三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的研究摘要目前有相當(dāng)多的異步電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，白白地浪費(fèi)掉大量的電能，影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合我國(guó)國(guó)情需要的措施是既要使電機(jī)的節(jié)能設(shè)備具有較好的節(jié)能效果，又要想辦法盡量降低改造或更新的費(fèi)用。本文從理論上詳細(xì)分析了異步電動(dòng)機(jī)Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能的基本原理，并在此基礎(chǔ)上提出了一整套單片機(jī)控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞電動(dòng)機(jī)、節(jié)能、保護(hù)、試驗(yàn)1緒論11異步電機(jī)節(jié)能的必要性我國(guó)“十五”期間節(jié)能計(jì)劃中關(guān)于“電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能計(jì)劃”指出電動(dòng)機(jī)是量大面廣的高耗能設(shè)備，我國(guó)現(xiàn)有各類電動(dòng)機(jī)總?cè)萘考s42億千瓦，年耗電量達(dá)6000億千瓦時(shí)。其中80以上為055200千瓦以下的中小型電機(jī)，但所有電動(dòng)機(jī)中相當(dāng)于世界近代技術(shù)水平的J2,J02系列的約占70，相當(dāng)于70年代水平的Y系列電動(dòng)機(jī)不足30，具有80年代末水平的YX系列高效電動(dòng)機(jī)所占的比例更是微乎其微。也就是說，我國(guó)在服役的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家50年代的水平，我國(guó)目前制造的電機(jī)僅有5是高效節(jié)能電機(jī)，但幾乎全部用于出口。據(jù)有關(guān)專家估算，由于設(shè)計(jì)、制造等各種原因，我國(guó)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能源利用效率約比發(fā)達(dá)國(guó)家低1030個(gè)百分點(diǎn)，總的節(jié)能潛力約為1000億千瓦時(shí)，相當(dāng)于20個(gè)裝機(jī)容量為1000兆瓦級(jí)的大型火電廠的年發(fā)電總量，而進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的改造和更新的費(fèi)用需要約500億元人民幣。另一方面，近幾年我國(guó)出現(xiàn)了大面積缺電狀況，全國(guó)大部分省、市不得不實(shí)行錯(cuò)峰用電，分時(shí)拉閘限電，這使得對(duì)電機(jī)節(jié)能的研究變的更為重要與迫切。由上可知，比較符合我國(guó)國(guó)情需要的措施是既要使電機(jī)的節(jié)能設(shè)備具有較好的節(jié)能效果，又要想辦法盡量降低改造或更新的費(fèi)用。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB124971995三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有關(guān)規(guī)定，工礦企業(yè)中使用著的大量三相交流異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以分為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)、允許運(yùn)行狀態(tài)和非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。目前有相當(dāng)多的異步電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，白白地浪費(fèi)掉大量的電能，影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。究其原因，電能的浪費(fèi)大致是由以下幾種情況造成的1在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)容量選配時(shí)，往往片面的追求大的安全余量，且層層加碼，結(jié)果使電動(dòng)機(jī)的容量過大，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)偏離最佳工況點(diǎn)，運(yùn)行效率和功率因數(shù)降低2由于大部分電機(jī)采用直接起動(dòng)方式，除了造成對(duì)電網(wǎng)及拖動(dòng)系統(tǒng)的沖擊和事故之外，57倍的起動(dòng)電流也造成能量的消耗?？梢?，研究三相交流異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能需從以下兩方面入手1根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓2限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。12常見的幾種電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器及其優(yōu)缺點(diǎn)121老式的丫/轉(zhuǎn)換節(jié)能電路這種方法適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用三角形接法、在空載下啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。圖11為一種老式Y(jié)/轉(zhuǎn)換節(jié)能電路的原理圖，該電路主要由電流繼電器LJ、時(shí)間繼電器KT、熱繼電器FR以及相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成。其工作原理是當(dāng)按下SB1時(shí)，接觸器KML,KM2得電，電機(jī)在Y下啟動(dòng)。限位開關(guān)SQ受主軸操縱桿控制，主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，SQ閉合，時(shí)間繼電器KT得電。在空載或輕載時(shí)，定子電流小于電流繼電器LJ的整定值，LJ不動(dòng)作，電機(jī)保持在Y下運(yùn)行。如在重載下，LJ得電，其常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器KA隨之得電，切斷了KM2的線圈電路，同時(shí)KM3得電，電機(jī)切換至下運(yùn)行。