摘  要  介绍了一种用单片机控制的异步电动机固态节能启动器的原理和软硬件设计。它在晶闸管脉冲触发环节、软启动环节、节能环节、故障检测等环节实现了微机控制。此仪器在节能方面有着广阔的发展前景。

叙  词  异步电动机节能启动

    当今人们对环境保护和节约能源问题日益关注，而目前国内普遍采用的异步电动机启动器都是六七十年代设计的，极少考虑节能问题。它适合当时的电网容量，其低压电器元件、工艺装备水平及生产技术水平和成套性都不高，广泛存在效率低、负荷率低和功率因数低的“三低”状况。我国电动机耗电量占总发电量的百分之60，而运行效率却低于发达国家百分之30，因此迫切要求对启动器增加节能功能。所以现在设计启动器控制电路时，除应保证实现正确、可靠的控制要求外，节能应当同样受到足够的重视[1]。

    本文所研制的启动器是把软启动技术和节能技术结合在一起，并兼有调速功能的装置。它具有完善的故障检测及保护环节，同时使电机在运行过程中始终处于节能状态。

    所谓电机的软启动，就是将电机外施电压自动平滑上升，使电动机从停止状态向满载运行状态逐步如速的过程。采用软启动技术可避免全电压直接启动时产生6～7倍额定电流的冲击和损耗。具体方法为：由单片机提供给晶闸管一个初始控制角a，然后在不同的时间内逐步减小晶闸管的控制角，从而使电动机的端电压逐步上升直至达到额定电压。
2.2节能原理

    功率因数角9对调压电路的工作有很大影响：在相同的控制角d下，当负载的功率因数角增大时，导电角口也增大，即晶闸管延迟关断的时间愈长。因此如能实时准确地测得异步电动机的功率因数角，即可控制电机使其运行在节能状态。

    本文采用的是晶闸管调压的节能方案。在控制参量上，采用的是以电压和电流之间相位差作为控制参量的功率因数控制器。

    因为电机相电流后沿过零点与电网电压后沿过零点之差基本反映了异步电动机在晶闸管控制下运行的功率因数角。所以，只要能实时测得这两个后沿过零时刻，即可计算出异步电动机功率因数角，就能达到控制异步电动机节电运行的目的。

    异步电动机固态节能启动器的系统结构图如图1所示，其控制线路由8098单片机系统、同步电路、脉冲触发驱动电路、电流检测电路、相位检测电路等组成。

    同步电路采用单相同步方式，并且没有单独设立同步变压器，其同步信号取自电源变压器上专门设计的同步绕组。来自电源变压器的同步信号经由lm339组成的过零比较器变为周期为20ms的方波信号。经过光电耦合器隔离送到8098单片机的hslo端，查询和hsi有关的fifo奇存器序列，就可以获得准确的同步时刻。

    脉冲的控制角及脉冲宽度由8098单片机的高速输出通道hso.0 - hso.5控制，脉冲触发驱动电路采用无脉冲变压器的驱动方式，这种脉冲输出电路结构简单。

    在晶闸管未导通的情况下，滞后角是指相电流截止时刻滞后于同相电压过零时刻的角度。本系统采用2个反并联在晶闸管两端的光电耦合器采集相电流截止时刻，当晶闸管导通时，相电流不为零，光电耦合器二极管两端压降近似为零而截止，三极管侧输出高电平。当晶闸管截止相电流为零时，光电耦合器中的二极管承受正压导通，三极管侧输出低电平。该输出信号经由8098芯片中的高速输入口hsl1自动记录信号由高到低的跃变时刻，即可求出相电流对相电压的相位滞后角。

    在三相桥式整流电路中，由于交流侧的电流有效值，与直流侧的整流电路，。之间存在着一定的比例关系i=0.816/d，因此测量交流侧电流，就可以反映出直流电流的大小。