基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電設(shè)計(jì)

摘要：文章針對(duì)大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)在空載和輕載運(yùn)行階段，功率因數(shù)低，浪費(fèi)電能這一狀況，提出了利用PLC改變和控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)供電電壓，提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)電的目的。

關(guān)鍵詞：PLC；三相異步；電動(dòng)機(jī)；節(jié)電設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0021-02

交流異步電動(dòng)機(jī)在我國(guó)各行各業(yè)中應(yīng)用最廣、需要量最大，其在驅(qū)動(dòng)機(jī)床、水泵、礦山機(jī)械、石油化工機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工業(yè)用電總量中，各個(gè)行業(yè)中交流異步電動(dòng)機(jī)的用電量所占比例超過(guò)了50%，這充分說(shuō)明了交流異步電動(dòng)機(jī)將是我國(guó)節(jié)能體系中的重要組成部分。因此研究交流異步電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中的節(jié)能措施，對(duì)電能供應(yīng)緊張的我國(guó)來(lái)說(shuō)有著十分重要的意義。

1 節(jié)電原理

在額定負(fù)載時(shí)交流異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)是最高的，而在空載時(shí)功率因數(shù)是最低的，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率可通過(guò)功率因數(shù)的大小來(lái)反映。交流異步電動(dòng)機(jī)從交流電網(wǎng)輸入的有功功率部分會(huì)被電動(dòng)機(jī)本身?yè)p耗，如鐵損、銅損等，這些損耗與交流供電電源的電壓及頻率有密切關(guān)系，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載越小，損耗就越大。若負(fù)載發(fā)生變化，交流供電電源頻率不變，電動(dòng)機(jī)輸入電壓相應(yīng)降低，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)主磁通就會(huì)減少，磁化電流和鐵心損耗也會(huì)得到相應(yīng)減小，從而提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)隨負(fù)載變化的原理，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載降低時(shí)，其功率因數(shù)相應(yīng)的降低，負(fù)載增大時(shí)，功率因數(shù)相應(yīng)的增加。在比較檢測(cè)到的功率因數(shù)當(dāng)前值與設(shè)定值之后，自動(dòng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，使定子電壓隨著負(fù)載增減而升降。首先電源電壓和電流信號(hào)通過(guò)采樣模塊采集，然后送至功率因數(shù)檢測(cè)模塊得出功率因數(shù)當(dāng)前值，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)化后進(jìn)入PLC，經(jīng)PLC內(nèi)部程序與設(shè)定值比較計(jì)算后，調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A模塊送至觸發(fā)模塊，最后由觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，從而改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓，提高電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)的效率和功率因數(shù)，系統(tǒng)框圖如圖1所示：

2.2 硬件部分設(shè)計(jì)

硬件部分設(shè)計(jì)包括采樣模塊、功率因數(shù)檢測(cè)模塊、A/D與D/A轉(zhuǎn)化模塊、PLC模塊、觸發(fā)模塊和晶閘管模塊。各部分功能如下：

2.2.1 采樣模塊。采樣模塊有電流互感器、變壓器等組成，其主要功能是對(duì)電源進(jìn)行電流、電壓的實(shí)時(shí)采樣，送至功率因數(shù)檢測(cè)模塊。用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，它能夠反映主電路中的電流，并能將控制電路與主電路隔離，提高安全性降低干擾。電壓采樣通過(guò)變壓器采集電動(dòng)機(jī)的端電壓，變壓器也具有隔離

作用。

2.2.2 功率因數(shù)檢測(cè)模塊。功率因數(shù)檢測(cè)采用電流、電壓過(guò)零檢測(cè)。由采樣模塊送來(lái)的電流、電壓同步信號(hào)，在功率檢測(cè)模塊中進(jìn)行比較。由于電流和電壓的相位不同，電流和電壓的過(guò)零在時(shí)間上存在差異，通過(guò)檢測(cè)電流、電壓的過(guò)零點(diǎn)，就可以得到相應(yīng)的功率因數(shù)角，從而得到功率因數(shù)。

