低壓無功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

I 摘 要 本設(shè)計(jì)是針對低壓無功補(bǔ)償方面的問題 設(shè)計(jì)了適用于低壓電網(wǎng)進(jìn)行集中 無功補(bǔ)償?shù)木чl管投切電容器裝置 首先 設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單片機(jī)作為控制系 統(tǒng)控制芯片 由于 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)簡單而且有很好的實(shí)用性 具有 很好的發(fā)展前景 其次 設(shè)計(jì)了信號采集電路 投切電路 信號采集電路采用十二位并行口 A D 轉(zhuǎn)換芯片可有效快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 提高轉(zhuǎn)換效率 投切電路采用單相 晶閘管進(jìn)行觸發(fā)投切電容 成本較低運(yùn)行可靠 最后 設(shè)計(jì)了鍵盤電路 串行通信電路 鍵盤電路采用 4 4 矩陣鍵盤 簡單實(shí)用 方便對無功補(bǔ)償進(jìn)行手動控制監(jiān)測數(shù)據(jù) 串行通信電路可時(shí)時(shí)對系 統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并通過與上位機(jī)相連實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口對話 關(guān)鍵詞 無功補(bǔ)償 單片機(jī) 晶閘管 II ABSTRACT This topic is to aim at low pressure to have no achievement compensate of problem designed to be applicable to low pressure charged barbed wire net to carry on concentration to have no achievement compensate of hyristor hurl slice capacitor device Designed a list slice first machine s minimum system This design adoption AT89S52 list slice the machine is to control system control chip because AT89 S52 list slice the machine s minimum system is simple and have good function have good development prospect Secondly designed signal to collect electric circuit hurl to slice electric circuit The signal collects electric circuit to adopt 12 proceed together A D conversion the chip can effectively and quickly carry on a data conversion and raise a conversion efficiency The hurl slices an electric circuit adoption list the mutually thyristor carry on triggering hurl to slice electric capacity the cost is lower to circulate credibility Finally designed a keyboard electric circuit string to go to correspond by letter electric circuit The keyboard electric circuit adopts 4 4 matrix keyboards in brief practical convenient rightness of Be without the achievement repair carry on moving control to monitor a data The string goes to correspond by letter electric circuit to always carry on showing to the system data and pass to connect with place of honor machine to carry out person s machine to connect a people s dialogue Key words reactive power compensation Single Chip Microcompute Thyristor III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒 論 1 1 1 課題研究的目的和意義 1 1 2 無功功率補(bǔ)償?shù)臍v史與現(xiàn)狀 2 1 2 1 無功功率補(bǔ)償?shù)姆诸?2 1 2 2 無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展概況 2 1 2 3 無功功率補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 1 3 本文主要內(nèi)容 5 第 2 章 低壓無功補(bǔ)償系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 6 2 1 無功補(bǔ)償總體結(jié)構(gòu) 6 2 2 TSC 型無功功率補(bǔ)償基本原理 7 2 3 無功功率補(bǔ)償方式及容量確定 8 第 3 章 