工作完畢后，通過主軸操縱桿使SQ斷開，KT失電，KM3隨之失電，KM2線圈得電，電動(dòng)機(jī)改為Y下運(yùn)行。此類節(jié)能電路具有控制方便、無諧波污染等優(yōu)點(diǎn)。但體積大、重量大，如果同時(shí)需要加入保護(hù)電路，則其輔助電路與接線將變的十分復(fù)雜，成本也隨之成倍增加。122電子式軟啟動(dòng)器電子式軟啟動(dòng)器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，啟動(dòng)時(shí)由單片機(jī)或其它智能控制系統(tǒng)控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而使得電動(dòng)機(jī)的端電壓平滑上升。在運(yùn)行過程中可根據(jù)定子電流控制電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。電子式軟啟動(dòng)器的框圖如圖12所示。電子式軟啟動(dòng)器具有噪音小，無觸點(diǎn)、重量輕、體積小、電流檢測(cè)精度高、起動(dòng)時(shí)間及起動(dòng)電流可控制，起動(dòng)過程平滑，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可根據(jù)負(fù)載情況靈活調(diào)整，起動(dòng)電流可調(diào)，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)量小，可以頻繁起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。123單片機(jī)控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器單片機(jī)控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器是由單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)電流檢測(cè)的結(jié)果判定是否進(jìn)行切換，以及保護(hù)是否動(dòng)作。同上述兩種節(jié)能器相比，單片機(jī)控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器的優(yōu)點(diǎn)十分明顯成本低、控制簡(jiǎn)單、接線容易、重量輕、體積小、無諧波污染切換與啟動(dòng)過程時(shí)間很短。但由于使用Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器的電動(dòng)機(jī)端電壓只有220V和380V兩種，所以Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器的節(jié)能效果不如電子式軟啟動(dòng)器。本文從理論上詳細(xì)分析了異步電動(dòng)機(jī)Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能的基本原理，并在此基礎(chǔ)上提出了一整套單片機(jī)控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器的設(shè)計(jì)方案，最后制作出了一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，樣機(jī)達(dá)到了預(yù)期的控制性能和節(jié)能效果，驗(yàn)證了方案的可行性。本文還在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入的分析與討論，為進(jìn)一步完善本方案提出了改進(jìn)的方向和辦法。2三相異步電動(dòng)機(jī)Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能原理21三相異步電動(dòng)機(jī)的功率損失分析電動(dòng)機(jī)是靠電磁感應(yīng)原理工作的，它向電網(wǎng)吸取能量，從軸上輸出機(jī)械能。在電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程中，不可避免地會(huì)有一些能量損失。電動(dòng)機(jī)的功率損失包括銅損失、鐵損失、機(jī)械損失和雜散損失。211銅損失（PCU）電動(dòng)機(jī)的銅損失包括定子銅損失PCU1和轉(zhuǎn)子銅損失PCU2。它們是由定子電流和轉(zhuǎn)子電流流過定子、轉(zhuǎn)子繞組而產(chǎn)生的。PCU13I12R121式中，R1為定子每相電阻I1為定子每相電流。PCU2SPE22式中，S為轉(zhuǎn)差率PE為電磁功率。212鐵損失PFE電動(dòng)機(jī)的鐵損失包括磁滯損失和渦流損失，它是鐵芯在磁場(chǎng)中受交變磁化作用產(chǎn)生的。PFEKF13B223式中，K為常數(shù)F為電源頻率B為磁通密度。由于BE1U124式中，為磁通量E為定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U為定子繞組的相電壓。所以可以認(rèn)為，鐵損與端電壓的平方成正比。由于轉(zhuǎn)子電源頻率很低一般只有13HZ,轉(zhuǎn)子鐵芯的損失很小，因此可以認(rèn)為從空載到額定負(fù)載的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的鐵損失PFE僅是定子鐵芯損失。213機(jī)械損失PFW電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失包括通風(fēng)損失和軸承摩擦損失。對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)而言，還包括滑環(huán)與電刷之間的摩擦損失。通風(fēng)損失大約和空氣流通速度的立方成正比。一般說來，對(duì)于某一確定在用電動(dòng)機(jī)，可認(rèn)為其機(jī)械損失為常量。214雜散損失PS電動(dòng)機(jī)的雜散損失包括鐵雜損失和銅雜損失。鐵雜損失發(fā)生在定子與轉(zhuǎn)子的齒中，是由于齒磁通在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生脈動(dòng)而產(chǎn)生的，通常稱為脈動(dòng)損失或表面損失?？山普J(rèn)為鐵雜損失與外加電壓的平方成正比。銅雜損失是由于高次諧波磁勢(shì)的影響產(chǎn)生的?？山普J(rèn)為銅雜損失與電流的平方成正比，隨負(fù)載的變化而變化?？梢姡s散損失部分取決于電壓，部分取決于電流。對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來說，銅雜損失是主要的，約占電動(dòng)機(jī)雜散損耗的7090。