劉喬

摘要：本文主要就是對(duì)現(xiàn)在一些電動(dòng)機(jī)的節(jié)能方式進(jìn)行了分析，然后提出了一種采用單片機(jī)AT89S51作為控制的核心，然后再根據(jù)電動(dòng)機(jī)的荷載變化來對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)定子端的電壓控制方案機(jī)械能調(diào)整，這樣功率因數(shù)就能夠有效的提高，從而來達(dá)到節(jié)約電能的目的。本文主要就對(duì)這種智能功率因數(shù)控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：智能功率因數(shù)控制器設(shè)計(jì)節(jié)能單片機(jī)

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程當(dāng)中，電力資源的緊缺也逐漸的表現(xiàn)了出來，電力資源的供需矛盾也變得更加的突出，面對(duì)這樣的一種情況，國(guó)家在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過程當(dāng)中，也開始號(hào)召社會(huì)各界要開始節(jié)能減排和提效。

通過對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，在電力系統(tǒng)當(dāng)中，三相異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)負(fù)載耗電量占據(jù)了其中的60%，所以想要對(duì)電力系統(tǒng)當(dāng)中的耗電量進(jìn)行有效的控制，那么就需要采取合理的技術(shù)措施來對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行處理，讓它能夠運(yùn)行的更加的平穩(wěn)和高效，這樣才能夠有效的去節(jié)約電力資源，對(duì)于電力企業(yè)的成本降低具有非常重要的作用。

1 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能方式的簡(jiǎn)單介紹

在對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制的時(shí)候，主要采用的技術(shù)方式就是采用變頻器來進(jìn)行控制的方式以及采用降壓式節(jié)能器來進(jìn)行控制的方式。采用變頻器來進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能主要就是通過讓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度發(fā)生改變從而來實(shí)現(xiàn)的，如果電動(dòng)機(jī)的控制對(duì)象需要經(jīng)常去對(duì)運(yùn)行的速度進(jìn)行調(diào)整，那么如果采用變頻器來進(jìn)行控制的話就能夠有不錯(cuò)的節(jié)能效果以及運(yùn)行的特性，這種方式在業(yè)界也是得到大家公認(rèn)的。

對(duì)于采用降壓式節(jié)能器來進(jìn)行控制的方式來說，如果三相異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)負(fù)載在實(shí)際的運(yùn)行過程當(dāng)中不需要隨時(shí)去對(duì)運(yùn)行的速度進(jìn)行調(diào)整，但是負(fù)載的大小卻會(huì)經(jīng)常的發(fā)生變化，如果在這個(gè)時(shí)候還是采用變頻器來進(jìn)行控制的話，那么就不能夠達(dá)到節(jié)能的效果。

面對(duì)這種情況的時(shí)候，如果采用功率因數(shù)控制器的話就能夠很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。而且在經(jīng)過很多的實(shí)踐證明之后可以發(fā)現(xiàn)，采用功率因數(shù)控制來進(jìn)行節(jié)能的話效果也非常的好。

2 對(duì)功率因數(shù)控制器的工作原理介紹

對(duì)于功率因數(shù)控制器來說，它的控制調(diào)壓元件主要是通過三組雙向的可控硅組成的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)在不斷變化的時(shí)候，那么雙向可控硅的觸發(fā)角就能夠根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，從而來對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣功率因數(shù)就能夠一直保持不變。

如果負(fù)載比較的大，功率因數(shù)比設(shè)定的功率因數(shù)大的話，那么就可以讓雙向可控硅的觸發(fā)角減小，這樣電動(dòng)機(jī)的定子電壓就會(huì)升高，相反如果負(fù)載比較的小，功率因數(shù)不能夠達(dá)到設(shè)定的功率因素，那么就可以讓雙向可控硅的觸發(fā)角增大，這樣電動(dòng)機(jī)的定子電壓就會(huì)降低，從而就能夠讓功率因數(shù)不斷的提高一直到設(shè)定的值。