無功補(bǔ)償裝置硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 3 1 無功補(bǔ)償控制器硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3 2 主控芯片選型 11 3 3 采集及轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 12 3 4 功率因數(shù)測量電路設(shè)計(jì) 16 3 5 I O 擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 19 3 6 晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 20 3 7 顯示電路設(shè)計(jì) 21 3 8 鍵盤電路設(shè)計(jì) 24 3 9 通信接口電路設(shè)計(jì) 25 3 10 掉電儲存電路 26 3 11 外部存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 27 3 12 電源電路設(shè)計(jì) 29 第 4 章 無功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 30 IV 4 1 主程序設(shè)計(jì) 30 4 2 功率因數(shù)模塊設(shè)計(jì) 31 4 3 投切控制程序設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 37 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 附錄 1 41 V CONTENTS ABSTRACT Chinese I ABSTRACT II Chapter1 Introduction 1 1 1 Purpose and significance of the research 1 1 2 Reactive power compensation of past and present 2 1 2 1 Have no achievement power compensate of classification 2 1 2 2 Reactive power compensation device development overview 2 1 2 3 Reactive power compensation status and development trend 4 1 3 This study includes 5 Chapter 2 Low voltage reactive power compensation system design program 6 2 1 Complement the overall structure of reactive 6 2 2 TSC type basic principle of reactive power compensation 7 2 3 Reactive power compensation and capacity to determine 8 Chapter 3 Reactive Compensation Device hardware design and implementation 10 3 1 Reactive power compensation controller design of the overall structure of the hardware 10 3 2 Master Chip 11 3 3 Acquisition channel and conversion circuit 12 3 4 Power factor measurement circuit 16 3 5 I Oexpansion circuit design 19 3 6 Thyristor trigger drive circuit design 20 3 7 Display circuit 21 3 8 Keyboard circuit 24 3 9 Communication Interface Circuit Design 25 3 10 Power down storage circuit 26 3 11 External memory expansion circuit design 27 VI 3 12 Power circuit design 29 Chapter 4 Reactive power compensation equipment control system software design and implementation 30 4 1 The main program structure 30 4 2 Power Factor Design of sampling and data processing module 31 4 3 Switching Module Control Program 33 Conclusions 37 Acknowledgements 38 References 39 Appendix 1 41 1 第 1 章 緒論 1 1 設(shè)計(jì)研究的目的和意義 在低壓電網(wǎng)中 隨著居民生活水平的不斷提高和大量家用電器的普及 以 及小工業(yè)用戶的增多 導(dǎo)致電網(wǎng)中無功功率的消耗日益增大 功率因數(shù)大都比 較低 尤其是電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛 而大多數(shù)電力電子裝置的功率因 數(shù)很低 造成電網(wǎng)供電質(zhì)量下降 也給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)并影響供電效益 因 此 利用無功補(bǔ)償技術(shù)正成為當(dāng)前世界各國電力設(shè)計(jì)及決策人員的共識 無功 補(bǔ)償裝置的投資已被列入電力投資的整體規(guī)劃中 成為一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié) 