【導(dǎo)讀】電力供給緊張的局面,使得對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能設(shè)備的探究和推廣更為迫切。本文從分析異步電動(dòng)機(jī)的功率損失入手,闡述了三相異步電動(dòng)機(jī)Δ-Y切。它應(yīng)注重的新問題。并在此基礎(chǔ)上提出了一整套單片機(jī)控制的三相異步電動(dòng)機(jī)Y/Δ切換。節(jié)能保護(hù)器的設(shè)計(jì)方案,獲得了較高的性價(jià)比。最后,制作出了一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了性能測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,樣機(jī)達(dá)到了預(yù)。的分析和討論,為進(jìn)一步完善本方案提出了改進(jìn)的方向和辦法。

　　

【正文】 輸入是二次電壓、二次電流信號(hào)經(jīng)整流以后的脈動(dòng)直流信號(hào)。整流電路為圖 31 的線形整流電路去掉濾波電容 。單片機(jī)只對(duì)交流信號(hào)進(jìn) A/D 采樣，一般在 一個(gè)周期內(nèi)采樣 2n如 32次或 64 次，這樣做是為了在計(jì)算平均值的時(shí)候，可以用右移運(yùn)算代替多字節(jié)除法運(yùn)算，既簡(jiǎn)化了程序，又加快了運(yùn)算速度。所得一個(gè)周期內(nèi)各采樣點(diǎn)的 A/D 結(jié)果的平均值就可作為交流信號(hào)的絕對(duì)值的平均值。 功率因數(shù)的計(jì)算是在 A/D 采樣程序捕捉到電壓過零點(diǎn)時(shí)開始記數(shù)，每發(fā)生一次A/D 中斷，記數(shù)值加一，直至 A/D 采樣程序捕捉到對(duì)應(yīng)線電流的過零點(diǎn)。由于 A/D中斷是等時(shí)間間隔發(fā)生的，所以上述的記數(shù)值就對(duì)應(yīng)于電壓、電流之間的相位差。運(yùn)算的精度取決于單片機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)的采樣次數(shù)。如單片機(jī)只在一個(gè)周期內(nèi)采樣 64次， 則相位差的誤差只有π /64，完全滿足該系統(tǒng)要求。 考慮單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間是否夠用。當(dāng)采用此算法以后程序?yàn)? 左右，再加上為串口 RS232 轉(zhuǎn) USB 接口程序預(yù)留的 1k 左右的代碼空間，總代碼量為 左右，小于單片機(jī)自帶的 4k EPROM 空間，因此方法可行。 本系統(tǒng)采用交流采樣的方法以后，對(duì)電動(dòng)機(jī)額定電流、額定電壓與其對(duì)應(yīng)的整流環(huán)節(jié)交流輸入電壓的校準(zhǔn)方法大致與 節(jié)所述相同。不同的是在采用交流采樣后，校準(zhǔn)的對(duì)象變成了整流環(huán)節(jié)的交流輸入電壓，即電流互感器并聯(lián)精密電阻后再由電位器分壓輸出的交流電壓信號(hào) ，而不是整流環(huán)節(jié)的直流輸出電壓信號(hào)。 采用鑒相器電路 如繼續(xù)采用直流采樣，可用鑒相器電路將電壓與電流信號(hào)的相位作比較，輸出與相位差成比例的電平，將該電平作為 A/D 采樣的輸入，則單片機(jī)就能根據(jù)電動(dòng)機(jī)線電流的大小以及功率因數(shù)來確定是否進(jìn)行切換，從而解決前述問題。 根據(jù)圖 14 及圖 15，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在△接下運(yùn)行時(shí)，如定子電流小于額定電流的 40%,則直接切換至 Y 下運(yùn)行。如定子電流大于額定電流的 40%，此時(shí)判斷功率因數(shù)角，若功率因數(shù)角大于 600,(對(duì)于工頻信號(hào)來說，電壓與電流的相位差約為 。則切換至 Y 下運(yùn)行 。若功率因數(shù)角小于 600，則不切換。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在 Y 接下運(yùn)行時(shí)，如定子電流大于額定電流的 50%,則直接切換至△下運(yùn)行。如定子電流小于額定電流的 50%，則不切換。 對(duì)于硬件保護(hù)有可能躲不開的△下啟動(dòng)電流分析 有的電動(dòng)機(jī)△下的啟動(dòng)電流為額定電流的 5～ 7 倍，如按本設(shè)計(jì)的硬件保護(hù)整定值，則躲不開△下的啟動(dòng)電流。但因?yàn)閯倖?dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)，啟動(dòng)過程中的過電流不會(huì)使電動(dòng)機(jī)燒毀。 若想解決這一問題，可以使電動(dòng)機(jī)在△下啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)給硬件保護(hù)復(fù)位，硬件保護(hù)推出運(yùn)行，以保證保護(hù)器不因啟動(dòng)過程中的 過電流動(dòng)作。這段延時(shí)結(jié)束后，單片機(jī)撤消復(fù)位信號(hào)，硬件保護(hù)投入運(yùn)行。但這段時(shí)間不能過長(zhǎng)，否則若這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障，仍有燒毀電機(jī)的可能。 采用合理的延時(shí)時(shí)間時(shí)，在啟動(dòng)延時(shí)過程中，單片機(jī)除了持續(xù)給硬件保護(hù)復(fù)位外，還對(duì)三相電流進(jìn)行不平衡判斷，以達(dá)到對(duì)單相接地、兩相間短路的保護(hù)的目的。 其他因素考慮 除了以上設(shè)計(jì)過程中會(huì)出現(xiàn)的因素，還應(yīng)考慮節(jié)能保護(hù)器自身性價(jià)比的問題。 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 P87LPC767 單片機(jī)是一款自帶資源較豐富，性價(jià)比較高的單片機(jī)。作為本次設(shè)計(jì)的控制電路主芯片，充分利用其自帶的 A/D 接 口，用電位器代替了鍵盤、 LED 顯示器或液晶顯示器等輸入、輸出設(shè)備。這不僅使得程序大為簡(jiǎn)化，同時(shí)也獲得了較高的性價(jià)比。 總結(jié) 本文通過常用的節(jié)能保護(hù)器的分析對(duì)比，對(duì)節(jié)能保護(hù)器原理的分析，根據(jù)客戶需求，選用 P87LPC767 單片機(jī)控制 Y/△切換為電路主芯片，以此完成本次三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器設(shè)計(jì)。 在本文中對(duì)于各項(xiàng)功能都有一定的介紹，還可以根據(jù)用戶的需求在程序中加入更多的功能控制，從而實(shí)現(xiàn)了裝置的數(shù)字化。 對(duì)在設(shè)計(jì)過程中有影響的因素也有具體的分析以及相應(yīng)的解決方法。使本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù) 器進(jìn)一步完善。