2.4 控制部分设计

该装置的整体控制系统如图4所示，采用STC12单片机为控制核心，STC12单片机接收到按键和转数测量模块输入的信号后，通过其内部时钟和中断处理，输出控制继电器模块的信号，从而控制电磁离合器和电机电源的开闭，配合机械传动部分实现对电机剩余动能的回收和利用，达到降低电机启动电流的目的。

                                                 （a）原理图                                                                          （b）实物图

图4 整体控制框图

（1-AC-DC模块；2-电压转换电路；3-STC12单片机；4-继电器模块）

控制部分硬件电路如图4（a）所示。本装置选用AC-DC模块将220V交流电转变为24V直流输出，为电磁离合器供电。考虑到若将24V电压直接转5V输出为单片机供电，会因压差较大而造成发热量大加速元器件老化，因此采用分级降压方式减少电路发热量。此外，为防止电路中电流过大而造成安全事故，在线路中加入保险丝杜绝安全隐患。

3 性能测试及实验验证

在工业洗衣机的工作过程中，电机需要频繁启停，我们选取了工业洗衣机的电机作为实验对象，用来检测该装置的效果。依据查找的数据，工业洗衣机的常用型号为：XGQ-15、XGQ-20、XGQ-30、XGQ-50、XGQ-70。通过分析对比，结合实际情况，本装置选用XGQ-20型号工业洗衣机来作为实验对象。XGQ-20工业洗衣机电机额定功率为2.2kW,额定容量为20kg，起停次数8次/分钟，实验平台如图5所示。

为使实验数据更贴近真实情况，本装置选取型号为YL90-4的单相异步电机作为实验对象来对电机启动电流、转速以及发热情况进行研究，该电机额定功率为2.2kW、额定转速为1430r/min。实验结果具体如下：

3.1 电机启动电流对比实验

为验证本装置对电机启动电流的影响，采用交流互感器来测量未安装本装置和安装本装置后的YL90-4单相异步电机的空载启动电流。

图5 装置实验平台                             图6 启动电流对比图

依据多次实验获得的数据绘制如图6所示，其中蓝色和红色曲线分别为未安装启动装置和安装启动装置后的电机启动电流变化曲线，其中电机未安装启动装置的最大启动电流为64.4A，远大于电机正常工作时电流，安装启动装置后电机的最大启动电流为53.2A，启动电流明显降低，由此可知，启动装置可显著降低电机的启动电流。

3.2 启动转速测量实验

由于本装置利用了发条存储电机停转时的余能，为电机转子提供一定的初始转速来减少电机启动电流，所以本装置为电机启动时提供的初始转速也是衡量本装置性能的重要指标。我们采用了欧姆龙E6A2-CW3C编码器来检测启动装置给电机提供的初始转速。为使数据更加可靠，共测10次，去掉最大值和最小值后，取平均值。实验测得启动装置在释能过程中带动电机主轴的初始转速为247r/min，实验测试数据见表3。

表3 装置提供最大转速

4 节电量理论计算

5 结束语