電網(wǎng)由于雷擊、短路、發(fā)電廠故障等內(nèi)外部原因，造成電壓大幅波動(dòng)，甚至停電數(shù)秒鐘的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，此現(xiàn)象俗稱(chēng)“晃電”?！盎坞姟爆F(xiàn)象發(fā)生時(shí)，用接觸器控制供電的電機(jī)及其它設(shè)備會(huì)自動(dòng)停車(chē)。即使立即來(lái)電，電機(jī)也不會(huì)繼續(xù)工作，需要人工重新啟動(dòng)電氣設(shè)備。這不僅浪費(fèi)時(shí)間還造成工藝連續(xù)工作過(guò)程的中斷，輕者大量物料排空?qǐng)?bào)廢，重者引起設(shè)備損壞、爆炸、火災(zāi)等事故，造成巨大損失。

“晃電”具有不可預(yù)見(jiàn)性，常給人一種很難控制的感覺(jué)。為了降低“晃電”所造成的損失和危險(xiǎn)，人們通過(guò)分析“晃電”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)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(shí)間繼電器方案等。這些方案都需要對(duì)原有控制線(xiàn)路進(jìn)行改造，接線(xiàn)復(fù)雜、可靠性低。

本文分析了“晃電”的特點(diǎn)及危害，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的低壓電機(jī)再啟動(dòng)控制器。當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)電壓波動(dòng)并確認(rèn)由此造成電機(jī)停機(jī)時(shí)，則在電壓恢復(fù)正常后，根據(jù)電機(jī)原運(yùn)行狀態(tài)以及再啟動(dòng)控制器參數(shù)的設(shè)定值，使電機(jī)重新投入運(yùn)行。

若在設(shè)定的最大“晃電”時(shí)間內(nèi)，主回路供電電源沒(méi)有恢復(fù)到正常值，再啟動(dòng)控制器給電機(jī)投入冗余電源。該系統(tǒng)具有可靠性高、體積小、安裝方便、接線(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可直接安裝于現(xiàn)場(chǎng)低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。產(chǎn)品易于維護(hù)、投資少，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金等需要電機(jī)連續(xù)工作的重要場(chǎng)合，完成由于“晃電”造成的低壓電機(jī)的再啟動(dòng)或主電源和冗余電源間的自動(dòng)切換。

系統(tǒng)組成

低壓電機(jī)再啟動(dòng)控制器由電壓轉(zhuǎn)換電路、測(cè)量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)PIC16F876及相應(yīng)外圍電路等構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 晃電檢測(cè)與再啟動(dòng)控制器系統(tǒng)原理圖

1 “晃電”檢測(cè)

所謂 “晃電”是指超過(guò)兩個(gè)周波（40ms）的低電壓狀態(tài)（小于接觸器線(xiàn)圈的吸合電壓）甚至零電壓狀態(tài)。系統(tǒng)中選取三相電壓中的一相電壓來(lái)檢測(cè)。相電壓（采樣電壓）經(jīng)過(guò)變壓器變壓輸出V3A－V4A、V3B－V4B（熱備電源），V3A-V4A經(jīng)穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓輸出12V直流電壓，12V直流電壓經(jīng)分壓器分壓后連接到MCU的模擬信號(hào)輸入端，進(jìn)行“晃電”檢測(cè)，圖2為系統(tǒng)的電源部分原理圖。

圖2 系統(tǒng)電源部分原理圖

另外低壓電機(jī)再啟動(dòng)控制器要檢測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，只有在電機(jī)運(yùn)行的情況下出現(xiàn)“晃電”，造成電機(jī)停機(jī)時(shí)，再啟動(dòng)控制器才按照設(shè)置好的啟動(dòng)時(shí)間啟動(dòng)電機(jī)。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行接觸器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)確定電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

另外“晃電”再啟動(dòng)控制器必須能夠在系統(tǒng)供電出現(xiàn)低電壓或者供電中斷時(shí)維持正常連續(xù)工作，才能夠在電壓恢復(fù)后按設(shè)定的參數(shù)精確再啟動(dòng)。因此控制器的供電電壓必須穩(wěn)定且低功耗。