有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù) 無功功率的存在使功率因數(shù)降低 造成如下影響 1 當(dāng)有功功率不變時(shí) 功率因數(shù)低 使發(fā)電機(jī)和變壓器的容量增大 不 能充分發(fā)揮原有供電設(shè)備的效率 2 在線路輸送有功功率相同的情況下 功率因數(shù)低 使線路中的電流增 加 電壓損失增加 給感應(yīng)電動機(jī)的啟動 運(yùn)行造成困難 導(dǎo)致供電質(zhì)量下降 若增大導(dǎo)線截面積 相應(yīng)的增加了有色金屬的消耗量 3 當(dāng)電網(wǎng)電壓及有功功率不變時(shí) 功率因數(shù)低 使輸電線路中的無功電 流增大 功率損耗增加 引起發(fā)電機(jī)端電壓的下降 無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)載的運(yùn)行都是十分重要的 在電力系統(tǒng)中 大多 數(shù)電網(wǎng)中元件和負(fù)載都要消耗無功功率 而電網(wǎng)中元件和負(fù)載所需要的無功功 率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得 顯然 這些所需的無功功率如果都要由發(fā)電機(jī) 提供并經(jīng)過長距離輸送是不合理的 通常也是不可能的 合理的方法應(yīng)該是在 需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率 即對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償 對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償有以下幾個(gè)方面的作用 1 1 提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù) 降低設(shè)備容量 減少功率損耗 2 穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓 提高供電質(zhì)量 在長距離輸電線中合適的 地點(diǎn)設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性 提高輸電能力 3 在電氣化鐵道等三相負(fù)載不對稱的場合 通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平 衡三相的有功及無功負(fù)載 無功補(bǔ)償就其補(bǔ)償方式來說可分為高壓補(bǔ)償和低壓 補(bǔ)償 高壓補(bǔ)償通常是在變電所高壓側(cè)進(jìn)行 僅能補(bǔ)償補(bǔ)償點(diǎn)前端的無功功率 2 對補(bǔ)償點(diǎn)后的輸電線路和負(fù)載起不到補(bǔ)償作用 低壓補(bǔ)償可直接補(bǔ)償輸電線路 和負(fù)載的無功功率 補(bǔ)償效果最為理想 但在低壓補(bǔ)償時(shí) 負(fù)載具有分散性大 數(shù)量多的特點(diǎn) 要求無功補(bǔ)償裝置成本低 操作方便 易于維護(hù)和安裝 而且 必須能進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償 目前解決電網(wǎng)中有功功率損耗大 壓降大的最切實(shí)可行的辦法就是采用高 性能的無功功率補(bǔ)償裝置 就地補(bǔ)償負(fù)載的感性無功功率 因此 尋求一種能 綜合電系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率 對系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償 是低壓電網(wǎng)改造和建 設(shè)中迫切需要解決的問題 本課題就是在此基礎(chǔ)上提出的 1 2 無功功率補(bǔ)償?shù)臍v史與現(xiàn)狀 1 2 1 無功功率補(bǔ)償?shù)姆诸?無功補(bǔ)償可以分為串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償 串聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的 阻抗參數(shù) 歐美一些國家普遍采用串聯(lián)補(bǔ)償來提高輸電線的傳輸能力 而我國 大多采取并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞絹硌a(bǔ)償系統(tǒng)無功 并聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的電 壓參數(shù) 并聯(lián)補(bǔ)償按補(bǔ)償對象不同可分為系統(tǒng)補(bǔ)償和負(fù)荷補(bǔ)償兩大類 2 系統(tǒng)補(bǔ)償通常指對交流輸配電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償 目的是維持電網(wǎng)樞紐點(diǎn)處的 電壓穩(wěn)定 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 增大線路的輸送能力以及優(yōu)化無功潮流 降低 線損等 負(fù)荷補(bǔ)償通常是指在靠近負(fù)荷處對單個(gè)或一組負(fù)荷的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償 目的是提高負(fù)荷的功率因數(shù) 改善電壓質(zhì)量 減少或消除由沖擊性負(fù)荷 不對 稱負(fù)荷 非線性負(fù)荷等引起的電壓波動 電壓閃變 三相電壓不平衡及電壓和 電流波形畸變等危害 1 2 2 無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展概況 現(xiàn)今所指的無功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備 主要有以 下三大類型 3 4 