2.2.3 PLC模塊?？删幊绦蚩刂破鱌LC的開發(fā)是以計(jì)算機(jī)控制和繼電接觸器控制為基礎(chǔ)的，發(fā)展至今，已成為以微處理器為核心，集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)為一體的通用型自動(dòng)控制裝置，在控制方面具有可靠、靈活、精準(zhǔn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等領(lǐng)域。PLC型號(hào)眾多，種類繁雜，互不兼容。本文利用LG公司的MASTER-K120S系列產(chǎn)品中的K7M-DR20U型PLC，其具有0.1～0.9?s/m的高速處理速度，內(nèi)置的PID控制功能，可以很好地進(jìn)行閉環(huán)

控制。

2.2.4 觸發(fā)模塊。觸發(fā)模塊以電源同步信號(hào)脈沖輸入為基準(zhǔn)，產(chǎn)生移相脈沖信號(hào)，然后輸出到晶閘管的控制端。由光電隔離器件將移相脈沖信號(hào)與晶閘管控制端隔離，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)定子繞組的電氣隔離。

2.2.5 晶閘管模塊。晶閘管模塊有三個(gè)雙向可控硅組成，三個(gè)雙向可控硅分別接在電源的三根火線上，觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，可控硅根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號(hào)調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制程序流程圖

電動(dòng)機(jī)節(jié)電設(shè)計(jì)的控制程序流程框圖如圖2所示。開機(jī)是停止?fàn)顟B(tài)，按下啟動(dòng)按鈕后，進(jìn)入初始化過(guò)程，置可控硅導(dǎo)通角為180°，儲(chǔ)存功率因數(shù)的設(shè)定值。在初始化過(guò)程完成后，則進(jìn)行功率因數(shù)的檢測(cè)，通過(guò)同步電路的電流、電壓信號(hào)的過(guò)零檢測(cè)，得到電流和電壓的相位差，從而得到功率因數(shù)。與功率因數(shù)設(shè)定值比較，在低于設(shè)定值的情況下，由觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)脈沖，驅(qū)動(dòng)可控硅的導(dǎo)通角作出相應(yīng)的變化，使得供電電壓改變，進(jìn)而提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)?？煽毓鑼?dǎo)通角的改變值，在PLC中由PID算法計(jì)算出。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種采用PLC實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)端電壓導(dǎo)通角，提高功率因數(shù)的方法，它適合于經(jīng)常工作在空載和輕載的變負(fù)載工況下的電動(dòng)機(jī)。PLC作為一種安全、可靠的工業(yè)控制器，由于其編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，控制效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兵.電動(dòng)機(jī)智能節(jié)電運(yùn)行控制[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005，（2）.

[2] 侯祟升.單片機(jī)控制交流異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電器[J].電氣時(shí)代，2002，（6）.

[3] 陳建龍，孫啟政.PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù)，2005，（8）.

[4] 劉寶聚.基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2007.

[5] 楊銘，高亮，王凱.PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制中的應(yīng)用[J].科技信息，2007，（4）.

作者簡(jiǎn)介：劉寶聚（1973-），男，河北人，專利審查協(xié)作北京中心助理研究員，碩士，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化。

摘要：文章針對(duì)大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)在空載和輕載運(yùn)行階段，功率因數(shù)低，浪費(fèi)電能這一狀況，提出了利用PLC改變和控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)供電電壓，提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)電的目的。

關(guān)鍵詞：PLC；三相異步；電動(dòng)機(jī)；節(jié)電設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0021-02

交流異步電動(dòng)機(jī)在我國(guó)各行各業(yè)中應(yīng)用最廣、需要量最大，其在驅(qū)動(dòng)機(jī)床、水泵、礦山機(jī)械、石油化工機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工業(yè)用電總量中，各個(gè)行業(yè)中交流異步電動(dòng)機(jī)的用電量所占比例超過(guò)了50%，這充分說(shuō)明了交流異步電動(dòng)機(jī)將是我國(guó)節(jié)能體系中的重要組成部分。因此研究交流異步電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中的節(jié)能措施，對(duì)電能供應(yīng)緊張的我國(guó)來(lái)說(shuō)有著十分重要的意義。