由于線(xiàn)性穩(wěn)壓器件（三端穩(wěn)壓器）工作中的“熱損失”大，因此系統(tǒng)中選用功耗極低的LM2576開(kāi)關(guān)穩(wěn)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(shí)間內(nèi)，再啟動(dòng)控制系統(tǒng)正常連續(xù)工作，另一方面由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源不需要加裝散熱片，大大減少了PCB板的面積。

2 時(shí)鐘電路

當(dāng)檢測(cè)到“晃電”發(fā)生以及再啟動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)需要判斷“晃電”持續(xù)的時(shí)間，以便確定是否是“晃電”。另外為了防止“晃電”過(guò)后多臺(tái)低壓電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)所造成的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的影響，為同一網(wǎng)絡(luò)下控制不同電機(jī)的再啟動(dòng)控制器設(shè)置不同的啟動(dòng)時(shí)間。時(shí)鐘電路為系統(tǒng)提供必要的時(shí)間參考。系統(tǒng)中采用PCF8563時(shí)鐘芯片。

PCF8563是工業(yè)級(jí)低功耗、多功能時(shí)鐘/日歷芯片，具有多種報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能等。內(nèi)部時(shí)鐘電路、內(nèi)部振蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測(cè)電路以及兩線(xiàn)制I²C總線(xiàn)通訊方式，使外圍電路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可靠性高。

3 PIC16F876單片機(jī)

PIC16F876單片機(jī)是Microchip公司推出的低功耗單片機(jī)，內(nèi)部集成有FLASH程序存儲(chǔ)器、10位ADC，256字節(jié)的E²PROM，上電復(fù)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(mǎn)足工業(yè)級(jí)應(yīng)用要求。

基于PIC16F876上述特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用該單片機(jī)的SOIC封裝芯片作為控制器。I/O口線(xiàn)分別聯(lián)接2路模擬輸入電壓DC1和DC2（監(jiān)測(cè)電壓1和電壓2）、2路開(kāi)關(guān)量輸入ME1和ME2（電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)）、4路輸出RELAY1-4（再啟動(dòng)控制繼電器）以及時(shí)鐘模塊和系統(tǒng)四位設(shè)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(jī)再啟動(dòng)控制器系統(tǒng)的顯示部分采用MAX7219芯片實(shí)現(xiàn)。MAX7219是一種高度集成化的串行輸入/并行輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)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(qū)動(dòng)器，位驅(qū)動(dòng)器，用于存放顯示數(shù)據(jù)的8×8位靜態(tài)RAM。只需外接一個(gè)電阻就可為所有LED提供段電流。

MAX7219與MCU的連接口線(xiàn)為DIN、LOAD和CLK。系統(tǒng)具有四位數(shù)碼顯示，一個(gè)發(fā)光二級(jí)管。發(fā)光二級(jí)管顯示電源1和電源2的工作狀態(tài)。四位數(shù)碼管分別顯示控制器的設(shè)定值：最低“晃電”電壓、最低啟動(dòng)電壓、電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)控制器延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間、最大允許“晃電”時(shí)間和電源1、電源2的電壓值、以及“晃電”發(fā)生的時(shí)間和累計(jì)“晃電”出現(xiàn)的次數(shù)等。

結(jié)論

針對(duì)“晃電”的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于冗余電源的低壓電機(jī)再起動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)低壓電機(jī)再啟動(dòng)和冗余電源的切換?！盎坞姟痹试S時(shí)間在0-999秒范圍內(nèi)自由設(shè)定；再啟動(dòng)控制器的延時(shí)時(shí)間在0-29.9秒自由設(shè)定；電網(wǎng)電壓的低電壓可在100-299V范圍內(nèi)設(shè)定；恢復(fù)電壓可在100-299V范圍內(nèi)設(shè)定。系統(tǒng)已成功的應(yīng)用于萊鋼高爐冷卻水加壓水泵。系統(tǒng)運(yùn)行兩年來(lái)工作穩(wěn)定、精度高、可靠性好。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為““晃電”檢測(cè)與再啟動(dòng)控制器設(shè)計(jì)”，作者為陳亮、信明貴。）