基于单片机的电机节能系统设计(2)

电流采样电路如图4所示，通过本采样电路，可以利用三个电流互感器分别检测三相电流，采集的信号通过桥式整流后送入单片机的模数转换接口进行检测，将其与预先设定的数值进行比较，进而判断负载的状态，决定是否触发脉冲，降低系统电压。

在完成系统检测之后，就要进行系统处理和触发，其中晶闸管的触发是通过触发电路实现的，所以说触发电路才是决定系统准确性和可靠性的关键电路，直接影响着系统节能的效率，所以由较高的设计要求。触发电路的脉冲信号必须大于相应晶闸管的触发阈值，同时触发脉冲的幅度和上升沿坡度也会影响触发精度。为保证晶闸管的可靠导通和系统的可靠运行，本系统中的触发电路采用两个三极管组成放大电路[5，6]，系统电路结构如图5所示。

4 系统软件设计

本系统采用模块化的设计思想，以主程序为核心设计子模块，简化和结构设计，运行中通过主程序实现对子模块的调用。主要设计流程如图6所示：

上电后系统先调用初始化子程序，对各个功能模块进行初始化并进行检测，同时对模糊控制算法进行离线处理，把计算得到的模糊控制查询表存入单片机的存储器中，以便节能时查表使用．初始化子程序完成后，进入软起动设定程序，进行软起动初始时间的设定，若不设定，则系统会默认在一个系统周期之内自动进入软启动，启动完成后进入主循环，电压、电流等功能电路对系统进行采样，并将采样信息送入主控制器，后由各子程序进行处理，并进行故障检测。系统每半个周期都要对晶闸管进行一次触发，并且还要完成模数转换、状态显示等功能，所以对实时的要求较高。

5 系统测试分析

在系统设计完成后，需要进行详细的功能测试和性能测试，验证系统设计的正确定。但是由于系统实际条件限制，本系统智能针对实验室异步电机进行测试。系统功能测试结果如表1所示：

系统空载时，电压对功率因数的影响如表2所示：

由上述结果可以看出，电压的降低对于系统空载时的功率因数影响很大，通过功率因数的调节，确实可以达到功率调节的目的。

实验室电机为9KW，本次测试时间为4小时，每个系统状态各一个小时，系统性能测试结果如表3所示：

上述试验数据看出，在四个小时之内，使用节能系统比不使用节能系统，少使了4.5度电，节能效率达到了12.5%，达到系统设计要求。

本文在详细分析电机能源浪费原因、电机节能控制原理的基础上，基于STC89C51单片机设计了一种功率因数控制方案，该方案通过单片机对电机系统的控制实现了电机功率因数的调节，进而在不同的负载情况下，实现了系统功率的改变，达到电机节能的目的。本文给出了系统的硬件设计、软件流程分析等，并且在实际的工作环境中进行了测试，表明，本系统符合设计要求，工作稳定，对经常处于负载较轻或者负载经常变化的电机有较好的节能效果。

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