采用单片机PICl2F508控制的CJ系列交流接触器的节电器
cj系列交流接触器以价格便宜及使用寿命长的优势，广泛应用于低压配电，但在运行当中电能损耗大，噪音大，并且经常烧毁线圈。本文针对交流接触器运行噪声大，耗电高，线圈铁心运行温度高，易烧毁的难题，设计了一款适合cj系列交流接触器的节电器，主要是采用单片机picl2f508控制可控硅的导通角，也就是控制加在负载(交流接触器线圈)上的电压波形，从而实现交流接触器的大电流直流吸合，低压小电流维持运行，达到无声节能的目的。
1 电路工作原理
图1是交流接触器的原理框图，主要由220 v交流电输入、可控硅、单片机控制电路和负载等组成。单片机控制电路主要是控制可控硅的导通时间。最终加在负载(交流接触器线圈)上的电压波形如图2所示。
在t=0～t1期间，可控硅的导通角是180°，加在交流接触器线圈上的电压波形是脉动的直流正弦半波，线圈获得大电流，接触器吸合。当t>t1后，通过单片机控制可控硅的导通时间为时间很短的t，加在交流接触器线圈上的电压波形是直流窄脉冲波，刚好能使接触器维持在吸合状态。实践证明，t1取60 ms就能使接触器可靠地吸合;t取2 ms，就能使接触器可靠地维持在吸合状态。通过单片机，能够精确地控制时间t1和t。
2 系统设计
2.1 硬件电路设计
2.1.1 单片机pic12f508介绍
picl2f508是microchip technology生产的低成本高性能8位全静态的基于闪存的cmos单片机，总共只有8个管脚。它们采用risc架构，仅有33条单字/单周期指令。除程序跳转指令(为两个周期)外的所有其他指令都是单周期(200 ns)的。pic12f508本身自带上电复位(por)和内部振荡模式(intrc)，使器件不再需要外部复位电路和晶振，降低了产品的开发成本。
2.1.2 过零检测电路
为了确保利用单片机对可控硅的可靠控制，必须准确地判断220 v交流电压的过零点。综合各个方面的考虑，本文采用光耦p521完成过零点的检测，如图3所示。220 v经过120 khz的电阻降压后，加载到光耦的输入端，光耦的输出端接到picl2f508的端口gpl。当交流220 v的零点来到时，光耦第四管脚没有信号输出。
2.1.3 可控硅驱动电路
可控硅选用btl51，根据bt151的参数，单片机的高电平输出就可以直接驱动btl51，为了保护单片机，防止220 v电压串入单片机，在控制端连接了一个二极管。如图4所示。
2.2 软件设计
在mplab-ide中使用hitech c编译器，最终用c语言完成节电器的软件设计。
过零点判断子程序如下：
2.3 交流接触器电磁线圈改造
2.3.1 交流接触器电磁线圈磁路分析
电磁线圈磁铁的磁路如图5所示。
根据磁路学知识，有：
式中：φ为磁通量;μ0为真空磁导率;a为铁芯横截面积;n为线圈匝数;i为线圈导线电流;l1为铁芯磁路长度;μ为铁芯相对磁导率;l0为磁隙长度。
电磁铁的吸引力和φ成正比，所以当交流线圈加直流脉冲电压启动吸合时，吸引力增大数倍，实际观察到的现象是交流接触器吸合声音清脆、有力，大大减少了接触器的启动吸合时间，降低了线圈的发热，延长了线圈的使用时间。
2.3.2 线圈通过的电流
交流接触器电磁线圈通过的电流为：
交流线圈加直流脉冲电压时，式(1)中jωl=o，于是式(1)简化为：
显然，电路中的电流增加了，为了保护交流线圈不被烧毁，必须增大线圈的电阻，根据公式：
可以增加线圈的匝数或减小线径。实际上增加线圈的匝数是不可能的(线圈的空间尺寸受接触器结构的限制)，所以只能采取减小线径的方法。实践证明：线径变细后，可以节省50%以上的铜线。
3 结语
将该节电器应用于cj20-250交流接触器，最终的实验数据表明线圈有功节电率达到90%以上。长时间吸合运行，接触器无声，接触器线圈、铁心基本无温升，大大延长了线圈寿命。
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在t=0～t1期间，可控硅的导通角是180°，加在交流接触器线圈上的电压波形是脉动的直流正弦半波，线圈获得大电流，接触器吸合。当t>t1后，通过单片机控制可控硅的导通时间为时间很短的t，加在交流接触器线圈上的电压波形是直流窄脉冲波，刚好能使接触器维持在吸合状态。实践证明，t1取60 ms就能使接触器可靠地吸合;t取2 ms，就能使接触器可靠地维持在吸合状态。通过单片机，能够精确地控制时间t1和t。
2 系统设计
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2.1.3 可控硅驱动电路
可控硅选用btl51，根据bt151的参数，单片机的高电平输出就可以直接驱动btl51，为了保护单片机，防止220 v电压串入单片机，在控制端连接了一个二极管。如图4所示。
2.2 软件设计
在mplab-ide中使用hitech c编译器，最终用c语言完成节电器的软件设计。
过零点判断子程序如下：
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2.3.1 交流接触器电磁线圈磁路分析
电磁线圈磁铁的磁路如图5所示。
根据磁路学知识，有：
式中：φ为磁通量;μ0为真空磁导率;a为铁芯横截面积;n为线圈匝数;i为线圈导线电流;l1为铁芯磁路长度;μ为铁芯相对磁导率;l0为磁隙长度。
电磁铁的吸引力和φ成正比，所以当交流线圈加直流脉冲电压启动吸合时，吸引力增大数倍，实际观察到的现象是交流接触器吸合声音清脆、有力，大大减少了接触器的启动吸合时间，降低了线圈的发热，延长了线圈的使用时间。
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交流线圈加直流脉冲电压时，式(1)中jωl=o，于是式(1)简化为：
显然，电路中的电流增加了，为了保护交流线圈不被烧毁，必须增大线圈的电阻，根据公式：
可以增加线圈的匝数或减小线径。实际上增加线圈的匝数是不可能的(线圈的空间尺寸受接触器结构的限制)，所以只能采取减小线径的方法。实践证明：线径变细后，可以节省50%以上的铜线。
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