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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)、三相交流電動機、同步檢測裝置、電流電壓檢測裝置、80KC196單片機［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)合單片機進行智能控制。

　　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際電壓電流大小，得到的電壓電流信號再由運算放大器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。

　　3.2.2 同步電路

　　采用一個線電壓作為觸發(fā)脈沖的同步信號，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的管腳HSI.0以達到確定計時起點和定相的目的。

　　3.2.3 整體電路

　　硬件配置框圖參見圖5，采用80KC196單片機作為中央控制單元，外接8M的EPROM和8279芯片，EPROM用于存儲定值：電壓上下限、電流上限、啟動時間值等;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行狀態(tài)。單片機獲得電壓電流值后進行分析計算，判斷運行狀態(tài)是否正常［5］。并通過周期值和設(shè)定的啟動時間值計算出可控硅的導(dǎo)通角，控制單片機的高速輸出端口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，對強弱電進行隔離，輸入輸出信號都經(jīng)過光耦隔離，輸入信號主要有電壓電流采樣信號、同步信號、啟動和停機信號、鍵盤設(shè)置信號;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)閉合或者斷開時不能承受很大電流。所以對裝置中的可控硅要進行必要的設(shè)計，以防止開關(guān)進行大電流投切。

　　此電路主要用于開關(guān)動作時，如果脈沖變壓器沒有給出脈沖電壓時，能夠借助于電源電壓產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖進行自身觸發(fā)。當主開關(guān)閉合時，輔助開關(guān)K也閉合，使可控硅導(dǎo)通;當主開關(guān)斷開時，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，也避免由于動作不及時對電動機帶來的損壞。

4 智能開關(guān)的軟件設(shè)計

　　4.1 采樣計算的算法

　　對交流信號的采樣采用數(shù)值算法中具有濾波作用的12點傅氏算法。

　　12點傅氏算法具有濾去直流分量和高次諧波的能力，精度較高。在實時計算中，為了提高實時運算速度，可將其分解成移位操作和加減運算。

　　4.2 同步時刻確定

　　常規(guī)方法對于同步時刻的確定都是采用三個相電壓或三個線電壓同時采樣來確定可控硅的同步觸發(fā)時刻。

　　當只采用一個線電壓作同步信號時，裝置工作時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前獲取同步電壓信號時，延時一定時間段觀察另外一個線電壓的狀態(tài)。如果相位正確，則可以根據(jù)一個線電壓的過零點按順序依次觸發(fā)六個可控硅。只用在啟動前判斷一次，不用同時采三相電壓，很大程度上節(jié)約了硬件成本。

4.3 程序設(shè)計

　　程序由主程序模塊和四個子程序模塊組成。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，判斷線路中是否有故障，若有故障則關(guān)機檢修，確定線路無故障后，給出準備就緒信號;對各種參數(shù)的整定值進行采樣，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刻;HSO中斷子程序在規(guī)定的時間到時產(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)換成時間值約為0.6 ms;軟件定時器中斷子程序是對交流信號進行采樣，并實現(xiàn)故障判斷及保護等功能;外中斷子程序主要給出停機命令，并對正常停機和故障停機進行分別處理。

5 智能開關(guān)的功能

　　系統(tǒng)具有延時自啟動功能，當系統(tǒng)上電時，單片機啟動定時器工作，并通過計算定時時間，設(shè)定時間到自動啟動設(shè)備運行，避免了在自動控制中多臺設(shè)備同時啟動對電網(wǎng)的沖擊。

　　該系統(tǒng)還具有完善的保護功能，通過互感器采集的輸入信號來判定電動機運行的狀態(tài)，避免了過載、斷相、短路等故障造成電動機的損失。當系統(tǒng)檢測出工作狀態(tài)異常時，向單片機發(fā)出復(fù)位信號使單片機復(fù)位，切斷輸出電源使設(shè)備停止工作，同時還具有故障指示與記憶功能。

6 結(jié)論

　　本裝置經(jīng)實驗調(diào)試，運行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動和軟停機的基本功能，同時可以提供各種故障保護。采用這套裝置不僅可以保護電動機，而且通過控制可控硅的導(dǎo)通時間進而控制電動機的啟動電流，最大限度地減少電能損耗。對于在高壓領(lǐng)域替換斷路器進行高壓線路的投切也具有積極意義。