一種由AT89C2051單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置

1、一種由AT89C2051單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置摘要：介紹一種用于電力配電系統(tǒng)的旨在提高功率因數(shù)的智能型功 率因數(shù)補(bǔ)償裝置，以AT89C2051 單片微機(jī)為核心，自動(dòng)完成電力供電線路的參數(shù)測(cè)定、運(yùn)算 及功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制。提出以可控硅全控橋作為執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑容性補(bǔ) 償?shù)姆桨?，一改傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)式多組開(kāi)關(guān)進(jìn)行電容器分組切換投入進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ哂?一定的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹C(jī)；智能化；功率因數(shù)補(bǔ)償；無(wú)級(jí)平滑調(diào)節(jié)A New Type Device of Power-Factor Compensation Based on AT89C2051 Single Chip Micro-C

2、omputerAbstract：In this paper, an intelligent device of power-fac tor compensation for improving power-factor in the electrical power distributing system is introduced. The practical device based on AT89C2051 single chip micro -computer has a serious of automatic functions, such as :the measurement

3、and cal culation of the parameter of electrical power on line as well as the control of power-factor compensation. The scheme of stepless control and capacity compensat ion proposed by the paper can be realized by the thyrstor convertor as executive parts in the system, which can replace the traditi

4、onal compensation method that capacitor cells is switched by switches of mechanic contact.Key words：single chip micro-computer;intelligent;power-fa ctor compensation ;stepless control1引言在電力供電系統(tǒng)中，功率因數(shù)的提高是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作，直接關(guān)系到輸電線路的電 能損耗、供電的經(jīng)濟(jì)性、供電質(zhì)量。功率因數(shù)的補(bǔ)償措施一直為人們所重視。研制高性能的 功率因數(shù)補(bǔ)償裝置具有實(shí)際的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。2功率因數(shù)補(bǔ)償原理由電工學(xué)

5、中知道，在交流輸電線路中，由于負(fù)載特性的影響，電路中相電壓、相電流之 間存在相位差，其角度大小取決于負(fù)載所呈現(xiàn)的感性或容性的程度。若以表示相位差， 則：(1)式中：R為負(fù)載電阻，XL為負(fù)載感抗，Xc為負(fù)載容抗。負(fù)載中消耗的有功功率為P： (2) 由(1)式可得： P=UIcos(3)式中：U、I分別為電力線路中母線上的相電壓和相電流的有效值，若令S=UI，稱S為視 在功率（其中包含有功功率和無(wú)功功率），則(3)式寫(xiě)作：P=Scos則：稱cos為功率因數(shù)，在電力系統(tǒng)中要設(shè)法減小相位差，提高cos值，稱 為提高功率因數(shù)，以降低無(wú)功功率，減少電能損失。由(1)式看出，若能使(XL-Xc)為零， 則值

6、為最小，功率因數(shù)最高，就是說(shuō)如能使感抗和容抗最大限度地相互抵消，則線路中功 率因數(shù)為最高。由容抗抵消感抗(反之亦然)從而減小的方法稱為功率因數(shù)補(bǔ)償。 在廠礦企業(yè)中，通常使用的負(fù)載感性份量較大，如交流電動(dòng)機(jī)、交流電磁鐵、電磁閥線 圈等，因此造成輸電線路功率因數(shù)不高，若不進(jìn)行補(bǔ)償，勢(shì)必使無(wú)功功率增大，造成電能浪 費(fèi)。采用補(bǔ)償措施即是在用戶供電變壓器的出口母線上并接電容器以抵消感性負(fù)載影響，從 而提高功率因數(shù)。因用戶負(fù)載是隨時(shí)變化的，所以功率因數(shù)的補(bǔ)償也應(yīng)是動(dòng)態(tài)的，即電容量 的投入多少是根據(jù)負(fù)載的變化而變化的。3硬件電路設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的硬件電子電路構(gòu)成的功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置往往表現(xiàn)為可靠性差、不具備智能運(yùn)

