【導讀】電力供給緊張的局面,使得對交流異步電動機的節(jié)能設備的探究和推廣更為迫切。本文從分析異步電動機的功率損失入手,闡述了三相異步電動機Δ-Y切。它應注重的新問題。并在此基礎上提出了一整套單片機控制的三相異步電動機Y/Δ切換。節(jié)能保護器的設計方案,獲得了較高的性價比。最后,制作出了一臺試驗樣機并進行了性能測試,實驗結果表明,樣機達到了預。的分析和討論,為進一步完善本方案提出了改進的方向和辦法。

　　

【正文】 輸入是二次電壓、二次電流信號經整流以后的脈動直流信號。整流電路為圖 31 的線形整流電路去掉濾波電容 。單片機只對交流信號進 A/D 采樣，一般在 一個周期內采樣 2n如 32次或 64 次，這樣做是為了在計算平均值的時候，可以用右移運算代替多字節(jié)除法運算，既簡化了程序，又加快了運算速度。所得一個周期內各采樣點的 A/D 結果的平均值就可作為交流信號的絕對值的平均值。 功率因數(shù)的計算是在 A/D 采樣程序捕捉到電壓過零點時開始記數(shù)，每發(fā)生一次A/D 中斷，記數(shù)值加一，直至 A/D 采樣程序捕捉到對應線電流的過零點。由于 A/D中斷是等時間間隔發(fā)生的，所以上述的記數(shù)值就對應于電壓、電流之間的相位差。運算的精度取決于單片機在一個周期內的采樣次數(shù)。如單片機只在一個周期內采樣 64次， 則相位差的誤差只有π /64，完全滿足該系統(tǒng)要求。 考慮單片機的程序存儲器空間是否夠用。當采用此算法以后程序為 左右，再加上為串口 RS232 轉 USB 接口程序預留的 1k 左右的代碼空間，總代碼量為 左右，小于單片機自帶的 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，對電動機額定電流、額定電壓與其對應的整流環(huán)節(jié)交流輸入電壓的校準方法大致與 節(jié)所述相同。不同的是在采用交流采樣后，校準的對象變成了整流環(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 ，而不是整流環(huán)節(jié)的直流輸出電壓信號。 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，則單片機就能根據電動機線電流的大小以及功率因數(shù)來確定是否進行切換，從而解決前述問題。 根據圖 14 及圖 15，當電動機在△接下運行時，如定子電流小于額定電流的 40%,則直接切換至 Y 下運行。如定子電流大于額定電流的 40%，此時判斷功率因數(shù)角，若功率因數(shù)角大于 600,(對于工頻信號來說，電壓與電流的相位差約為 。則切換至 Y 下運行 。若功率因數(shù)角小于 600，則不切換。 當電動機在 Y 接下運行時，如定子電流大于額定電流的 50%,則直接切換至△下運行。如定子電流小于額定電流的 50%，則不切換。 對于硬件保護有可能躲不開的△下啟動電流分析 有的電動機△下的啟動電流為額定電流的 5～ 7 倍，如按本設計的硬件保護整定值，則躲不開△下的啟動電流。但因為剛啟動時電動機處于冷態(tài)，啟動過程中的過電流不會使電動機燒毀。 若想解決這一問題，可以使電動機在△下啟動時，單片機在一段時間內持續(xù)給硬件保護復位，硬件保護推出運行，以保證保護器不因啟動過程中的 過電流動作。這段延時結束后，單片機撤消復位信號，硬件保護投入運行。但這段時間不能過長，否則若這段時間內發(fā)生故障，仍有燒毀電機的可能。 采用合理的延時時間時，在啟動延時過程中，單片機除了持續(xù)給硬件保護復位外，還對三相電流進行不平衡判斷，以達到對單相接地、兩相間短路的保護的目的。 其他因素考慮 除了以上設計過程中會出現(xiàn)的因素，還應考慮節(jié)能保護器自身性價比的問題。 PHILIPS 公司生產的 P87LPC767 單片機是一款自帶資源較豐富，性價比較高的單片機。作為本次設計的控制電路主芯片，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、輸出設備。這不僅使得程序大為簡化，同時也獲得了較高的性價比。 總結 本文通過常用的節(jié)能保護器的分析對比，對節(jié)能保護器原理的分析，根據客戶需求，選用 P87LPC767 單片機控制 Y/△切換為電路主芯片，以此完成本次三相異步電動機節(jié)能保護器設計。 在本文中對于各項功能都有一定的介紹，還可以根據用戶的需求在程序中加入更多的功能控制，從而實現(xiàn)了裝置的數(shù)字化。 對在設計過程中有影響的因素也有具體的分析以及相應的解決方法。使本次設計的電動機節(jié)能保護 器進一步完善。當然，設計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 [1]國安 .異步電動機△→ Y 變換運行的節(jié)電原理及其效果 [J].電工技術， 1995(5):3～ 7. 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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