一類是具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置 Saturated Reactor SR 第二類是晶閘管控制電抗器 Thyristor ControlReactor TCR 第三類是晶閘管投 切電容器 Thyristor Switch Capacitor TSC 下面依次介紹此三類無功補(bǔ)償裝置 的情況 1 具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置 Saturated Reactor SR 這種裝置是最早的一種靜止無功補(bǔ)償裝置 早在 1967 年 這種裝置就在 3 英國制成 飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種 相應(yīng)的無功 補(bǔ)償裝置也就分為兩種 具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身 固有的能力來穩(wěn)定電壓 它利用鐵心的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的 大小 2 晶閘管控制電抗器 Thyristor Control Reactor TCR 這種裝置是利用晶閘管的相位控制來調(diào)整電抗器的電流 從而達(dá)到調(diào)整無 功功率的目的 其單相原理圖如圖 1 1 所示 其三相多接成三角形 這樣的電 路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載 此電路的有效移相范圍 為 當(dāng)觸發(fā)角時(shí) 晶閘管全導(dǎo)通 導(dǎo)通角 此時(shí)90 180 90 180 電抗器吸收的無功電流最大 根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償其等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式 1 1 max sin LLBB max 1 LLBX 可知 增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納 這樣就會減小補(bǔ)償電流中的基 波分量 所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量 達(dá) 到調(diào)整無功功率的效果 L SCR U t 圖 1 1 TCR 型補(bǔ)償器原理 TCR 型動態(tài)補(bǔ)償方式具有以下優(yōu)點(diǎn) 從 0 到最大功率連續(xù)可調(diào) 可以根 據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況分相調(diào)節(jié) 電路簡單 便于操作維護(hù) 不可避免的也具有一些 缺點(diǎn) 在運(yùn)行中會產(chǎn)生諧波 占地面積大 電容 電抗器和晶閘管容量都是按 系統(tǒng)最大沖擊無功功率來配備 設(shè)備投資大 從實(shí)際情況看 跟蹤補(bǔ)償裝置大 部分時(shí)間處于零或低無功功率補(bǔ)償狀態(tài) 最大功率運(yùn)行能耗大 這種具有 TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快 靈活性大 目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用 最為廣泛 3 晶閘管投切電容器 Thyristor Switch Capacitor TSC 5 這種裝置是將并聯(lián)補(bǔ)償電容器分成若干組 根據(jù)負(fù)荷無功的變化情況對補(bǔ) 4 償電容器進(jìn)行分組投切 達(dá)到調(diào)整無功補(bǔ)償量的目的 其單相原理如圖 1 2 所 示 U t SCR L C 圖 1 2 TSC 型補(bǔ)償器原理 TSC 型動態(tài)補(bǔ)償方式具有以下特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 可設(shè)計(jì)成柜體形式 占 地面積小 設(shè)備投資小 大約比 TCR 降低 25 運(yùn)行能耗小 電容器是無過 渡過程投切 本身不產(chǎn)生諧波 合理的參數(shù)還可吸收諧波 接入系統(tǒng)靈活 可 設(shè)計(jì)成高壓型 缺點(diǎn)是不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率 隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 一種更先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn) 了 即采用自換相變流電路的靜止無功發(fā)生器 Static Var Generator SVG 也 稱之為高級靜止無功補(bǔ)償器 Advanced Static VarCompensator ASVC 靜止無 功發(fā)生器的基本原理是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上 適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值 或者直接控制其交流側(cè)電 流 與傳統(tǒng)的以 TCR 為代表的 SVC 裝置相比 SVG 的調(diào)節(jié)速度更快 運(yùn)行 范圍寬 而就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流 實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功 補(bǔ)償?shù)哪康?且在采取多重化 多電平或 PWM 技術(shù)等措施后可大大減少補(bǔ)償 電流中諧波的含量 1 2 3 無功功率補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 現(xiàn)在 在世界范圍內(nèi) 以 TCR 和 TSC 為代表的靜止無功補(bǔ)償裝置 SVC 已經(jīng)占據(jù)了動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)闹匾匚?