1、引言

　　在高速增長的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，中國能源工業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。有資料表明，中國能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低很多，90年代中國高耗能產(chǎn)品的耗能量一般比發(fā)達(dá)國家高12%-55%左右。由此可見，對能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切。作為能源消耗大戶之一的電機(jī)在節(jié)能方面是大有潛力可挖的。目前，國內(nèi)電機(jī)節(jié)能器的研究非?；钴S，但是在產(chǎn)業(yè)化方面還不是很理想，市場的大部分被國外公司所占據(jù)。因此，為了加快國內(nèi)節(jié)能器的發(fā)展，在國家十五計劃中，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方面的投入高達(dá)500億元左右。

       三相異步電機(jī)智能化節(jié)能控制器，系與上海某公司北京分公司聯(lián)合攻關(guān)開發(fā)的新產(chǎn)品，基于微處理器數(shù)字控制技術(shù)，通過其內(nèi)置的專用節(jié)電優(yōu)化控制軟件動態(tài)調(diào)整電機(jī)運行狀態(tài)過程中的電壓和電流，最大限度的提高電機(jī)的功率因數(shù)，可以有效避免電機(jī)因匹配不合理造成的電能浪費，節(jié)電率高達(dá)5-38%。同時，為了避免對電網(wǎng)的沖擊而影響其他用戶的正常使用節(jié)能器還具有完善的軟啟動、軟停車功能，實現(xiàn)了電機(jī)的無級平滑啟、停控制。

       2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用了雙微機(jī)結(jié)構(gòu)?？刂茩C(jī)89C52負(fù)責(zé)交流調(diào)壓的移相控制和三相觸發(fā)脈沖的時序管理、控制策略的優(yōu)化調(diào)度和控制算法的實現(xiàn)，以及設(shè)備運行狀態(tài)的邏輯分析和綜合故障處理。同時，控制機(jī)89C52與鍵盤、顯示器、撥碼盤連接，能夠完成設(shè)備參數(shù)的設(shè)置與修改、工作模式的選擇和身份碼的設(shè)定。

　　測量機(jī)89C52負(fù)責(zé)負(fù)載電流的檢測、功率因數(shù)檢測與計算、用電量的在線計量。同時，測量機(jī)89C52與數(shù)串模塊D21MD連接，能夠接收主控機(jī)PC的各種遠(yuǎn)程控制操作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。

        雙單片機(jī)間的數(shù)據(jù)并行通訊采用雙口RAM IDT7130，這是一種高速1K×8bit雙口靜態(tài)RAM，帶片內(nèi)總線仲裁電路，適用于雙機(jī)之間大量數(shù)據(jù)的快速雙向傳遞。IDT7130提供了兩套各自獨立的控制和地址總線，同時提供了BUSY和INT兩種總線仲裁方式。IDT7130芯片內(nèi)部的集成競爭邏輯基于訪問信號先到者優(yōu)先的原則，可以在兩個CPU同時訪問端口時進(jìn)行地址訪問或片選匹配。將兩端口中訪問慢的一方BUSY引腳電平下拉，使之寫入操作無效；一旦一方訪問完畢，訪問慢的一方BUSY線恢復(fù)上拉電平狀態(tài)，即可繼續(xù)訪問雙RAM。

     3、控制策略和控制算法

      3.1、控制策略
     結(jié)合三相異步電動機(jī)負(fù)荷特性，設(shè)計幾套控制策略，針對不同工況調(diào)用不同控制算法。

       3.1.1 、啟動過程的控制策略
       啟動過程應(yīng)考慮快速性和電流過載能力。所以啟動時采用脈沖電流啟動和電壓斜波啟動相結(jié)合的方案。同時配置限流和限時的安全措施。
       可設(shè)置/修改啟動初始電壓Ust、啟動時間tg1、停車時間tg2，結(jié)果存入看門狗+E2PROM X5045中。

        3.1.2 運行過程的控制策略
       運行過程中隨工況變化負(fù)載功率因數(shù)隨之變化，采用功率因數(shù)角負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)進(jìn)行節(jié)能控制。同時，考慮到突加負(fù)載情況，為防止突加負(fù)載引起停車現(xiàn)象發(fā)生，配置突增負(fù)載工況的診斷和非線性升壓控制措施；在負(fù)載很輕或空載情況下，為減少電機(jī)拖動設(shè)備的無效行程，提高節(jié)電率，配置間歇工作機(jī)制；對運行期間出現(xiàn)的斷相、三相不平衡、過載故障等配置反時限安全保護(hù)措施。

         3.1.3 移相脈沖可靠性觸發(fā)控制策略
對于感性負(fù)載，負(fù)載電流滯后電壓β角。在以電壓過零作同步信號的系統(tǒng)中，當(dāng)移相觸發(fā)角αβ情況的“半波整流”現(xiàn)象發(fā)生，圖3 （a）所示。為保證移相脈沖的可靠觸發(fā)，常要求觸發(fā)信號為寬脈沖或脈沖串，但在雙脈沖觸發(fā)方式下，α較大時第二脈沖串可能引起“誤換相觸發(fā)”現(xiàn)象發(fā)生，見圖3（b）所示。

     5、結(jié)束語

　　本文介紹的節(jié)能器為通用型設(shè)計，在油田活塞式抽油機(jī)節(jié)能控制應(yīng)用中取得了顯著的節(jié)能效果。文章中介紹的控制策略和控制算法在生產(chǎn)實踐中得到了檢驗。該方法可廣泛應(yīng)用于三相異步電動機(jī)的節(jié)能控制器設(shè)計和軟啟動器設(shè)計。

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