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)雜散損失可由測(cè)功機(jī)法、回饋法、反轉(zhuǎn)法測(cè)得。它在總損失中占的比例很小。在小型鑄鋁轉(zhuǎn)子籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，滿載下雜散損失可達(dá)輸出功率的13，在大型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，雜散損失一般為輸出功率的5。215總損失P電動(dòng)機(jī)的定子銅損失PCU1、轉(zhuǎn)子銅損失PCU2、鐵損失PFE,和機(jī)械損失PFW和雜散損失PS組成了電動(dòng)機(jī)的總損失P。即PPCU1十PCU2PFE十PFW十PS25感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率圖如圖21所示【8】。圖中，P1為輸入功率P為機(jī)械功率P2為輸出功率。22丫運(yùn)行的工作特性電動(dòng)機(jī)由接轉(zhuǎn)換為Y接后是否節(jié)能的核心問題是施加到定子每相繞組上的電壓U1降為接時(shí)的1/，使得電動(dòng)機(jī)的鐵損PFE、降低為接時(shí)的1/3，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的定子銅損與轉(zhuǎn)子銅損則根據(jù)負(fù)載變化而變化。所以電動(dòng)機(jī)總的損耗是增加還是減少，則需根據(jù)負(fù)載而定。因此，對(duì)該核心問題的討論就轉(zhuǎn)化為對(duì)電動(dòng)機(jī)的各運(yùn)行參數(shù)隨負(fù)載變化情況的討論，即對(duì)工作特性的討論。這里所說的工作特性，是指在電網(wǎng)電壓U380V，頻率F50HZ時(shí)，電動(dòng)機(jī)在接和Y接兩種狀態(tài)下定子電流I1、功率因數(shù)COS,效率與負(fù)載率的關(guān)系。其中P2/PN26式中，PN為額定功率。下面分別進(jìn)行討論。221I1F關(guān)系三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子一相等效電路如下圖所示圖中，X1為定子每相繞組的電抗R2為轉(zhuǎn)子相電阻的折算值X2為轉(zhuǎn)子相電抗的折算值RM為激磁電阻XM為激磁電抗I2為轉(zhuǎn)子電流的折算值IM為激磁電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率S0、R2/S，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。此時(shí)轉(zhuǎn)子電流接近于零，定子電流基本上是激磁電流。即IMIO27I1IOI228式中，IO為定子空載電流。式28可表示為圖23的矢量圖。因此要分析電動(dòng)機(jī)由接轉(zhuǎn)換為Y接運(yùn)行時(shí)，定子電流I1隨負(fù)載的變化情況，就需分別討論定子空載電流IO和轉(zhuǎn)子折算電流I2,隨負(fù)載的變化情況。下面分別進(jìn)行討論空載電流IO一方面，電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)平衡條件為U1E1I1R1JX129因?yàn)镽1、X1很小，故可以認(rèn)為，當(dāng)電動(dòng)機(jī)由接轉(zhuǎn)換為Y接運(yùn)行時(shí)，定子每相繞組上感應(yīng)的主電勢(shì)E1將近似地隨U1的降低而降為接時(shí)的1/。由E1444為FW1KCM210式中，W1為定子每相繞組串聯(lián)的匝數(shù)KC為繞組系數(shù)M為定子繞組回路的磁通最大值?？梢?，對(duì)于某一在用的電動(dòng)機(jī)，Y接時(shí)的M也將近似的降為接時(shí)的1/。一般說來，設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)時(shí)選取B值在磁化曲線的拐角處，因而，當(dāng)電動(dòng)機(jī)由接轉(zhuǎn)換為Y接運(yùn)行時(shí)，定子每相繞組的空載相電流將降為接時(shí)的1/還要低一些。另一方面，由電工學(xué)的知識(shí)可知負(fù)載接時(shí)，線電流等于倍的相電流負(fù)載Y接時(shí)，線電流等于相電流。也就是說，在相電流相等的情況下，Y接時(shí)的線電流是接時(shí)的1/。綜上所述，當(dāng)電動(dòng)機(jī)由接轉(zhuǎn)換為Y接運(yùn)行時(shí)，空載線電流將降為接時(shí)的1/3。轉(zhuǎn)子折算電流I2由電動(dòng)機(jī)的近似等效電路得211由式29可見，電動(dòng)機(jī)由接轉(zhuǎn)換為Y接時(shí)，一方面U1的降低會(huì)使I2減小，另一方面S的增大會(huì)使I2增大。最終I2是增大還是減小由負(fù)載大小而定。一般說來，負(fù)載很輕時(shí)，I2是降低的隨著負(fù)載的增大，S明顯增大，I2呈上升趨勢(shì)。定子電流I1圖24為電動(dòng)機(jī)在Y接時(shí)以及接時(shí)的I1F關(guān)系曲線。電動(dòng)機(jī)在空載情況下，Y接時(shí)的空載線電流近似等于接時(shí)的1/3。輕載時(shí)，由于IO起主要作用，同時(shí)I2尚未增加或增加不大，這就使得Y接時(shí)的I1明顯低于接時(shí)的I1。當(dāng)負(fù)載增大到一定程度大約70時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)依靠增大轉(zhuǎn)差率S來提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，導(dǎo)致I2隨著S的增大值超過了空載電流IO的減少值，這就使得Y接時(shí)的I1大于接時(shí)的I1。222COSF關(guān)系電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與其端電壓及負(fù)載率之間存在如下關(guān)系212式中，KU為電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓系數(shù)，KUU1/UNUN和U1分別為電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電壓電動(dòng)機(jī)在Y接時(shí)，KU1/。K1為電動(dòng)機(jī)的空載電流系數(shù)。K1IO/IN213式中，IO為電動(dòng)機(jī)的空載電流IN電動(dòng)機(jī)的額定電流。對(duì)于特定在用的電動(dòng)機(jī)，其空載電流系數(shù)K1為定值。