是動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)研究的發(fā)展趨勢 6 截止到 2000 年 全世界已有超過 400 套 總?cè)萘考s為 60Gvar 的 SVC 在輸配 電系統(tǒng)中運(yùn)行 全世界已有超過 600 套 總?cè)萘考s為 40Gvar 的 SVC 在工業(yè)部 門使用 我國的輸電系統(tǒng)中有 6 套容量為 105 170Mvar 的 SVC 安裝在 5 個(gè) 500kV 變電站 均為進(jìn)口 工業(yè)用戶安裝了 100 多套 SVC 約有 1 5 是進(jìn)口的 從 2001 年起中國電力科學(xué)研究院已為工業(yè)用戶提供了 26 套 10 35kV TCR 5 型 SVC 新平臺 l0kV TSC 型 SVC 裝置于 2001 年 2003 年在變電站分別投入 運(yùn)行 填補(bǔ)了 SVC 國內(nèi)工程化應(yīng)用的空白 從無功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用來看 SVC 裝置控制簡單 價(jià)格低 能滿足 大多數(shù)用戶對于無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?應(yīng)用最為普遍 在電力系統(tǒng)和工礦企業(yè) 用戶中擁有廣大市場 是并聯(lián)無功補(bǔ)償?shù)闹饕b置 1 3 本文主要內(nèi)容 本文介紹了無功補(bǔ)償?shù)哪康暮鸵饬x 闡述了國內(nèi)外無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀與發(fā)展 趨勢 針對低壓電網(wǎng) 本文分析了無功補(bǔ)償原理及補(bǔ)償接線方式 討論了幾種 不同負(fù)荷情況下電網(wǎng)最佳補(bǔ)償點(diǎn)的位置及容量配置的問題 第 1 章中 首先介紹了無功補(bǔ)償研究的目的和意義 接著闡述了無功功率 補(bǔ)償?shù)臍v史 現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢 并對各種不同類型的無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了 比較 第 2 章中 闡述了無功功率補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)框圖 中包含的電開關(guān)元件針對低 壓電網(wǎng) 重點(diǎn)分析了 TSC 型無功補(bǔ)償原理 補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置的優(yōu)化方法 及其無功補(bǔ)償自動投切控制方式 第 3 章中 根據(jù)要求設(shè)計(jì)了用于低壓電網(wǎng)的無功補(bǔ)償裝置 介紹了裝置的 主電路原理及其主要元件的選取方法 完成了無功功率補(bǔ)償控制器的有關(guān)硬件 設(shè)計(jì) 第 4 章中 軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算無功補(bǔ)償?shù)耐肚腥萘?結(jié)論 對全文進(jìn)行了總結(jié) 6 第 2 章 低壓無功補(bǔ)償系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 2 1 無功補(bǔ)償總體結(jié)構(gòu) 本課題設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償裝置主體結(jié)構(gòu)由柜體 控制器 空氣開關(guān) 避雷器 三相電容器 熔斷器 可控開關(guān) 觸發(fā)板和串聯(lián)電抗器等部分組成 主電路接 線示意圖如圖 2 1 所示 三相負(fù)載 電壓檢測電流檢測 低通濾波低通濾波 邏輯比較電路A D轉(zhuǎn)換電路 單片機(jī)中央處理單元 RAM存儲投切信號 狀態(tài)顯示 脈 沖 驅(qū) 動 裝 置 脈 沖 驅(qū) 動 裝 置 A B C 空氣開關(guān) 過壓吸收 控 制 器 圖 2 1 無功補(bǔ)償主電路圖 如圖 2 1 所示 為無功補(bǔ)償裝置主電路接線圖 由圖可以看出 電網(wǎng)中 A B C 三相電源線經(jīng)空氣開關(guān)進(jìn)入無功補(bǔ)償裝置的柜體內(nèi) 再經(jīng)熔斷器與 復(fù)合開關(guān)模塊連接 電容器經(jīng)復(fù)合開關(guān)模塊與熔斷器和空氣開關(guān)連接 避雷器 經(jīng)空氣開關(guān)與三相電源線相連后接地 工作過程為 將從線路采集電壓 電流等采樣信號送入控制器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù) 分析處理 計(jì)算線路所缺的無功功率 控制器再根據(jù)此無功功率 按照預(yù)先設(shè) 定的控制策略 來判定是否需要投入或切除電容器 控制器通過晶閘管與二極 管反并聯(lián)組成的復(fù)合開關(guān)模塊來控制投切電容器 主要元件功能及其選擇原則介紹如下 1 柜體 即無功補(bǔ)償柜的箱體 頂部有防塵蓋 在防塵蓋和箱體之間留 有一定的空隙 同時(shí)在底部和側(cè)面都有空氣流通孔 以保證充分散熱 2 控制器 控制器具有無功投切判斷 電量參數(shù)計(jì)算等功能 通過控制 7 二極管和晶閘管反并聯(lián)組成的復(fù)合開關(guān)進(jìn)行補(bǔ)償電容器的投切 3 空氣開關(guān) 空氣開關(guān)是整個(gè)無功補(bǔ)償裝置的總開關(guān) 它控制著整個(gè)無 功補(bǔ)償柜的電源及過流保護(hù) 空氣開關(guān)又稱空氣斷路器 其選取根據(jù)裝置中電 容器容量的大小不同和通過的電流不同來選取 