引言
        三相異步電動機是廣泛使用的一種動力機械，每年的耗電量占我國總耗電量的50%以上。在滿負荷工況條件下，電機的效率一般較高，通常在80%左右；然而，一旦負荷下降，電機的效率便隨之顯著下降。因為電機選型時是按最大可能負荷和最壞工況所需的功率而定的，多數電機在大部分運行時間的負荷率都在50%～60%，所以實際運行時的效率都是比較低的。因此，提高這部分電機的運行效率，有著巨大經濟效益和社會效益。
        1 節能原理
        電機的效率是電機輸出功率與輸入功率的比值的百分數。因此供電機的電能即輸入功率并不僅用來驅動電機即輸出功率，還有一部分將成為電機固有的損耗。電機的主要損耗為銅耗和鐵損，其中銅耗是由于電流流過電機繞組而產生，與電流的平方成正比；鐵損是由于定子和轉子鐵芯中的磁化電流而產生，與供電電壓成正比。其它損耗很小，可忽略。調壓節電原理是當負荷下降時，可以適當降低電源電壓以減少鐵損，同時電流隨之下降也減少了銅損及無謂的浪費，此時電機的效率將得到改善。電機負荷的檢測通常采用功率因數法進行：電機負荷大，則它的功率因數大；電機負荷小，則它的功率因數小。
        2 技術難點及解決
        2.1 功率因數角的檢測。通常情況下電流波形是完整的，通過檢測電壓和電流的過零點獲得的相位差即是功率因數角。但本控制器由于采用了可控硅交流調壓，當導通角較小時，電流波形出現斷續。電流繼續使電流過零檢測失效。為此，我們采取電流與微電平比較來獲取其正半周連續波形的部分，進而取得近似的相位差。
        2.2 電壓和電流有效值的檢測。一般按有效值的定義進行檢測的電路需要用到模擬乘法器，因而電路比較復雜，成本也高。由于有效值和絕對平均值之間存在一定的對應關系，并且此處對檢測精度要求不高，故我們先檢測絕對平均值，再轉化為有效值。
        2.3 強干擾下的系統加固。如果本電器工作在工廠的惡劣環境下，強電磁干擾會嚴重影響微機系統的正常工作，為此我們采取了多種保護措施：將數字電路部分單獨安裝在金屬機殼中，以屏蔽空間電磁干擾；選用優質開關電源和傳感器，以減少從線路串入的干擾；在微機外圍電路中廣泛采用串行接口芯片，以簡化電路板布線；采用廣泛使用的WDT電路，提高軟件抗干擾能力。
        2.4 可控硅的移相觸發電路。在三相交流調壓電路中，一個很重要的指標是三相平衡問題。以前的三相交流調壓常采用3個單相移相觸發芯片設計（如TA785），要細心調試才能達到三相平衡。我們采用最新推出的三相移相觸發芯片AT787，簡化了電路設計，使該電路免于繁雜的調試；同時還采用了可控硅的強觸發技術，使其觸發得更準確。
        3 硬件設計
        本控制器主要由3部分組成：可控硅及移相觸發電路部分，接收控制板的控制信號，實施交流電壓的調節；信號檢測板部分，接收傳感器的信號并進行處理，得到標準電壓和電流的有效值及功率因數有送控制板；單片機控制板部分，接收信號檢測板的信號，通過控制運算發出控制信號到移相觸發電路，實施最佳功率因數控制，同時控制板還通過鍵盤顯示面板對控制器參數進行修改，并顯示控制器運行狀態。
        4 軟件設計
        單片機軟件采用C51語言編程，C51與匯編語言相比，有編程效率高、代碼易維護等優點。程序主要由鍵盤與顯示監控部分、串行接口芯片驅動部分和信號采集與實時控制部分組成。
        串行接口芯片驅動部分，主要是根據芯片廠商時序圖，以單片機的I/O口模擬串行口，以實現對串行芯片的讀寫操作。本課題由于單片機I/O較多，各個芯片采用單獨的I/O信號。
        信號采集與實時控制部分，以實時時鐘為基準，采集電壓電流信號對系統的安全進行監視。采集功率因數信號與最優值比較，以PI控制算法進行運算，適時發出控制指令，對電動機進行調壓，使其運行于高效率狀態。
        5 系統調試
        在系統調試過程中，我們發現并處理了如下幾個問題。
        5.1 電動機可控硅交流調壓的穩定性問題。由于電動機是大電感性負載，在按外三角接法時最好采用半控形式。其中的數據管發揮了吸收諧波的作用。要使用全控形式，最好采用內三角形式。該接法中各個繞組單獨供電，繞組之間不會產生相互干擾。
        5.2 三相調壓移相觸發板的器件選擇問題。3個積分電容的值必須相互一致，誤差在1%以內，調制電容C7的值不能太大，電容C1、C2、C3亦不能太大，不然會使電路不能長期運行，或出現三相的不平衡。
        5.3 節電控制器的最佳功率因數設定問題。最佳值一般在0.85附近，風機可以設定在0.9附近，針對不同電機而稍有不同。如果超出了此范圍，則屬不正?，F象。因為電動機從理論上有一個在75%～80%負載率附近的最高效率點，若電動機老化而無此特性，則節能不能成立。應用中必須注意此原則。
        三相異步電動機的節能范圍還很廣，有待于進一步研究和探討，爭取為國家為社會做出我們應有的貢獻。