7、 算、精度不高、有級(jí)切換、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁、觸點(diǎn)易被電弧燒蝕、不能連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，因而功 率因數(shù)補(bǔ)償效果不理想。隨著微電腦技術(shù)的發(fā)展，智能型功率因數(shù)補(bǔ)償裝置是發(fā)展方向。本 文討論以AT89C2051單片微機(jī)構(gòu)成的智能型功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，完成在線測(cè)試，智能運(yùn) 算，跟蹤調(diào)節(jié)，在線顯示、cos數(shù)據(jù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用MJYS型可控硅三相集成移 相調(diào)控全控橋模塊，這是一種新穎的電力電子模塊，它將同步、隔離、觸發(fā)等電路全部集成 于模塊中，由直流電平控制移相觸發(fā)，使用非常方便。依靠調(diào)節(jié)全控橋模塊中可控硅的導(dǎo)通 相位角，從而使電容器的投入實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的可靠性及補(bǔ)償效果大為改善。(限于篇 幅，可控硅全控橋模塊的詳細(xì)

8、工作原理不在此討論。)系統(tǒng)原理如圖1所示，圖中電流、電壓傳感器T1、T2為基于霍耳元件的測(cè)量器件，輸出 信號(hào)端與電力線路高度電氣隔離，電流電壓信號(hào)經(jīng)電壓比較器輸出為方波信號(hào)，分別送至 AT89C2051 CPU的P3.7和P3.2口。這里通過(guò)對(duì)電力母線相電流、相電壓的檢測(cè)進(jìn)而得到相 位差，如圖2所示。因感性負(fù)載主要為三相電動(dòng)機(jī)，是三相平衡負(fù)載，故只檢測(cè)某一相 的電流、電壓相位差即可。圖1系統(tǒng)電路原理圖圖2相位差示意圖系統(tǒng)以性價(jià)比很高的AT89C2051單片機(jī)作微處理器單元，AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司 推出的AT89系列單片機(jī)的一種，該單片機(jī)具有當(dāng)今最新型的片內(nèi)閃爍可編程可擦除的存貯

9、器 （flash memory）,最多可擦寫(xiě)1000次。它不僅具有MCS-51系列單片機(jī)所具有的特性，而且 還具備卓越的性能，完善的兼容性，快捷便利的電擦寫(xiě)操作和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，此外它還可 加密，因此廣受用戶歡迎。AT89C2051為20腳封裝，與40腳的MCS-51系列單片機(jī)相比，它減 少了P0口和P2口，對(duì)外只有15條I/O口線。這里以P1口作控制量輸出，由D/A轉(zhuǎn)換器輸出電平信號(hào)經(jīng)運(yùn)放后控制全控橋的導(dǎo)通角。P 3.0、P3.1串行輸出數(shù)據(jù)經(jīng)74LS164轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)進(jìn)而推動(dòng)三位數(shù)碼管進(jìn)行值、 cos值顯示。P3.3口控制電容器組開(kāi)關(guān)Q。P3.4口作“/cos”鍵輸入，上 擋為顯示值，下

10、檔顯示cos值，P3.5口作電容器組開(kāi)關(guān)Q“合閘/分?jǐn)唷辨I輸入， 上檔時(shí)開(kāi)關(guān)Q合閘，下檔時(shí)Q分?jǐn)?。電容器組的總?cè)萘亢涂煽毓枞貥蚰K的電流參數(shù)應(yīng)根據(jù) 和用戶負(fù)載總?cè)萘窟M(jìn)行選擇?？煽毓枞貥蚰K選用三相整流型，應(yīng)在其“ 、-”直流輸出端上并接一只幾微亨的電 感，以減小橋中的di/dt值。4軟件流程系統(tǒng)以查詢方式訪問(wèn)相電流檢測(cè)輸入口和相電壓檢測(cè)輸入口P3.7、P3.2， 通過(guò)CPU內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行時(shí)間值計(jì)數(shù)，通過(guò)換算得到相位差?？刂扑惴ú?用PID算法。最終可使相位差值控制在理想值 0°附近。軟件流程框圖見(jiàn)圖3。圖3軟件流程5結(jié)論采用AT89C2051為控制器的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了智能運(yùn)算、控制，電路方案簡(jiǎn)潔， 硬件線路簡(jiǎn)單，若改變控制算法無(wú)需改動(dòng)硬件電路。CPU指令系統(tǒng)和有關(guān)地址分配與人們熟 悉的8031CPU芯片完全兼容，程序設(shè)計(jì)、調(diào)試便利。由于采用新穎的可控硅全控橋模塊作為 執(zhí)行部件，克服了傳統(tǒng)方法中的弊病。實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)钠交B續(xù)控制。系統(tǒng)具有良好 的運(yùn)行效果。參考