圖25為電動(dòng)機(jī)在接和Y接狀態(tài)COS下與的關(guān)系曲線，對(duì)于不同空載電流系數(shù)的電動(dòng)機(jī)，該曲線會(huì)略有差異。從上圖可以看出，Y接的COS要高于接的COS。223F關(guān)系電動(dòng)機(jī)的效率與其端電壓及轉(zhuǎn)差率之間存在如下關(guān)系214式中，SN為電動(dòng)機(jī)額定工況時(shí)的轉(zhuǎn)差率S為電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率N為電動(dòng)機(jī)額定工況時(shí)的效率為電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)行時(shí)的效率。考慮到轉(zhuǎn)差率與功率因數(shù)隨負(fù)載的變化，得出電動(dòng)機(jī)在接和Y接狀態(tài)下與的關(guān)系曲線如圖26所示。現(xiàn)分析如下當(dāng)40時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比，所以Y切換后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)只有依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。由于此時(shí)轉(zhuǎn)差率增大，導(dǎo)致I2隨著S的增大值超過了空載電流IO的減少值，定子電流隨之增大，從而使定子銅損CU1和轉(zhuǎn)子銅損CU2的增大值超過鐵損PFE的下降值，致使電動(dòng)機(jī)的效率下降。23一丫切換的節(jié)能原理電動(dòng)機(jī)Y/轉(zhuǎn)換的節(jié)能方法是針對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的“大馬拉小車”現(xiàn)象提出的，對(duì)于經(jīng)常處于輕載或空載下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，采用該方法可以收到明顯的節(jié)能效果。一般情況下，當(dāng)0時(shí)，VU3A10，二極管D3導(dǎo)通，D4截止。此時(shí)，V20。34由式33、式34可知，VOUTPOT為VINPUT的絕對(duì)值。再考慮有濾波電容C2、C3的情況。C205N為高頻濾波電容，其作用是濾去輸出的高次諧波，使得硬件保護(hù)電路不會(huì)因干擾而誤動(dòng)作C31U為低頻濾波電容，其作用是求出VINPUT的絕對(duì)值的平均值，使得單片機(jī)僅需對(duì)VOUTPOT進(jìn)行直流采樣，從而避免了單片機(jī)進(jìn)行較為復(fù)雜的交流采樣算法。有關(guān)本系統(tǒng)應(yīng)該采用交流采樣還是直流采樣的討論將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行。下面討論的是在采用該線形整流濾波電路以后，電動(dòng)機(jī)額定電流所對(duì)應(yīng)的整流電路輸出電壓即OUTPUT端輸出電壓應(yīng)該如何取值。由于在正負(fù)5伏電源的供電條件下，由放大器LM324構(gòu)成的整流電路的輸出電壓也即硬件保護(hù)環(huán)節(jié)和A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的輸入電壓最大只能到38V，考慮一定裕量，將36V對(duì)應(yīng)45倍的額定電流，則額定電流下所對(duì)應(yīng)的整流電路的輸出電壓就為08V。額定電流下，VINPUT的最大值為08/2126V。/2為正弦信號(hào)從其絕對(duì)值的平均值至其最大值的變換系數(shù)。圖34為VINPUT的最大值為126V時(shí)，VOUTPOT的仿真波形。從圖上可以看出VOUTPOT的波形無超調(diào)量，不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)作從OV到08V的上升時(shí)間小于08S，該響應(yīng)速度對(duì)于控制對(duì)象為電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)來說，是符合要求的。圖35是VOUTPOT的放大波形。從圖上可以看出額定電流下VOUTPOT的紋波小于3MV，遠(yuǎn)小于單片機(jī)A/D結(jié)果的每個(gè)單位對(duì)應(yīng)的20MV，也就是說，由VOUTPOT的紋波引起的誤差遠(yuǎn)小于由單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換引起的誤差。因此，該線形整流電路滿足本系統(tǒng)的要求。342硬件保護(hù)電路如電動(dòng)機(jī)發(fā)生短路，電流過大時(shí)，如過流保護(hù)沒能及時(shí)動(dòng)作，就可能對(duì)電動(dòng)機(jī)造成損壞，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)保護(hù)的環(huán)節(jié)較多，可能導(dǎo)致動(dòng)作較慢，為解決該問題，本系統(tǒng)采用遲滯比較器電路作為電動(dòng)機(jī)硬件過流保護(hù)。圖36為硬件保護(hù)電路的原理圖。本電路為由單電源接法的電壓比較器LM339構(gòu)成的遲滯比較器電路。其輸入包括來自圖34的線形整流濾波電路的電平信號(hào)，以及來自單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)。其輸出包括兩路電平信號(hào)，一路經(jīng)非門驅(qū)動(dòng)光禍，從而驅(qū)動(dòng)硬件保護(hù)繼電器ZJ3的線圈另一路作為硬件保護(hù)動(dòng)作與否的信號(hào)輸入單片機(jī)。本電路需實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的線電流因故障而增大到5倍額定電流時(shí)，本電路需發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除保護(hù)動(dòng)作后，因?yàn)閬碜詧D34的線形整流濾波電路的電平信號(hào)已變成零，所以本電路還需有維持保護(hù)動(dòng)作信號(hào)電平的功能。其具體實(shí)現(xiàn)方法如下當(dāng)輸入電平大于某特定值時(shí)，輸出高電平驅(qū)動(dòng)硬件保護(hù)繼電器ZJ3的線圈，保護(hù)動(dòng)作，輸入電平降為零，此時(shí)R55形成的正反饋回路使得U4A的5腳電平始終大于4腳的電平，輸出保持在高電平，這也就使得圖38中的KM3的線圈始終維持在失電狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出低電平復(fù)位信號(hào)時(shí)，D15導(dǎo)通，U4A的輸出低電平，這也就使得KM3的線圈得電，電動(dòng)機(jī)重新接入電網(wǎng)。