當(dāng)然，設(shè)計(jì)過程中還有些其他的環(huán)境因素需要克服，則需要在具體環(huán)境下做具體的分析，具體解決了。 參考文獻(xiàn) [1]國安 .異步電動(dòng)機(jī)△→ Y 變換運(yùn)行的節(jié)電原理及其效果 [J].電工技術(shù)， 1995(5):3～ 7. 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A member of the Philips low pin count family, the P87LPC767 offers programmable oscillator configurations for high and low speed crystals or RC operation, wide operating voltage range,programmable port output configurations, selectable Schmitt trigger inputs, LED drive outputs, and a builtin watchdog timer. The P87LPC767 is based on an accelerated 80C51 processor architecture that executes instructions at twice the rate of standard 80C51 devices. FEATURES An accelerated 80C51 CPU provides instruction cycle times of 300600 ns for all instructions except multiply and divide when executing at 20 MHz. Execution at up to 20 MHz whenVDD= to V, 10MHz when VDD= V to V. Fourchannel multiplexed 8bit A/D converter. Conversion time of ∝ S at fOSC=20 MHz. V to V operating range for digital functions. 4 K bytes EPROM code byte RAM data customer code EPROM allows serialization of devices storage of setup parameters, etc. Two 16bit counter/timers. Each timer may be configured to toggle a port output upon timer overflow. Two analog parators. Full duplex munication port. Eight keypad interrupt inputs, plus two additional external interrupt inputs. Four interrupt priority levels. Watchdog timer with separate onchip oscillator, requiring no external ponents. The watchdog timeout time is selectable from 8 values. 1 Active low reset. Onchip poweron reset allows operation with no external reset ponents. 1 Low voltage reset. One of two preset low voltage levels may be selected to allow a graceful system shutdown when power fails May optionally be configured as an interrupt. 1 Oscillator Fail Detect. The watchdog timer has a separate fully onchip oscillator, allowing it to perform an oscillator fail detect function. 1 Configurable onchip oscillator with frequency range and RC oscillator options (selected by user programmed EPROM bits) The RC oscillator option allows operation with no external oscillator ponents. 1 Programmable port output configuration options:quasibidirectional, open drain, pushpull, Schmitt trigger port inputs. 1 LED drive capability (20 mA) on all port pins. 1 15 I/O pins minimum. Up to 18 I/O pins using onchip oscillator and reset options. 1 Serial EPROM programming allows simple incircuit production coding. 1 Two EPROM security bits prevent reading of sensitive application programs. IdIe and Power Down reduced power modes. Improved wakeup from Power Down mode (a low interrupt input starts execution).Typical Power Down current is 1 ∝ A. 2 20pin DIP and SO packages. FUNCTIONAL DESCRIPTION Enhanced CPU The P87LPC767 uses an enhanced 80C51 CPU which runs at twice the speed of standard 80C51 devices. This means that the performance of the P87LPC767 running at 5 MHz is exactly the same as that of a standard 80C51 running at 10 MHz. A machine cycle consists of 6 oscillator cycles, and most instructions execute in 6 or 12 clocks. A user configurable option allows restoring standard 80C51 execution timing. In that case, a machine cycle bees 12 oscillator cycles. In the following sections, the term CPU clock is used to refer to the clock that controls internal instruction execution. This may sometimes be different from the externall