1 節(jié)電原理

在額定負(fù)載時(shí)交流異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)是最高的，而在空載時(shí)功率因數(shù)是最低的，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率可通過(guò)功率因數(shù)的大小來(lái)反映。交流異步電動(dòng)機(jī)從交流電網(wǎng)輸入的有功功率部分會(huì)被電動(dòng)機(jī)本身?yè)p耗，如鐵損、銅損等，這些損耗與交流供電電源的電壓及頻率有密切關(guān)系，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載越小，損耗就越大。若負(fù)載發(fā)生變化，交流供電電源頻率不變，電動(dòng)機(jī)輸入電壓相應(yīng)降低，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)主磁通就會(huì)減少，磁化電流和鐵心損耗也會(huì)得到相應(yīng)減小，從而提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)隨負(fù)載變化的原理，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載降低時(shí)，其功率因數(shù)相應(yīng)的降低，負(fù)載增大時(shí)，功率因數(shù)相應(yīng)的增加。在比較檢測(cè)到的功率因數(shù)當(dāng)前值與設(shè)定值之后，自動(dòng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，使定子電壓隨著負(fù)載增減而升降。首先電源電壓和電流信號(hào)通過(guò)采樣模塊采集，然后送至功率因數(shù)檢測(cè)模塊得出功率因數(shù)當(dāng)前值，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)化后進(jìn)入PLC，經(jīng)PLC內(nèi)部程序與設(shè)定值比較計(jì)算后，調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A模塊送至觸發(fā)模塊，最后由觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，從而改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓，提高電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)的效率和功率因數(shù)，系統(tǒng)框圖如圖1所示：

2.2 硬件部分設(shè)計(jì)

硬件部分設(shè)計(jì)包括采樣模塊、功率因數(shù)檢測(cè)模塊、A/D與D/A轉(zhuǎn)化模塊、PLC模塊、觸發(fā)模塊和晶閘管模塊。各部分功能如下：

2.2.1 采樣模塊。采樣模塊有電流互感器、變壓器等組成，其主要功能是對(duì)電源進(jìn)行電流、電壓的實(shí)時(shí)采樣，送至功率因數(shù)檢測(cè)模塊。用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，它能夠反映主電路中的電流，并能將控制電路與主電路隔離，提高安全性降低干擾。電壓采樣通過(guò)變壓器采集電動(dòng)機(jī)的端電壓，變壓器也具有隔離

作用。

2.2.2 功率因數(shù)檢測(cè)模塊。功率因數(shù)檢測(cè)采用電流、電壓過(guò)零檢測(cè)。由采樣模塊送來(lái)的電流、電壓同步信號(hào)，在功率檢測(cè)模塊中進(jìn)行比較。由于電流和電壓的相位不同，電流和電壓的過(guò)零在時(shí)間上存在差異，通過(guò)檢測(cè)電流、電壓的過(guò)零點(diǎn)，就可以得到相應(yīng)的功率因數(shù)角，從而得到功率因數(shù)。

2.2.3 PLC模塊?？删幊绦蚩刂破鱌LC的開發(fā)是以計(jì)算機(jī)控制和繼電接觸器控制為基礎(chǔ)的，發(fā)展至今，已成為以微處理器為核心，集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)為一體的通用型自動(dòng)控制裝置，在控制方面具有可靠、靈活、精準(zhǔn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等領(lǐng)域。PLC型號(hào)眾多，種類繁雜，互不兼容。本文利用LG公司的MASTER-K120S系列產(chǎn)品中的K7M-DR20U型PLC，其具有0.1～0.9?s/m的高速處理速度，內(nèi)置的PID控制功能，可以很好地進(jìn)行閉環(huán)

控制。

2.2.4 觸發(fā)模塊。觸發(fā)模塊以電源同步信號(hào)脈沖輸入為基準(zhǔn)，產(chǎn)生移相脈沖信號(hào)，然后輸出到晶閘管的控制端。由光電隔離器件將移相脈沖信號(hào)與晶閘管控制端隔離，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)定子繞組的電氣隔離。

2.2.5 晶閘管模塊。晶閘管模塊有三個(gè)雙向可控硅組成，三個(gè)雙向可控硅分別接在電源的三根火線上，觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，可控硅根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號(hào)調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制程序流程圖