R56是比較器LM339輸出端的上拉電阻。R51和電位器P2構(gòu)成分壓電路，提供比較參考電壓可通過P2調(diào)節(jié)。C4起到抗干擾，穩(wěn)定參考電壓的作用，其值取01UF。R54與C5組成的充電回路可使得保護(hù)器上電時(shí)VU4A4VU4A5，硬件保護(hù)保持在未動(dòng)作狀態(tài)。R54在回路中起限流作用。選擇參數(shù)時(shí)需讓C5的充電回路時(shí)間常數(shù)小于C4的充電回路時(shí)間常數(shù)，這樣就可消除C4對(duì)電路的負(fù)面影響。本設(shè)計(jì)選C5為500NF，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以使保護(hù)器上電時(shí)硬件保護(hù)維持在未動(dòng)作狀態(tài)。以下是對(duì)R51和P2構(gòu)成分壓電路的比較參考電壓的計(jì)算?？紤]到放大器LM324構(gòu)成的整流電路的輸出電壓也即硬件保護(hù)環(huán)節(jié)和A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的輸入電壓最大只能到38V，本設(shè)計(jì)將硬件過流保護(hù)的動(dòng)作值設(shè)為45倍的額定電流值。硬件過流保護(hù)的動(dòng)作值450836VLM339在單電源5V的工作條件下帶1K上拉電阻，輸出的高電平UH至少為48V，輸出的低電平UL最多為05V。由疊加原理可得35當(dāng)硬件保護(hù)未動(dòng)作時(shí)，VIZVU4A5。代入式35得VU4A4205V。當(dāng)硬件保護(hù)動(dòng)作后，VIZ0V,VU4A248V,VU4A4VU4A5。代入式35得VU4A424V。充分考慮安全余量，結(jié)合實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程，選擇VU4A422V。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可滿足要求。343其它單片機(jī)外圍電路臨界負(fù)載率的調(diào)整電路臨界負(fù)載率由電位器經(jīng)A/D采樣輸入。對(duì)于臨界負(fù)載率，單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量的分辨率對(duì)應(yīng)002V詳細(xì)分析參見32節(jié)，為保險(xiǎn)起見，取025V對(duì)應(yīng)臨界負(fù)載率0100，則002V對(duì)應(yīng)的臨界負(fù)載率為1/128078125臨界負(fù)載率的調(diào)整電路的具體用法如下當(dāng)電動(dòng)機(jī)在下運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載率小于臨界負(fù)載率，且在一定時(shí)間內(nèi)，定子電流的積分平均值小于臨界負(fù)載對(duì)應(yīng)的電流值，則電動(dòng)機(jī)從下切換至Y下運(yùn)行。此時(shí)可將臨界負(fù)載率適當(dāng)調(diào)大但一般調(diào)的不高于40，大部分電動(dòng)機(jī)在負(fù)載率高于40時(shí)如在Y下運(yùn)行，效率反而會(huì)更低，參見圖25同樣如電動(dòng)機(jī)從Y下切換至下運(yùn)行后，也可將臨界負(fù)載率適當(dāng)調(diào)小。使用者可根據(jù)負(fù)載的實(shí)際情況，選擇不同的臨界負(fù)載率，從而在實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的的基礎(chǔ)上，降低電動(dòng)機(jī)的切換次數(shù)。積分時(shí)間的調(diào)整電路積分時(shí)間同樣由電位器經(jīng)A/D采樣輸入。對(duì)于積分時(shí)間，單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量的分辨率對(duì)應(yīng)002V詳細(xì)分析參見32節(jié)，為保險(xiǎn)起見，取025V對(duì)應(yīng)積分時(shí)間0S128S，則002V對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間為1S。積分時(shí)間的調(diào)整電路的具體用法如下在已知負(fù)載有較大幅度的變化時(shí)，使用者可通過減小積分時(shí)間來使電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)切換至合適的工作狀態(tài)在負(fù)載無明顯變化時(shí)，使用者可通過增大積分時(shí)間來降低切換發(fā)生的概率。Y切換信號(hào)與保護(hù)輸出信號(hào)單片機(jī)工I/O口輸出的Y切換信號(hào)與保護(hù)輸出信號(hào)經(jīng)光耦隔離控制繼電器ZJL,ZJ2的線圈，從而實(shí)現(xiàn)切換與保護(hù)動(dòng)作。這種隔離驅(qū)動(dòng)方式同時(shí)也加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及故障信號(hào)的指示單片機(jī)I/O口控制的LED指示等用來指示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及故障信號(hào)。其中包括或Y下運(yùn)行指示、過流故障指示、不平衡故障指示等。校準(zhǔn)環(huán)節(jié)針對(duì)31節(jié)保護(hù)器性能要求的第7點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與電動(dòng)機(jī)功率的無關(guān)性，就必須有校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，以使得對(duì)于不同額定功率的電動(dòng)機(jī)，只要更換CT并校準(zhǔn)以后，該保護(hù)器照樣可以使用。為此，采用在保護(hù)器的整流環(huán)節(jié)前一級(jí)加分壓電位器詳見附圖1電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的原理圖的辦法，以實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的目的。也就是說，需調(diào)整分壓電位器，使得電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載下對(duì)應(yīng)的整流環(huán)節(jié)的輸出為即單片機(jī)的A/D輸入為08V。