在電動(dòng)機(jī)的定子電壓下降的過程當(dāng)中，那么通過相關(guān)的計(jì)算公式就能夠發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁電流也會(huì)相應(yīng)的減小，那么電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就會(huì)相應(yīng)的增加。而且在這個(gè)時(shí)候電動(dòng)機(jī)當(dāng)中的鐵損和銅損也會(huì)相應(yīng)的降低，電動(dòng)機(jī)軸上的輸出功率基本上是保持不變的，那么電動(dòng)機(jī)的效率也就能夠得到提高。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓降低的過程當(dāng)中，可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不斷的下降，根據(jù)實(shí)際的測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在下降的過程當(dāng)中沒有超過正常轉(zhuǎn)速的2%，那么對(duì)于那些對(duì)于調(diào)速要求不是很好的機(jī)械設(shè)備來說是沒有什么影響的。

當(dāng)負(fù)載達(dá)到了比額定負(fù)載30%還低的時(shí)候，和電動(dòng)機(jī)的總功率相比較，電動(dòng)機(jī)的自身消耗功率占據(jù)了絕大部分，在對(duì)電壓降低的過程當(dāng)中如果通過控制器來完成的話，那么電動(dòng)機(jī)本身的功率消耗也就會(huì)降低，最終就能夠有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

3 對(duì)智能功率因數(shù)控制器硬件電路設(shè)計(jì)的分析

本文涉及的智能功率因數(shù)控制器它控制系統(tǒng)的核心是單片機(jī)AT89S51，而輸入的電路主要就包括了時(shí)鐘的基準(zhǔn)電路、功率因數(shù)的檢測(cè)電路、參數(shù)的設(shè)置電路以及看門狗電路等，而輸出的電路則主要包括了可控硅的觸發(fā)電路以及控制器的狀態(tài)指示燈。

3.1 時(shí)鐘的基準(zhǔn)電路的分析

時(shí)鐘基準(zhǔn)電路的主要作用就是在對(duì)U相電壓信號(hào)的正半波進(jìn)行整形之后輸入到CPU的輸入口當(dāng)中，把它當(dāng)成是觸發(fā)電路在對(duì)三組可控硅進(jìn)行控制的時(shí)鐘基準(zhǔn)，同時(shí)也作為功率因數(shù)在對(duì)電路判斷功率因數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)鐘基準(zhǔn)。

3.2 對(duì)功率因數(shù)的檢測(cè)電路分析

功率因數(shù)角主要就是電流和電壓之間的夾角，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載是電感性的，在電壓過零的時(shí)候，電流并沒有過零，所以可控硅在這個(gè)時(shí)候依然是導(dǎo)通的，而在可控硅的兩端電壓則基本上為零，在電流過零可控硅關(guān)斷的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)脈沖，功率因數(shù)的檢測(cè)電路是用U相電壓信號(hào)的正半波過零點(diǎn)來作為時(shí)鐘基準(zhǔn)的，對(duì)U相可控硅關(guān)斷時(shí)候的脈沖進(jìn)行檢測(cè)，然后經(jīng)過高速光耦將這個(gè)脈沖送到CPU當(dāng)中，這樣兩者的時(shí)間差值就能夠計(jì)算出來，而這個(gè)計(jì)算出來的時(shí)間差值其實(shí)就是U相的功率因數(shù)角，另外功率因數(shù)的檢測(cè)電路還能夠?qū)θ嚯娫吹娜毕噙M(jìn)行檢測(cè)。

3.3 對(duì)觸發(fā)電路的分析

在對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載輕重進(jìn)行判斷的時(shí)候主要就是通過CPU來對(duì)功率因數(shù)角的大小進(jìn)行檢測(cè)。這樣對(duì)于可控硅的觸發(fā)角的數(shù)值就能夠有效的計(jì)算出來，當(dāng)同步時(shí)鐘到來的時(shí)候，那么就會(huì)相應(yīng)的延遲觸發(fā)角數(shù)值相對(duì)的時(shí)間，然后通過觸發(fā)電路把觸發(fā)脈沖送到雙向可控硅的控制端，在實(shí)際的輸送過程當(dāng)中應(yīng)該要按照每個(gè)60°然后按照U相、W相、V相的順序來進(jìn)行。這樣在對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的時(shí)候就能夠通過功率因數(shù)的變化來完成，這樣的一種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方式能夠讓拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行能夠很好的保證在正常狀態(tài)下，同時(shí)也能夠達(dá)到節(jié)能的主要目的。

