3 智能開關(guān)的硬件構(gòu)成

　　3.1 系統(tǒng)的組成

　　系統(tǒng)由可控硅開關(guān)、三相交流電動(dòng)機(jī)、同步檢測裝置、電流電壓檢測裝置、80KC196單片機(jī)［4］等組成。系統(tǒng)組成可參見圖2.系統(tǒng)由可控硅開關(guān)代替常規(guī)開關(guān)來斷開或閉合線路，并結(jié)合單片機(jī)進(jìn)行智能控制。

　　3.2 控制電路

　　3.2.1 采樣電路

　　通過電壓電流互感器改變電路實(shí)際電壓電流大小，得到的電壓電流信號(hào)再由運(yùn)算放大器OP07及可調(diào)電阻可調(diào)電容轉(zhuǎn)換成的直流電壓。獲得的直流電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接至單片機(jī)。

　　3.2.2 同步電路

　　采用一個(gè)線電壓作為觸發(fā)脈沖的同步信號(hào)，參見圖4.由變壓器采集的同步電壓，經(jīng)比較器輸出寬度為180°的方波。以該方波上升沿作為同步中斷輸入單片機(jī)的管腳HSI.0以達(dá)到確定計(jì)時(shí)起點(diǎn)和定相的目的。

　　3.2.3 整體電路

　　硬件配置框圖參見圖5，采用80KC196單片機(jī)作為中央控制單元，外接8M的EPROM和8279芯片，EPROM用于存儲(chǔ)定值：電壓上下限、電流上限、啟動(dòng)時(shí)間值等;8279芯片接鍵盤和LED顯示，鍵盤用于修改和設(shè)定定值，LED用于顯示定值及各種運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)獲得電壓電流值后進(jìn)行分析計(jì)算，判斷運(yùn)行狀態(tài)是否正常［5］。并通過周期值和設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間值計(jì)算出可控硅的導(dǎo)通角，控制單片機(jī)的高速輸出端口HSO輸出觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放電路放大控制可控硅的導(dǎo)通。

　　為提高系統(tǒng)的可靠性，對(duì)強(qiáng)弱電進(jìn)行隔離，輸入輸出信號(hào)都經(jīng)過光耦隔離，輸入信號(hào)主要有電壓電流采樣信號(hào)、同步信號(hào)、啟動(dòng)和停機(jī)信號(hào)、鍵盤設(shè)置信號(hào);輸出主要有LED顯示、繼電器控制和可控硅觸發(fā)脈沖等。

　　3.2.4 保護(hù)電路

　　由于裝置中的開關(guān)采用普通開關(guān)代替，在過流情況下容易損壞。因此必須保證開關(guān)閉合或者斷開時(shí)不能承受很大電流。所以對(duì)裝置中的可控硅要進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)，以防止開關(guān)進(jìn)行大電流投切。

　　此電路主要用于開關(guān)動(dòng)作時(shí)，如果脈沖變壓器沒有給出脈沖電壓時(shí)，能夠借助于電源電壓產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖進(jìn)行自身觸發(fā)。當(dāng)主開關(guān)閉合時(shí)，輔助開關(guān)K也閉合，使可控硅導(dǎo)通;當(dāng)主開關(guān)斷開時(shí)，輔助開關(guān)K也斷開，電容放電使可控硅導(dǎo)通一次。避免主開關(guān)直接切斷電流產(chǎn)生電弧并造成損壞，也避免由于動(dòng)作不及時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)帶來的損壞。

4 智能開關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 采樣計(jì)算的算法

　　對(duì)交流信號(hào)的采樣采用數(shù)值算法中具有濾波作用的12點(diǎn)傅氏算法。

　　12點(diǎn)傅氏算法具有濾去直流分量和高次諧波的能力，精度較高。在實(shí)時(shí)計(jì)算中，為了提高實(shí)時(shí)運(yùn)算速度，可將其分解成移位操作和加減運(yùn)算。

　　4.2 同步時(shí)刻確定

　　常規(guī)方法對(duì)于同步時(shí)刻的確定都是采用三個(gè)相電壓或三個(gè)線電壓同時(shí)采樣來確定可控硅的同步觸發(fā)時(shí)刻。

　　當(dāng)只采用一個(gè)線電壓作同步信號(hào)時(shí)，裝置工作時(shí)必須首先判斷電源的相位關(guān)系是否正確。判斷的方法就是啟動(dòng)前獲取同步電壓信號(hào)時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間段觀察另外一個(gè)線電壓的狀態(tài)。如果相位正確，則可以根據(jù)一個(gè)線電壓的過零點(diǎn)按順序依次觸發(fā)六個(gè)可控硅。只用在啟動(dòng)前判斷一次，不用同時(shí)采三相電壓，很大程度上節(jié)約了硬件成本。

4.3 程序設(shè)計(jì)

　　程序由主程序模塊和四個(gè)子程序模塊組成。主程序模塊主要完成以下功能：初始化后，首先采樣交流信號(hào)，判斷線路中是否有故障，若有故障則關(guān)機(jī)檢修，確定線路無故障后，給出準(zhǔn)備就緒信號(hào);對(duì)各種參數(shù)的整定值進(jìn)行采樣，根據(jù)整定的初始電流值的大小，確定可控硅的起始觸發(fā)角;判斷啟動(dòng)按鈕是否按下。

　　子程序主要是中斷構(gòu)成：HIS.0中斷子程序測量電網(wǎng)電壓的周期和確定同步時(shí)刻;HSO中斷子程序在規(guī)定的時(shí)間到時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)相應(yīng)可控硅的導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖的寬度為10°，由該寬度轉(zhuǎn)換成時(shí)間值約為0.6 ms;軟件定時(shí)器中斷子程序是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行采樣，并實(shí)現(xiàn)故障判斷及保護(hù)等功能;外中斷子程序主要給出停機(jī)命令，并對(duì)正常停機(jī)和故障停機(jī)進(jìn)行分別處理。

5 智能開關(guān)的功能

　　系統(tǒng)具有延時(shí)自啟動(dòng)功能，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器工作，并通過計(jì)算定時(shí)時(shí)間，設(shè)定時(shí)間到自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，避免了在自動(dòng)控制中多臺(tái)設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

　　該系統(tǒng)還具有完善的保護(hù)功能，通過互感器采集的輸入信號(hào)來判定電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，避免了過載、斷相、短路等故障造成電動(dòng)機(jī)的損失。當(dāng)系統(tǒng)檢測出工作狀態(tài)異常時(shí)，向單片機(jī)發(fā)出復(fù)位信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位，切斷輸出電源使設(shè)備停止工作，同時(shí)還具有故障指示與記憶功能。

6 結(jié)論

　　本裝置經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停機(jī)的基本功能，同時(shí)可以提供各種故障保護(hù)。采用這套裝置不僅可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)，而且通過控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，最大限度地減少電能損耗。對(duì)于在高壓領(lǐng)域替換斷路器進(jìn)行高壓線路的投切也具有積極意義。