基于PIC12F508的交流接觸器節電器設計

　　CJ系列交流接觸器以價格便宜及使用壽命長的優勢，廣泛應用于低壓配電，但在運行當中電能損耗大，噪音大，并且經常燒毀線圈。本文針對交流接觸器運行噪聲大，耗電高，線圈鐵心運行溫度高，易燒毀的難題，設計了一款適合CJ系列交流接觸器的節電器，主要是采用單片機PICl2F508控制可控硅的導通角，也就是控制加在負載(交流接觸器線圈)上的電壓波形，從而實現交流接觸器的大電流直流吸合，低壓小電流維持運行，達到無聲節能的目的。

　　1 電路工作原理

　　圖1是交流接觸器的原理框圖，主要由220 V交流電輸入、可控硅、單片機控制電路和負載等組成。單片機控制電路主要是控制可控硅的導通時間。最終加在負載(交流接觸器線圈)上的電壓波形如圖2所示。

　　在t=0～T1期間，可控硅的導通角是180°，加在交流接觸器線圈上的電壓波形是脈動的直流正弦半波，線圈獲得大電流，接觸器吸合。當t>T1后，通過單片機控制可控硅的導通時間為時間很短的T，加在交流接觸器線圈上的電壓波形是直流窄脈沖波，剛好能使接觸器維持在吸合狀態。實踐證明，T1取60 ms就能使接觸器可靠地吸合；T取2 ms，就能使接觸器可靠地維持在吸合狀態。通過單片機，能夠精確地控制時間T1和T。

　　2 系統設計

　　2．1 硬件電路設計

　　2．1．1 單片機PIC12F508介紹

　　PICl2F508是Microchip Technology生產的低成本高性能8位全靜態的基于閃存的CMOS單片機，總共只有8個管腳。它們采用RISC架構，僅有33條單字／單周期指令。除程序跳轉指令(為兩個周期)外的所有其他指令都是單周期(200 ns)的。PIC12F508本身自帶上電復位(POR)和內部振蕩模式(INTRC)，使器件不再需要外部復位電路和晶振，降低了產品的開發成本。

　　2．1．2 過零檢測電路

　　為了確保利用單片機對可控硅的可靠控制，必須準確地判斷220 V交流電壓的過零點。綜合各個方面的考慮，本文采用光耦P521完成過零點的檢測，如圖3所示。220 V經過120 kHz的電阻降壓后，加載到光耦的輸入端，光耦的輸出端接到PICl2F508的端口GPl。當交流220 V的零點來到時，光耦第四管腳沒有信號輸出。

　　2．1．3 可控硅驅動電路

　　可控硅選用BTl51，根據BT151的參數，單片機的高電平輸出就可以直接驅動BTl51，為了保護單片機，防止220 V電壓串入單片機，在控制端連接了一個二極管。如圖4所示。

　　2．2 軟件設計

　　在MPLAB-IDE中使用Hitech C編譯器，最終用C語言完成節電器的軟件設計。

　　過零點判斷子程序如下：

　　2．3 交流接觸器電磁線圈改造

　　2．3．1 交流接觸器電磁線圈磁路分析

　　電磁線圈磁鐵的磁路如圖5所示。

　　根據磁路學知識，有：

　　式中：φ為磁通量；μ0為真空磁導率；A為鐵芯橫截面積；N為線圈匝數；I為線圈導線電流；L1為鐵芯磁路長度；μ為鐵芯相對磁導率；L0為磁隙長度。

　　電磁鐵的吸引力和φ成正比，所以當交流線圈加直流脈沖電壓啟動吸合時，吸引力增大數倍，實際觀察到的現象是交流接觸器吸合聲音清脆、有力，大大減少了接觸器的啟動吸合時間，降低了線圈的發熱，延長了線圈的使用時間。

　　2．3．2 線圈通過的電流

　　交流接觸器電磁線圈通過的電流為：

　　交流線圈加直流脈沖電壓時，式(1)中jωL=O，于是式(1)簡化為：

　　顯然，電路中的電流增加了，為了保護交流線圈不被燒毀，必須增大線圈的電阻，根據公式：

　　可以增加線圈的匝數或減小線徑。實際上增加線圈的匝數是不可能的(線圈的空間尺寸受接觸器結構的限制)，所以只能采取減小線徑的方法。實踐證明：線徑變細后，可以節省50％以上的銅線。

　　3 結語

　　將該節電器應用于CJ20-250交流接觸器，最終的實驗數據表明線圈有功節電率達到90％以上。長時間吸合運行，接觸器無聲，接觸器線圈、鐵心基本無溫升，大大延長了線圈壽命。