小。

技術難點及解決

①功gong率lv因yin數shu角jiao的de檢jian測ce。通tong常chang情qing況kuang下xia電dian流liu波bo形xing是shi完wan整zheng的de，通tong過guo檢jian測ce電dian壓ya和he電dian流liu的de過guo零ling點dian獲huo得de的de相xiang位wei差cha即ji是shi功gong率lv因yin數shu角jiao。但dan本ben控kong製zhi器qi由you於yu采cai用yong了le可ke控kong矽gui交jiao流liu調tiao壓ya
，當dang導dao通tong角jiao較jiao小xiao時shi，電dian流liu波bo形xing出chu現xian斷duan續xu。電dian流liu繼ji續xu使shi電dian流liu過guo零ling檢jian測ce失shi效xiao。為wei此ci
，我wo們men采cai取qu電dian流liu與yu微wei電dian平ping比bi較jiao來lai獲huo取qu其qi正zheng半ban周zhou連lian續xu波bo形xing的de部bu分fen，進jin而er取qu得de近jin似si的de相xiang位wei差cha。

②電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)有(you)效(xiao)值(zhi)的(de)檢(jian)測(ce)。一(yi)般(ban)按(an)有(you)效(xiao)值(zhi)的(de)定(ding)義(yi)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)的(de)電(dian)路(lu)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)模(mo)擬(ni)乘(cheng)法(fa)器(qi)
，因(yin)而(er)電(dian)路(lu)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)，成(cheng)本(ben)也(ye)高(gao)。由(you)於(yu)有(you)效(xiao)值(zhi)和(he)絕(jue)對(dui)平(ping)均(jun)值(zhi)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)對(dui)應(ying)關(guan)係(xi)，並(bing)且(qie)此(ci)處(chu)對(dui)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)
，故(gu)我(wo)們(men)先(xian)檢(jian)測(ce)絕(jue)對(dui)平(ping)均(jun)值(zhi)，再(zai)轉(zhuan)化(hua)為(wei)有(you)效(xiao)值(zhi)。

③強幹擾下的係統加固。本節電器工作在工廠的惡劣環境下，強電磁幹擾會嚴重影響微機係統的正常工作，為此我們采取了多種保護措施：將數字電路部分單獨安裝在金屬機殼中，以屏蔽空間電磁幹擾；選用優質開關電源和傳感器，以減少從線路串入的幹擾；在微機外圍電路中廣泛采用串行接口芯片，以簡化電路板布線；采用廣泛使用的WDT電路，提高軟件抗幹擾能力。

④可控矽的移相觸發電路。在三相交流調壓電路中，一個很重要的指標是三相平衡問題。以前的三相交流調壓常采用3個單相移相觸發芯片設計（如TA785），要細心調試才能達到三相平衡。我們采用最新推出的三相移相觸發芯片AT787，簡化了電路設計，使該電路免於繁雜的調試；同時還采用了可控矽的強觸發技術，使其觸發得更準確。

硬件設計

本控製器主要由3部分組成：可控矽及移相觸發電路部分，接收控製板的控製信號，實施交流電壓的調節；信號檢測板部分，接收傳感器的信號並進行處理，得到標準電壓和電流的有效值及功率因數有送控製板；danpianjikongzhibanbufen，jieshouxinhaojiancebandexinhao

，tongguokongzhiyunsuanfachukongzhixinhaodaoyixiangchufadianlu，shishizuijiagonglvyinshukongzhi，tongshikongzhibanhaitongguojianpanxianshimianbanduikongzhiqicanshujinxingxiugai
，bingxianshikongzhiqiyunxingzhuangtai。

可控矽及移觸發電路部分TC787芯片的基本連接如圖1所示。

從同步變壓器來的三相過零信號經C1、C2、C3電容耦合到6V的直流信號上送入18、2、1腳。TC787對其進行過零檢測，經積分電容C4、C5、C6形成以過零點為起點的三角波，與由VR引入的觸發控製信號比較，再經C7調製成觸發脈衝，由12
、9、10、7、8
、11腳輸出，由脈衝變壓器驅動可控矽。
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信號檢測板部分標準電壓和電流的有效值轉換電路如圖2所示。