3.4 對(duì)參數(shù)設(shè)置電路和看門狗電路的分析

參數(shù)設(shè)置電路的主要目的就是為了設(shè)置電動(dòng)機(jī)的頻率以及啟動(dòng)時(shí)間等不同的狀態(tài)。而看門狗電路主要的目的就是避免當(dāng)程序出現(xiàn)死循環(huán)的時(shí)候會(huì)給CPU一個(gè)復(fù)位的信號(hào)，這樣系統(tǒng)才能夠正常的進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 對(duì)智能功率因數(shù)控制器軟件的設(shè)置分析

在對(duì)智能功率因數(shù)控制器的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，按其功能一般分為三種，具體為：

4.1 軟啟動(dòng)軟件

通過軟啟動(dòng)軟件的運(yùn)用，可以使得電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的過程中保持平穩(wěn)狀態(tài)，這樣將能夠有效的減少對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的影響，同時(shí)還能夠提高電動(dòng)機(jī)的功效，減少啟動(dòng)功率損耗。這種方式主要是通過用戶對(duì)啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)置，再根據(jù)啟動(dòng)的計(jì)算公式來對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。

4.2 功率因數(shù)控制器

功率因數(shù)控制器的軟件設(shè)計(jì)，在該軟件中是通過對(duì)功率因數(shù)值設(shè)定的固定參考值的比對(duì)來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功率是否屬于正常的。在對(duì)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)數(shù)值比參考值大時(shí)，則系統(tǒng)處于重載狀態(tài)。這時(shí)通過控制算法程序得出觸發(fā)角需要降低角度，CPU就觸發(fā)電路升高電動(dòng)機(jī)的定子電壓，使得動(dòng)態(tài)功率因數(shù)降到與參考值一樣；如果檢測(cè)值小于參考值，則控制算法程序就會(huì)計(jì)算出觸發(fā)角需要升高，這時(shí)CPU就會(huì)觸發(fā)使定子電壓降低，這樣動(dòng)態(tài)功率因數(shù)就升高到參考值大小。

4.3 故障保護(hù)軟件

通過該軟件將能有效的對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行及時(shí)的控制。它主要是對(duì)CPU進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要是看CPU是否缺相，電流、電壓是否過大；如果出現(xiàn)這些情況時(shí)，它會(huì)自動(dòng)的停止觸發(fā)電路的輸出，同時(shí)通過顯示燈提示故障信息，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在智能功率因數(shù)控制器中主要是采用的單片機(jī)進(jìn)行控制的，這就有效的降低了該控制器的生產(chǎn)成本；并且根據(jù)單片機(jī)的相關(guān)特性，在生產(chǎn)中也可以根據(jù)實(shí)際情況的需要對(duì)其進(jìn)行變更和擴(kuò)展，這將更能有效的提高控制器的性能和作用。通過對(duì)智能功率因數(shù)控制器的設(shè)計(jì)的分析與探討，可以發(fā)現(xiàn)該控制器能夠有效起到節(jié)約電能的功效，并且在特殊情況下也能保證良好的節(jié)能效果，所以應(yīng)該大力推廣該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張有東.電機(jī)功率因數(shù)控制器的控制算法[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2012，07:32-34.

[2]張慶新，常麗東.異步電機(jī)功率因數(shù)控制器的研究[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，03:59-61.

[3]王志雄，王琳基，邱鎮(zhèn)輝，羅瑩.單相功率因數(shù)控制器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2009，04:56-59.

[4]張有東，李捷.基于單片機(jī)控制的功率因數(shù)控制器的設(shè)計(jì)[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，01:62-63.

[5]王晉萍.淺談提高功率因數(shù)的好處和方法[J].科技致富向?qū)В?012，29:362+430.

[6]楊斌.高功率因數(shù)智能控制器及最優(yōu)化算法[D].西安石油大學(xué)，2012.

[7]上官宇劍，謝利理，劉素梅.基于功率因數(shù)的節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2007，06:73-75+78.

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