- 頭條晃電檢測與電機再啟動控制器的設計2020-06-16 作者：陳亮、信明貴 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語本文設計了一種帶冗余電源的低壓電機再啟動控制系統，給出“晃電”測量原理和再起動控制系統的硬件電路。采用電壓變換器和開關電源對電網電壓進行檢測。控制器采用PIC876A單片機。 實驗數據和現場使用表明，該控制器能很好的檢測“晃電”現象，并對“晃電”次數進行累加，“晃電”過后實現低壓電機延時再啟動，解決用電設備啟動電流對電網的沖擊。
電網由于雷擊、短路、發電廠故障等內外部原因，造成電壓大幅波動，甚至停電數秒鐘的現象時有發生，此現象俗稱“晃電”。“晃電”現象發生時，用接觸器控制供電的電機及其它設備會自動停車。即使立即來電，電機也不會繼續工作，需要人工重新啟動電氣設備。這不僅浪費時間還造成工藝連續工作過程的中斷，輕者大量物料排空報廢，重者引起設備損壞、爆炸、火災等事故，造成巨大損失。
“晃電”具有不可預見性，常給人一種很難控制的感覺。為了降低“晃電”所造成的損失和危險，人們通過分析“晃電”現象，設計了多種處理“晃電”的措施[1]。如蓄電池方案、電容器方案、采用時間繼電器方案等。這些方案都需要對原有控制線路進行改造，接線復雜、可靠性低。
本文分析了“晃電”的特點及危害，設計了基于單片機的低壓電機再啟動控制器。當檢測到系統電壓波動并確認由此造成電機停機時，則在電壓恢復正常后，根據電機原運行狀態以及再啟動控制器參數的設定值，使電機重新投入運行。
若在設定的最大“晃電”時間內，主回路供電電源沒有恢復到正常值，再啟動控制器給電機投入冗余電源。該系統具有可靠性高、體積小、安裝方便、接線簡單等特點，可直接安裝于現場低壓開關柜內。產品易于維護、投資少，可廣泛應用于石油、化工、冶金等需要電機連續工作的重要場合，完成由于“晃電”造成的低壓電機的再啟動或主電源和冗余電源間的自動切換。
系統組成
低壓電機再啟動控制器由電壓轉換電路、測量電路、模數轉換電路和單片機PIC16F876及相應外圍電路等構成，如圖1所示。
圖1 晃電檢測與再啟動控制器系統原理圖
1 “晃電”檢測
所謂 “晃電”是指超過兩個周波（40ms）的低電壓狀態（小于接觸器線圈的吸合電壓）甚至零電壓狀態。系統中選取三相電壓中的一相電壓來檢測。相電壓（采樣電壓）經過變壓器變壓輸出V3A－V4A、V3B－V4B（熱備電源），V3A-V4A經穩壓模塊穩壓輸出12V直流電壓，12V直流電壓經分壓器分壓后連接到MCU的模擬信號輸入端，進行“晃電”檢測，圖2為系統的電源部分原理圖。
圖2 系統電源部分原理圖
另外低壓電機再啟動控制器要檢測電機的運行狀態，只有在電機運行的情況下出現“晃電”，造成電機停機時，再啟動控制器才按照設置好的啟動時間啟動電機。系統通過檢測電機運行接觸器輔助觸點的狀態來確定電機的運行狀態。
另外“晃電”再啟動控制器必須能夠在系統供電出現低電壓或者供電中斷時維持正常連續工作，才能夠在電壓恢復后按設定的參數精確再啟動。因此控制器的供電電壓必須穩定且低功耗。
由于線性穩壓器件（三端穩壓器）工作中的“熱損失”大，因此系統中選用功耗極低的LM2576開關穩壓電源模塊為MCU提供電源，圖1中的Vdd是MCU的供電電源。該模塊的使用，一方面保證在允許的最大“晃電”時間內，再啟動控制系統正常連續工作，另一方面由于開關穩壓電源不需要加裝散熱片，大大減少了PCB板的面積。
2 時鐘電路
當檢測到“晃電”發生以及再啟動過程中，系統需要判斷“晃電”持續的時間，以便確定是否是“晃電”。另外為了防止“晃電”過后多臺低壓電機同時啟動所造成的沖擊電流對電網的影響，為同一網絡下控制不同電機的再啟動控制器設置不同的啟動時間。時鐘電路為系統提供必要的時間參考。系統中采用PCF8563時鐘芯片。
PCF8563是工業級低功耗、多功能時鐘/日歷芯片，具有多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能以及中斷輸出功能等。內部時鐘電路、內部振蕩電路、內部低電壓檢測電路以及兩線制I2C總線通訊方式，使外圍電路簡單、系統可靠性高。
3 PIC16F876單片機
PIC16F876單片機是Microchip公司推出的低功耗單片機，內部集成有FLASH程序存儲器、10位ADC，256字節的E2PROM，上電復位電路、WDT、USART等，支持外部參考電壓源，寬電壓，低功耗，工作溫度可滿足工業級應用要求。
基于PIC16F876上述特點，系統設計中采用該單片機的SOIC封裝芯片作為控制器。I/O口線分別聯接2路模擬輸入電壓DC1和DC2（監測電壓1和電壓2）、2路開關量輸入ME1和ME2（電機運行狀態檢測）、4路輸出RELAY1-4（再啟動控制繼電器）以及時鐘模塊和系統四位設定按鍵BP1-4。圖3為MCU接口電路原理圖。
圖3 MCU連接的電路
4 顯示電路
低壓電機再啟動控制器系統的顯示部分采用MAX7219芯片實現。MAX7219是一種高度集成化的串行輸入/并行輸出共陰極顯示驅動器，實現微處理器與7段碼LED顯示器的接口。芯片上有BCD碼譯碼器，多位掃描電路，段驅動器，位驅動器，用于存放顯示數據的8×8位靜態RAM。只需外接一個電阻就可為所有LED提供段電流。
MAX7219與MCU的連接口線為DIN、LOAD和CLK。系統具有四位數碼顯示，一個發光二級管。發光二級管顯示電源1和電源2的工作狀態。四位數碼管分別顯示控制器的設定值：最低“晃電”電壓、最低啟動電壓、電網電壓恢復正常時控制器延時啟動時間、最大允許“晃電”時間和電源1、電源2的電壓值、以及“晃電”發生的時間和累計“晃電”出現的次數等。
結論
針對“晃電”的特點設計了基于冗余電源的低壓電機再起動控制系統。系統實時監測電網電壓和電機的運行狀態。實現低壓電機再啟動和冗余電源的切換。“晃電”允許時間在0-999秒范圍內自由設定；再啟動控制器的延時時間在0-29.9秒自由設定；電網電壓的低電壓可在100-299V范圍內設定；恢復電壓可在100-299V范圍內設定。系統已成功的應用于萊鋼高爐冷卻水加壓水泵。系統運行兩年來工作穩定、精度高、可靠性好。
（編自《電氣技術》，原文標題為““晃電”檢測與再啟動控制器設計”，作者為陳亮、信明貴。）