電動(dòng)機(jī)節(jié)電設(shè)計(jì)的控制程序流程框圖如圖2所示。開機(jī)是停止?fàn)顟B(tài)，按下啟動(dòng)按鈕后，進(jìn)入初始化過(guò)程，置可控硅導(dǎo)通角為180°，儲(chǔ)存功率因數(shù)的設(shè)定值。在初始化過(guò)程完成后，則進(jìn)行功率因數(shù)的檢測(cè)，通過(guò)同步電路的電流、電壓信號(hào)的過(guò)零檢測(cè)，得到電流和電壓的相位差，從而得到功率因數(shù)。與功率因數(shù)設(shè)定值比較，在低于設(shè)定值的情況下，由觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)脈沖，驅(qū)動(dòng)可控硅的導(dǎo)通角作出相應(yīng)的變化，使得供電電壓改變，進(jìn)而提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)?？煽毓鑼?dǎo)通角的改變值，在PLC中由PID算法計(jì)算出。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種采用PLC實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)端電壓導(dǎo)通角，提高功率因數(shù)的方法，它適合于經(jīng)常工作在空載和輕載的變負(fù)載工況下的電動(dòng)機(jī)。PLC作為一種安全、可靠的工業(yè)控制器，由于其編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，控制效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兵.電動(dòng)機(jī)智能節(jié)電運(yùn)行控制[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005，（2）.

[2] 侯祟升.單片機(jī)控制交流異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電器[J].電氣時(shí)代，2002，（6）.

[3] 陳建龍，孫啟政.PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù)，2005，（8）.

[4] 劉寶聚.基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2007.

[5] 楊銘，高亮，王凱.PLC在三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制中的應(yīng)用[J].科技信息，2007，（4）.

作者簡(jiǎn)介：劉寶聚（1973-），男，河北人，專利審查協(xié)作北京中心助理研究員，碩士，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化。

摘要：文章針對(duì)大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)在空載和輕載運(yùn)行階段，功率因數(shù)低，浪費(fèi)電能這一狀況，提出了利用PLC改變和控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)供電電壓，提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)電的目的。

關(guān)鍵詞：PLC；三相異步；電動(dòng)機(jī)；節(jié)電設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）27-0021-02

交流異步電動(dòng)機(jī)在我國(guó)各行各業(yè)中應(yīng)用最廣、需要量最大，其在驅(qū)動(dòng)機(jī)床、水泵、礦山機(jī)械、石油化工機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工業(yè)用電總量中，各個(gè)行業(yè)中交流異步電動(dòng)機(jī)的用電量所占比例超過(guò)了50%，這充分說(shuō)明了交流異步電動(dòng)機(jī)將是我國(guó)節(jié)能體系中的重要組成部分。因此研究交流異步電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中的節(jié)能措施，對(duì)電能供應(yīng)緊張的我國(guó)來(lái)說(shuō)有著十分重要的意義。

1 節(jié)電原理

在額定負(fù)載時(shí)交流異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)是最高的，而在空載時(shí)功率因數(shù)是最低的，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率可通過(guò)功率因數(shù)的大小來(lái)反映。交流異步電動(dòng)機(jī)從交流電網(wǎng)輸入的有功功率部分會(huì)被電動(dòng)機(jī)本身?yè)p耗，如鐵損、銅損等，這些損耗與交流供電電源的電壓及頻率有密切關(guān)系，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載越小，損耗就越大。若負(fù)載發(fā)生變化，交流供電電源頻率不變，電動(dòng)機(jī)輸入電壓相應(yīng)降低，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)主磁通就會(huì)減少，磁化電流和鐵心損耗也會(huì)得到相應(yīng)減小，從而提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)隨負(fù)載變化的原理，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載降低時(shí)，其功率因數(shù)相應(yīng)的降低，負(fù)載增大時(shí)，功率因數(shù)相應(yīng)的增加。在比較檢測(cè)到的功率因數(shù)當(dāng)前值與設(shè)定值之后，自動(dòng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，使定子電壓隨著負(fù)載增減而升降。首先電源電壓和電流信號(hào)通過(guò)采樣模塊采集，然后送至功率因數(shù)檢測(cè)模塊得出功率因數(shù)當(dāng)前值，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)化后進(jìn)入PLC，經(jīng)PLC內(nèi)部程序與設(shè)定值比較計(jì)算后，調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A模塊送至觸發(fā)模塊，最后由觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，從而改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓，提高電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)的效率和功率因數(shù)，系統(tǒng)框圖如圖1所示：