此電路基於基本的絕對值電路，增加了濾波電容C1，將交流信號的絕對值變為平均值；合理設計R5的阻值，將平均值變為有效值。

相位檢測電路如圖3所示。


電壓信號VA和電流信號IA經與微電平信號REF比較，取得電壓和電流信號的正半周
；經RC濾波後由信號“或”電路，形成含有功率因數角的信號；由單片機去除其中的電壓半周期，即得功率因數角。

單片機控製板部分基本電路如圖4所示。

TLC0834是4路8位A/D轉換器，采集1路電壓和3路電流信號
；TLC5615是10位串行D/A，將控製量變為模擬電壓信號，去控製可控矽交流調壓
；X25045是含WDT和EEPROM的多功能電路
，負責單片機係統的安全監視和重要參數的保護；SN75176是RS485接口，實現連網監控。

軟件設計

單片機軟件采用C51語言編程，C51與彙編語言相比，有編程效率高、代碼易維護等優點。程序主要由鍵盤與顯示監控部分
、串行接口芯片驅動部分和信號采集與實時控製部分組成。

串行接口芯片驅動部分，主要是根據芯片廠商時序圖，以單片機的I/O口模擬串行口，以實現對串行芯片的讀寫操作。本課題由於單片機I/O較多，各個芯片采用單獨的I/O信號。

信號采集與實時控製部分
，以實時時鍾為基準
，采集電壓電流信號對係統的安全進行監視。采集功率因數信號與最優值比較
，以PI控製算法進行運算，適時發出控製指令，對電動機進行調壓，使其運行於高效率狀態。

係統調試

在係統調試過程中，我們發現並處理了如下幾個問題。

①電(dian)動(dong)機(ji)可(ke)控(kong)矽(gui)交(jiao)流(liu)調(tiao)壓(ya)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)問(wen)題(ti)。由(you)於(yu)電(dian)動(dong)機(ji)是(shi)大(da)電(dian)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)
，在(zai)按(an)外(wai)三(san)角(jiao)接(jie)法(fa)時(shi)最(zui)好(hao)采(cai)用(yong)半(ban)控(kong)形(xing)式(shi)。其(qi)中(zhong)的(de)數(shu)據(ju)管(guan)發(fa)揮(hui)了(le)吸(xi)收(shou)諧(xie)波(bo)的(de)作(zuo)用(yong)。要(yao)使(shi)用(yong)全(quan)控(kong)形(xing)式(shi)，最(zui)好(hao)采(cai)用(yong)內(nei)三(san)角(jiao)形(xing)式(shi)。該(gai)接(jie)法(fa)中(zhong)各(ge)個(ge)繞(rao)組(zu)單(dan)獨(du)供(gong)電(dian)
，繞(rao)組(zu)之(zhi)間(jian)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)。

②三相調壓移相觸發板的器件選擇問題。3個積分電容的值必須相互一致
，誤差在1%以內，調製電容C7的值不能太大，耦合電容C1
、C2
、C3亦不能太大，不然會使電路不能長期運行
，或出現三相的不平衡。

③節電控製器的最佳功率因數設定問題。最佳值一般在0.85附近，風機可以設定在0.9附近，針對不同電機而稍有不同。如果超出了此範圍，則屬不正常現象。因為電動機從理論上有一個在75%～80%負載率附近的最高效率點

，若電動機老化而無此特性
，則節能不能成立。應用中必須注意此原則。

本電機節能控製器除了具有功率因數控製節能功能外
，還實現了軟啟動、斷相保護、過流保護、過熱保護等功能。經用戶測試表明，該電機節能控製器設計合理、運行可靠
、節能效果明顯。