有關(guān)選擇為08V對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載的討論參見341節(jié)但是在出廠前，利用調(diào)節(jié)負(fù)載至額定負(fù)載來進(jìn)行校準(zhǔn)是不現(xiàn)實(shí)的，為此提出校準(zhǔn)方法如下先確定合適變比的CT以及合適大小的電阻，然后計(jì)算出額定電流下對(duì)應(yīng)的整流環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)的交流電壓值，再用信號(hào)波發(fā)生器產(chǎn)生相同的電壓信號(hào)作為模擬輸入，最后按前述方法進(jìn)行校準(zhǔn)。344保護(hù)器的原理圖及硬件抗干擾措施保護(hù)器的原理圖見附圖1?？垢蓴_措施包括硬件措施和軟件措施兩種，后者見352節(jié)。本設(shè)計(jì)的噪聲源主要有來自保護(hù)器內(nèi)部的各電路元器件產(chǎn)生的固有噪聲來自保護(hù)器內(nèi)部的感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲，主要是附圖1所示的ZJ1,ZJ2,ZJ3切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲來自保護(hù)器外部的感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲，主要是電動(dòng)機(jī)接觸器切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲直流電源部分的噪聲干擾等。為抑制來自保護(hù)器內(nèi)部的感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲，在單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器的電路中采用光耦隔離。并在繼電器線圈上并聯(lián)二極管，以抑制繼電器線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。在單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器的電路中采用光禍隔離也同時(shí)抑制了來自保護(hù)器外部的感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲。本設(shè)計(jì)對(duì)來自直流電源部分的噪聲干擾的抑制方法是在直流電源輸入端并聯(lián)濾波電容。345保護(hù)器的印刷電路板的設(shè)計(jì)印刷電路板見附圖2。印刷電路板采用135MM90MM，雙面布線?？紤]到本系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，設(shè)定印刷電路板的主要規(guī)則如下最小安全間距035M數(shù)字信號(hào)最小線寬05MM模擬信號(hào)最小線寬05MM電源線最小寬度15MM地線最小寬度L5MM。35電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的軟件設(shè)計(jì)351程序流程圖電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的程序流程圖如圖37所示。系統(tǒng)軟件采用MCS51匯編語(yǔ)言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由主程序、判斷啟動(dòng)子程序、啟動(dòng)延時(shí)子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、過流反時(shí)限判斷子程序、三相電流不平衡判斷子程序、判斷切換子程序等多個(gè)子程序組成。主程序的運(yùn)行與各子程序的調(diào)用過程如下單片機(jī)上電后，主程序先進(jìn)行開機(jī)自檢，然后設(shè)定各I/O口、定時(shí)器包括看門狗定時(shí)器的工作狀態(tài)，再對(duì)程序中用到的變量、信號(hào)量進(jìn)行初始化，并使能定時(shí)器中斷和A心中斷。系統(tǒng)初始化完畢后，調(diào)用判斷啟動(dòng)子程序，先判斷電動(dòng)機(jī)在Y下還是下啟動(dòng)，并以此為依據(jù)設(shè)定有關(guān)參數(shù)的值，再根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果判斷定子電流是否為零。如為零，則電動(dòng)機(jī)未進(jìn)入啟動(dòng)過程，繼續(xù)調(diào)用判斷啟動(dòng)子程序如不為零，則表明電動(dòng)機(jī)已進(jìn)入啟動(dòng)過程，程序轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)。判啟動(dòng)過程中需給硬件保護(hù)電路發(fā)復(fù)位信號(hào)，以防止保護(hù)器上電時(shí)硬件保護(hù)誤動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)過程后，單片機(jī)調(diào)用啟動(dòng)延時(shí)子程序，判斷啟動(dòng)過程中不平衡故障。如有，則保護(hù)動(dòng)作，單片機(jī)進(jìn)入等待復(fù)位狀態(tài)；如無，則啟動(dòng)延時(shí)過后，程序轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)。啟動(dòng)過程結(jié)束后，單片機(jī)循環(huán)調(diào)用過流反時(shí)限判斷子程序、三相電流不平衡判斷子程序和判斷切換子程序。如有保護(hù)動(dòng)作，單片機(jī)進(jìn)入等待復(fù)位狀態(tài)如滿足切換條件，則發(fā)出切換信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)調(diào)用上述三個(gè)子程序如發(fā)現(xiàn)硬件保護(hù)動(dòng)作，則單片機(jī)直接進(jìn)入等待復(fù)位狀態(tài)。說明為了防止電動(dòng)機(jī)在臨界負(fù)載點(diǎn)附近發(fā)生頻繁的切換又稱臨界點(diǎn)振蕩，單片機(jī)在通過A/D采樣采入臨界負(fù)載率以后，程序需加入回差值，本設(shè)計(jì)的回差值設(shè)為士3?；夭钪翟O(shè)定與344所述的臨界負(fù)載率的調(diào)整均為抑制臨界點(diǎn)振蕩的有效方法。352軟件抗干擾措施51單片機(jī)的所有指令均不超過3個(gè)字節(jié)，且多為單字節(jié)指令。