主要用來分配電能和保護(hù)線路 及電源設(shè)備的過載 欠電壓和短路 4 避雷器 避雷器起保護(hù)作用 防止裝置因雷擊過電壓而受到損壞 避 雷器的選取應(yīng)以保證電力系統(tǒng)安全的前提下選擇 一般情況選取避雷器額定電 壓為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 1 2 1 3 倍 5 電容器 電容器采用 0 4kV 三相自愈式并聯(lián)電容器 采用三相角形接 法 三相共補(bǔ)的補(bǔ)償方式實(shí)施動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率 6 熔斷器 熔斷器起保護(hù)作用 防止補(bǔ)償裝置由于過電流的原因而損壞 熔斷器的選取要和空氣斷路器配合 一般其跌落電流選為通過電流的兩倍 7 可控開關(guān) 可控開關(guān)采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的組合形式 通過二 極管的反向自然關(guān)斷和可控硅的可控關(guān)斷來控制電容器組的投切 復(fù)合開關(guān)模 塊主要控制 A C 兩相 對于三相電路而言 若 A C 兩相斷開 則 B 相即使 連接 三相并聯(lián)電容器也不能投入 因此此接法具有更大的經(jīng)濟(jì)效益 8 觸發(fā)板 觸發(fā)板是晶閘管的控制驅(qū)動電路 它將來自控制器的投切信 號轉(zhuǎn)化為高頻脈沖信號 控制可控硅復(fù)合開關(guān)的通斷 9 串聯(lián)電抗器 串聯(lián)電抗器抑制電容器的投切涌流 保護(hù)電容器的正常 運(yùn)行 2 2 TSC 型無功功率補(bǔ)償基本原理 無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹硎?把具有容性負(fù)荷的裝置與感性負(fù)荷并聯(lián)接在 同一電路中 當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí) 感性負(fù)荷吸收能量 感性負(fù)荷釋放能量 時(shí) 容性負(fù)荷吸收能量 能量在兩種負(fù)荷之間相互交換 無功功率補(bǔ)償?shù)脑?可用圖 2 2 來解釋 8 s s Q Q Qc P 圖 2 2 無功功率補(bǔ)償原理圖 圖2 2中 Q為感性負(fù)荷從電源吸收的無功功率 Qc為無功功率補(bǔ)償裝置 的補(bǔ)償無功功率 電源輸出的無功功率減少為Q Q Qc 功率因數(shù)由 必提高到 視在功率S減少到S 由電工學(xué)可知 cos cos 222 SPQ cosPS sinQS cos P S 其中 為公率因數(shù) 即有功功率和視在功率的比值 其大小代表著電源cos 被利用的程度 它的最大值為 1 這時(shí) 電源利用率最高 最小值為PS 0 這時(shí) 表示負(fù)荷和電源之間只有往返的無功功率交換 同時(shí) 0P 為電網(wǎng)相電壓 因此 如果電氣設(shè)備發(fā)送的功率一定 cos IPU U 功率因數(shù)越小 線路中的電流越大 功耗和發(fā)熱溫升越嚴(yán)重 相同電壓條件下 發(fā)送一定的功率 功率因數(shù)越大 線路中的電流越小 線路中的損耗也越小 因此 在電力系統(tǒng)中力求功率因數(shù)接近于 1 2 3 無功功率補(bǔ)償方式及容量確定 合理無功補(bǔ)償方式的選擇應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則 減少無功功率的流動 實(shí)行就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t 分級補(bǔ)償原則 集中裝設(shè)與分散裝設(shè)相結(jié)合 以分散補(bǔ) 償為主的全面規(guī)劃 防止在低負(fù)荷情況下過補(bǔ)償 即向電網(wǎng)倒送無功功率 無功補(bǔ)償最好的方式是哪里需要無功就在哪里補(bǔ)償 整個(gè)系統(tǒng)將沒有無功 電流的流動 在實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中這是不可能做到的 因?yàn)闊o論是變壓器 輸電線 路還是各種負(fù)載 都需要無功 所以在實(shí)際低壓配電網(wǎng)中就補(bǔ)償電容器安裝的 位置不同 無功補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢苑譃槿N 集中補(bǔ)償 分散補(bǔ)償 分組補(bǔ)償 和 9 就地補(bǔ)償 單機(jī)補(bǔ)償 低壓無功補(bǔ)償?shù)娜N方式如圖 2 3 所示 C2 C3 M T C1 圖 2 3 低壓無功補(bǔ)償裝設(shè)方式 集中補(bǔ)償方式是將電容器裝設(shè)在用戶專用變電所或配電室的低壓母線上 如圖 2 3 中所示 低壓集中補(bǔ)償方式適用于線路末端負(fù)荷波動幅度不大 1 C 基荷所占比重較大 負(fù)荷容量較大 地點(diǎn)集中的場合 就地補(bǔ)償方式是指將電容器組直接裝設(shè)在用電設(shè)備旁邊 就地補(bǔ)償用電設(shè) 備 主要是電動機(jī) 所消耗的無功功率 如圖 2 3 中所示 電容器組隨電動機(jī) 3 C 同時(shí)投入或退出運(yùn)行 使電動機(jī)消耗的無功功率部分得到就地補(bǔ)償 從而使裝 設(shè)點(diǎn)以上輸配電線路輸送的無功功率減少 能獲得明顯的降損效益 就地補(bǔ)償方式是最佳的 對于長距離大用電設(shè)備更為適宜 由于負(fù)載末端 功率因數(shù)的提高 可使其前面的配變電設(shè)備 配電線路等的損耗減少 這種方 式的缺陷是投資高 利用率低同時(shí) 由于安裝地點(diǎn)在生產(chǎn)現(xiàn)場 運(yùn)行條件較差 維護(hù)極為不便 而分散補(bǔ)償這種方式的優(yōu)點(diǎn)是對于負(fù)荷比較分散的用戶 有利 于實(shí)行無功分區(qū)平衡 體現(xiàn)了無功 就地平衡 的原則 可增加設(shè)備的承載能 力 10 第 3 章 