2.2 硬件部分設(shè)計(jì)

硬件部分設(shè)計(jì)包括采樣模塊、功率因數(shù)檢測(cè)模塊、A/D與D/A轉(zhuǎn)化模塊、PLC模塊、觸發(fā)模塊和晶閘管模塊。各部分功能如下：

2.2.1 采樣模塊。采樣模塊有電流互感器、變壓器等組成，其主要功能是對(duì)電源進(jìn)行電流、電壓的實(shí)時(shí)采樣，送至功率因數(shù)檢測(cè)模塊。用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，它能夠反映主電路中的電流，并能將控制電路與主電路隔離，提高安全性降低干擾。電壓采樣通過(guò)變壓器采集電動(dòng)機(jī)的端電壓，變壓器也具有隔離

作用。

2.2.2 功率因數(shù)檢測(cè)模塊。功率因數(shù)檢測(cè)采用電流、電壓過(guò)零檢測(cè)。由采樣模塊送來(lái)的電流、電壓同步信號(hào)，在功率檢測(cè)模塊中進(jìn)行比較。由于電流和電壓的相位不同，電流和電壓的過(guò)零在時(shí)間上存在差異，通過(guò)檢測(cè)電流、電壓的過(guò)零點(diǎn)，就可以得到相應(yīng)的功率因數(shù)角，從而得到功率因數(shù)。

2.2.3 PLC模塊?？删幊绦蚩刂破鱌LC的開發(fā)是以計(jì)算機(jī)控制和繼電接觸器控制為基礎(chǔ)的，發(fā)展至今，已成為以微處理器為核心，集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)為一體的通用型自動(dòng)控制裝置，在控制方面具有可靠、靈活、精準(zhǔn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等領(lǐng)域。PLC型號(hào)眾多，種類繁雜，互不兼容。本文利用LG公司的MASTER-K120S系列產(chǎn)品中的K7M-DR20U型PLC，其具有0.1～0.9?s/m的高速處理速度，內(nèi)置的PID控制功能，可以很好地進(jìn)行閉環(huán)

控制。

2.2.4 觸發(fā)模塊。觸發(fā)模塊以電源同步信號(hào)脈沖輸入為基準(zhǔn)，產(chǎn)生移相脈沖信號(hào)，然后輸出到晶閘管的控制端。由光電隔離器件將移相脈沖信號(hào)與晶閘管控制端隔離，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)定子繞組的電氣隔離。

2.2.5 晶閘管模塊。晶閘管模塊有三個(gè)雙向可控硅組成，三個(gè)雙向可控硅分別接在電源的三根火線上，觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，可控硅根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號(hào)調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制程序流程圖

電動(dòng)機(jī)節(jié)電設(shè)計(jì)的控制程序流程框圖如圖2所示。開機(jī)是停止?fàn)顟B(tài)，按下啟動(dòng)按鈕后，進(jìn)入初始化過(guò)程，置可控硅導(dǎo)通角為180°，儲(chǔ)存功率因數(shù)的設(shè)定值。在初始化過(guò)程完成后，則進(jìn)行功率因數(shù)的檢測(cè)，通過(guò)同步電路的電流、電壓信號(hào)的過(guò)零檢測(cè)，得到電流和電壓的相位差，從而得到功率因數(shù)。與功率因數(shù)設(shè)定值比較，在低于設(shè)定值的情況下，由觸發(fā)模塊發(fā)出觸發(fā)脈沖，驅(qū)動(dòng)可控硅的導(dǎo)通角作出相應(yīng)的變化，使得供電電壓改變，進(jìn)而提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)。可控硅導(dǎo)通角的改變值，在PLC中由PID算法計(jì)算出。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種采用PLC實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)端電壓導(dǎo)通角，提高功率因數(shù)的方法，它適合于經(jīng)常工作在空載和輕載的變負(fù)載工況下的電動(dòng)機(jī)。PLC作為一種安全、可靠的工業(yè)控制器，由于其編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，控制效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：劉寶聚（1973-），男，河北人，專利審查協(xié)作北京中心助理研究員，碩士，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化。