3 智能開關(guan) 的硬件構成

　　3.1 係統的組成

　　係統由可控矽開關(guan) 、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。係統組成可參見圖2.係統由可控矽開關(guan) 代替常規開關(guan) 來斷開或閉合線路，並結合單片機進行智能控製。

　　3.2 控製電路

　　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及可調電阻可調電容轉換成的直流電壓。獲得的直流電壓經A/D轉換接至單片機。

　　3.2.2 同步電路

　　采用一個(ge) 線電壓作為(wei) 觸發脈衝(chong) 的同步信號，參見圖4.由變壓器采集的同步電壓，經比較器輸出寬度為(wei) 180°的方波。以該方波上升沿作為(wei) 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(ti) 電路

　　硬件配置框圖參見圖5，采用80KC196單片機作為(wei) 中央控製單元，外接8M的EPROM和8279芯片，EPROM用於(yu) 存儲(chu) 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，鍵盤用於(yu) 修改和設定定值，LED用於(yu) 顯示定值及各種運行狀態。單片機獲得電壓電流值後進行分析計算，判斷運行狀態是否正常［5］。並通過周期值和設定的啟動時間值計算出可控矽的導通角，控製單片機的高速輸出端口HSO輸出觸發脈衝(chong) ，觸發脈衝(chong) 經功放電路放大控製可控矽的導通。

　　為(wei) 提高係統的可靠性，對強弱電進行隔離，輸入輸出信號都經過光耦隔離，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、鍵盤設置信號;輸出主要有LED顯示、繼電器控製和可控矽觸發脈衝(chong) 等。

　　3.2.4 保護電路

　　由於(yu) 裝置中的開關(guan) 采用普通開關(guan) 代替，在過流情況下容易損壞。因此必須保證開關(guan) 閉合或者斷開時不能承受很大電流。所以對裝置中的可控矽要進行必要的設計，以防止開關(guan) 進行大電流投切。

　　此電路主要用於(yu) 開關(guan) 動作時，如果脈衝(chong) 變壓器沒有給出脈衝(chong) 電壓時，能夠借助於(yu) 電源電壓產(chan) 生一個(ge) 觸發脈衝(chong) 進行自身觸發。當主開關(guan) 閉合時，輔助開關(guan) K也閉合，使可控矽導通;當主開關(guan) 斷開時，輔助開關(guan) K也斷開，電容放電使可控矽導通一次。避免主開關(guan) 直接切斷電流產(chan) 生電弧並造成損壞，也避免由於(yu) 動作不及時對電動機帶來的損壞。

4 智能開關(guan) 的軟件設計

　　4.1 采樣計算的算法

　　對交流信號的采樣采用數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(wei) 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

　　常規方法對於(yu) 同步時刻的確定都是采用三個(ge) 相電壓或三個(ge) 線電壓同時采樣來確定可控矽的同步觸發時刻。

　　當隻采用一個(ge) 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(guan) 係是否正確。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(ge) 線電壓的狀態。如果相位正確，則可以根據一個(ge) 線電壓的過零點按順序依次觸發六個(ge) 可控矽。隻用在啟動前判斷一次，不用同時采三相電壓，很大程度上節約了硬件成本。

4.3 程序設計

　　程序由主程序模塊和四個(ge) 子程序模塊組成。主程序模塊主要完成以下功能：初始化後，首先采樣交流信號，判斷線路中是否有故障，若有故障則關(guan) 機檢修，確定線路無故障後，給出準備就緒信號;對各種參數的整定值進行采樣，根據整定的初始電流值的大小，確定可控矽的起始觸發角;判斷啟動按鈕是否按下。

　　子程序主要是中斷構成：HIS.0中斷子程序測量電網電壓的周期和確定同步時刻;HSO中斷子程序在規定的時間到時產(chan) 生觸發脈衝(chong) ，觸發相應可控矽的導通，觸發脈衝(chong) 的寬度為(wei) 10°，由該寬度轉換成時間值約為(wei) 0.6 ms;軟件定時器中斷子程序是對交流信號進行采樣，並實現故障判斷及保護等功能;外中斷子程序主要給出停機命令，並對正常停機和故障停機進行分別處理。

5 智能開關(guan) 的功能

　　係統具有延時自啟動功能，當係統上電時，單片機啟動定時器工作，並通過計算定時時間，設定時間到自動啟動設備運行，避免了在自動控製中多台設備同時啟動對電網的衝(chong) 擊。

　　該係統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，避免了過載、斷相、短路等故障造成電動機的損失。當係統檢測出工作狀態異常時，向單片機發出複位信號使單片機複位，切斷輸出電源使設備停止工作，同時還具有故障指示與(yu) 記憶功能。

6 結論

　　本裝置經實驗調試，運行穩定，能夠實現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(jin) 可以保護電動機，而且通過控製可控矽的導通時間進而控製電動機的啟動電流，最大限度地減少電能損耗。對於(yu) 在高壓領域替換斷路器進行高壓線路的投切也具有積極意義(yi) 。