指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成，操作碼指明CPU完成什么樣的操作如傳送、算術(shù)運(yùn)算、轉(zhuǎn)移等，操作數(shù)是操作碼的操作對(duì)象如立即數(shù)、寄存器、存儲(chǔ)器等。單字節(jié)指令僅有操作碼，隱含操作數(shù)雙字節(jié)指令第一個(gè)字節(jié)是操作碼，第二個(gè)字節(jié)是操作數(shù)三字節(jié)指令第一個(gè)字節(jié)是操作碼，第二個(gè)字節(jié)與第三個(gè)字節(jié)是操作數(shù)。如何判定EPROM中的某個(gè)字節(jié)存的是操作碼還是操作數(shù)完全由取指令順序來確定。CPU復(fù)位以后，首先取指令的操作碼，而后順序取出操作數(shù)。當(dāng)一條完整指令執(zhí)行完后，緊接著取下一條指令的操作碼、操作數(shù)。這些操作時(shí)序完全由程序記數(shù)器PC控制。在程序執(zhí)行過程中，因各種干擾的存在，會(huì)使得PC出現(xiàn)錯(cuò)誤，單片機(jī)程序便脫離正常軌道運(yùn)行，出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象。當(dāng)程序“跑飛”到某個(gè)單字節(jié)指令上時(shí)，便自己自動(dòng)納入正軌當(dāng)程序“跑飛”到某個(gè)雙字節(jié)指令上，若恰恰在取操作碼時(shí)刻落到其操作數(shù)上，則CPU誤把操作數(shù)當(dāng)成操作碼，程序仍將出錯(cuò)當(dāng)程序“跑飛”到某個(gè)三字節(jié)指令上時(shí)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)操作數(shù)，則CPU誤把操作數(shù)當(dāng)成操作碼的機(jī)率更大。為盡量減輕“跑飛”現(xiàn)象對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的嚴(yán)重后果，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，需加入一些抗干擾措施，以盡快將“跑飛”的程序“拉回來”。本設(shè)計(jì)采用的軟件抗干擾措施如下指令冗余。指令冗余是指對(duì)某些重要指令的連續(xù)重復(fù)以及在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)指令NOP。如對(duì)保護(hù)動(dòng)作指令可在程序中寫CLRP02CLRP02CLRP02這樣就大大降低了該指令不被執(zhí)行的概率。再如可在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)單字節(jié)指令NOP，這可以保證其后的指令不會(huì)被拆散。特別是如果其后為對(duì)于程序流向起決定作用的指令如RET，RETI，ACALL，LAP，JZ等，或者是某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令如SETB，EA等，如在這些指令前插入兩個(gè)單字節(jié)指令NOP，可保證亂飛的程序迅速納入軌道，確保這些指令正常執(zhí)行。軟陷阱。軟陷阱是指在一些沒有寫任何指令的EPROM的空閑區(qū)，寫上無條件跳轉(zhuǎn)指令LJMPMAIN這樣就能使程序“跑飛”到該處時(shí)，將程序“拉回”到入口處。看門狗技術(shù)?？撮T狗技術(shù)是指當(dāng)程序因干擾而在某處出現(xiàn)死循環(huán)后，一段時(shí)間人為設(shè)定過后，程序回到入口處。其原理是人為設(shè)定看門狗定時(shí)器的溢出值，程序在看門狗定時(shí)器未溢出時(shí)，喂看門狗，使得看門狗定時(shí)器恢復(fù)到初始定時(shí)值當(dāng)程序因干擾而在某處出現(xiàn)死循環(huán)后看門狗得不到喂，看門狗定時(shí)器溢出，程序回到入口處。P87LPC767單片機(jī)自帶看門狗，喂看門狗就是執(zhí)行指令WDFEEDMOVWDRST，LEHMOVWDRST，0ELH將以上程序?qū)懭攵〞r(shí)器中斷子程序中，就可利用看門狗技術(shù)將“跑飛”的程序“拉回”到入口處。軟件防干擾還有許多種方法，如重復(fù)檢測(cè)法、程序卷回法等，由于本設(shè)計(jì)并未采用這些方法，在此并不詳細(xì)敘述。其它各種方法的敘述參見文獻(xiàn)2。加入防干擾措施以后全部程序?yàn)?1K左右。36主電路接線圖及其工作過程圖38為一種使用該電動(dòng)機(jī)Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護(hù)器的電動(dòng)機(jī)主電路接線圖。其中220VAC接觸器KM1、KM2分別為控制電動(dòng)機(jī)下、Y下運(yùn)行的接觸器，KM3為保護(hù)動(dòng)作的接觸器。S2為啟動(dòng)按鈕，S1為停止按鈕。保護(hù)器內(nèi)的繼電器ZJL為控制Y切換的繼電器，ZJ2,ZJ3分別為單片機(jī)保護(hù)、硬件保護(hù)的輸出繼電器。整個(gè)電路的工作過程如下啟動(dòng)狀態(tài)輸入。先通過輸入按鍵給保護(hù)器輸入信號(hào)一般情況下，如電動(dòng)機(jī)為輕載，則需將輸入按鍵撥至Y下啟動(dòng)如電動(dòng)機(jī)為重載，則需將輸入按鍵撥至下啟動(dòng)，保護(hù)器根據(jù)輸入情況判斷電動(dòng)機(jī)在下或Y下啟動(dòng)，ZJL得電與否決定了KM1、KM2得電與否，同時(shí)也決定了電動(dòng)機(jī)在下還是在Y下啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。按下S2，KM3得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)通電。松開S2，此時(shí)KM3的常開觸點(diǎn)形成自鎖，電動(dòng)機(jī)持續(xù)通電。電動(dòng)機(jī)停車。按下S1，KM3失電，其常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除。松開SL，此時(shí)KM3的常開觸點(diǎn)己斷開，電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)無法再接通。電動(dòng)機(jī)Y切換。電動(dòng)機(jī)在下運(yùn)行時(shí)，如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，保護(hù)器檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)定子電流均小于額定電流與設(shè)定的臨界負(fù)載率的乘積臨界負(fù)載率與時(shí)間的設(shè)定參見33節(jié)及343節(jié)，則單片機(jī)發(fā)出切換信號(hào)控制繼電器ZJ1的常開觸點(diǎn)閉合，KM1線圈失電，KM2線圈得電，電動(dòng)機(jī)切換至Y下運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)在Y下運(yùn)行時(shí)，如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，保護(hù)器檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)定子電流均大于額定電流與設(shè)定的臨界負(fù)載率的乘積，則單片機(jī)發(fā)出切換信號(hào)控制繼電器ZJ1的常閉觸點(diǎn)閉合，KM2線圈失電，KM1線圈得電，電動(dòng)機(jī)切換至下運(yùn)行。KM1與KM2的線圈回路有互鎖，從而避免了短路情況的發(fā)生。電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作。如單片機(jī)檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)己滿足反時(shí)限過流保護(hù)或三相電流不平衡保護(hù)的動(dòng)作條件，則繼電器ZJ2得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，KM3失電，其常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除。如電動(dòng)機(jī)發(fā)生大電流短路，則硬件保護(hù)電路先于單片機(jī)保護(hù)電路動(dòng)作，繼電器ZJ3先得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，KM3失電，其常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除。5有關(guān)本設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)討論51有關(guān)空載電流對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響在實(shí)驗(yàn)階段，遇到了443節(jié)所提的問題。即由于大的空載電流，單片機(jī)無法僅根據(jù)定子電流判斷電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載大小。如果設(shè)定保護(hù)器Y切換的電流為空載電流45A，則當(dāng)實(shí)際負(fù)載增大到對(duì)應(yīng)值時(shí)，由圖24及圖26可知，節(jié)能效果并不顯著。由于大部分電動(dòng)機(jī)的空載電流設(shè)定在額定電流的3070，所以該電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器只適用于空載電流較小的電動(dòng)機(jī)，該問題大大的限制了該電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的應(yīng)用場(chǎng)合。究其原因，該問題是由于單片機(jī)未對(duì)電壓、電流之間的相位差進(jìn)行采集所致。如單片機(jī)采集了相電壓，并根據(jù)相電壓與相電流算出功率因數(shù)，則控制策略可改為根據(jù)相電流與功率因數(shù)來共同確定是否進(jìn)行Y切換。這樣就可以解決空載電流對(duì)電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的應(yīng)用場(chǎng)合的影響。據(jù)此提出如下兩種解決辦法。511采用交流采樣如采用交流采樣作為電動(dòng)機(jī)二次電壓、電流輸入的方法，則單片機(jī)就可以根據(jù)電壓信號(hào)與電流信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差得出功率因數(shù)角，并根據(jù)電流與功率因數(shù)角來共同確定是否進(jìn)行Y切換。與直流采樣相對(duì)應(yīng)，交流采樣是另外一種A/D采樣的方法。交流采樣基于在一個(gè)周期T內(nèi)對(duì)交流量等間隔地進(jìn)行N次采樣，并由這些采樣值算出電壓、電流的有效值，功率因數(shù)等。交流采樣的算法很多，可大體上歸為時(shí)域分析算法和頻域分析算法兩大類。時(shí)域分析算法主要有積分法和二點(diǎn)法頻域分析算法主要有離散傅立葉變換法DFT和快速傅立葉變換法FFT。為提高精度及運(yùn)算速度，積分法和傅立葉變換法均可由分段線形插值法和拋物線插值法改進(jìn)。有關(guān)交流采樣原理與算法的詳細(xì)敘述參見參考文獻(xiàn)5。本設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)采用單片機(jī)作為主控芯片，其運(yùn)算能力較差A(yù)/D轉(zhuǎn)換器為單極性，不能直接采交流信號(hào)被采電量信號(hào)頻率為電網(wǎng)頻率，穩(wěn)定性高，故可省去頻率信號(hào)提取電路及N倍頻電路據(jù)此，可采用一種簡(jiǎn)化的積分法進(jìn)行交流采樣。交流采樣的輸入是二次電壓、二次電流信號(hào)經(jīng)整流以后的脈動(dòng)直流信號(hào)。整流電路為圖33的線形整流電路去掉濾波電容C3?，F(xiàn)簡(jiǎn)述該算法如下單片機(jī)只對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，一般在一個(gè)周期內(nèi)采樣2N次，如32次或64次，這樣做的好處是在計(jì)算平均值的時(shí)候，可以用右移運(yùn)算代替多字節(jié)除法運(yùn)算，既簡(jiǎn)化了程序，又加快了運(yùn)算速度。所得一個(gè)周期內(nèi)各采樣點(diǎn)的A/D結(jié)果的平均值就可作為交流信號(hào)的絕對(duì)值的平均值。功率因數(shù)的算法是在A/D采樣程序捕捉到電壓過零點(diǎn)時(shí)開始記數(shù)，每發(fā)生一次A/D中斷，記數(shù)值加一，直至A/D采樣程序捕捉到對(duì)應(yīng)線電流的過零點(diǎn)。由于A/D中斷是等時(shí)間間隔發(fā)生的，所以上述的記數(shù)值就對(duì)應(yīng)于電壓、電流之間的相位差。運(yùn)算的精度取決于單片機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)的樣次數(shù)。如單片機(jī)只在一個(gè)周期內(nèi)采樣64次，則相位差的誤差只有/64，完全滿足該系統(tǒng)要求。采用此算法以后程序?yàn)?3K左右，再加上為串口RS232轉(zhuǎn)USB接口程序預(yù)留的1K左右的代碼空間參見CYPRESS網(wǎng)站的S