無功補(bǔ)償硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 1 無功補(bǔ)償硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)如系統(tǒng)框圖 電網(wǎng)的三相電壓 電流信號大電壓和大電 流通過電壓互感器和電流互感器變換成小電壓和小電流通過模擬信號采集電路 采經(jīng) A D 轉(zhuǎn)換芯片送入單片機(jī) 再從互感器端采集一路線電壓和一路相電流 信號 通過功率因數(shù)采集電路送入單片機(jī) 單片機(jī)將送入信號進(jìn)行處理 計(jì)算 出電網(wǎng)中所需無功 發(fā)出信號 晶閘管觸發(fā)電路觸發(fā)投切電容 無功補(bǔ)償裝置 控制系統(tǒng)的硬件原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 1 所示 單片機(jī) 電流測量變換電路 功率因數(shù)測量電路 通訊接口電路 電壓測量變換電路 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 鍵盤接口電路 LCD顯示電路 脈沖觸發(fā)電路 圖 3 1 無功補(bǔ)償硬件原理結(jié)構(gòu)框圖 由于控制系統(tǒng)以無功功率作為主要的檢測及控制目標(biāo) 而無功功率的計(jì)算 公式如下 3 1 3sin l QU I 其中 為無功功率 為電網(wǎng)線電壓 為負(fù)載相電流 為功率因數(shù)角 Q l UI 據(jù)此 本文在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了電壓 電流信號采集電路及功率因數(shù)測量電路 無功功率可以由所測得的電壓值 電流值以及功率因數(shù)值根據(jù)公式 3 1 計(jì)算得 到 同時(shí)系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了 LCD 的顯示電路以顯示電壓值 電流值以及功率因數(shù) 值 控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算得到的無功缺額控制相應(yīng)電容器組的投切 投切指令由 單片機(jī)的 I O 口輸出到脈沖觸發(fā)裝置控制晶閘管投切開關(guān)的開通與關(guān)斷 第三 11 章將對控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分電路分別進(jìn)行介紹 3 2 主控芯片選型 本設(shè)計(jì)采用AT89S52 24 作為主控芯片 AT89S52是一種低功耗 高性能 CMOS 8位微控制器 具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器 使用Atmel公司高 密度非易失性存儲器技術(shù)制造 與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程 亦適于常規(guī)編程器 在單芯片上 擁有 靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash 使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用 系統(tǒng)提供高靈活 超有效的解決方案 主控芯片最小系統(tǒng)如圖3 2所示 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 Y1 12M S0 5 C23 30pF C24 30pF C26 22uF C25 22uF R34 1k R33 1k 圖 3 2 主控芯片最小系統(tǒng) 12 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 8k字節(jié)Flash 256字節(jié)RAM 32位I O口線 看門狗定時(shí)器 2個(gè)數(shù)據(jù)指針 三個(gè)16位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 一個(gè)6向量2級中斷結(jié) 構(gòu) 全雙工串行口 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路 另外 AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏 輯操作 支持2種軟件可選擇節(jié)電模式 空閑模式下 CPU停止工作 允許 RAM 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 串口 中斷繼續(xù)工作 掉電保護(hù)方式下 RAM內(nèi)容被 保存 振蕩器被凍結(jié) 單片機(jī)一切工作停止 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 所用管腳如表3 1所示 表3 1AT89S52管腳及作用 管腳號管腳名管腳作用 32 39P0 7 P0 08 位雙向 I O 口 1 8P1 0 P1 78 位雙向 I O 口 21 28P2 0 P2 78 位雙向 I O 口 10RXD串行輸入 11TXD串行輸出 12INT0外部中斷 0 13INT1外部中斷 1 14T0定時(shí)器 0 外部輸入 15T1定時(shí)器 1 外部輸入 16WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 17RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 18XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端 19XTAL1振蕩器反相放大器的輸出端 3 3 采集及轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 數(shù)字控制器采集的電流和電壓信號來自于無功調(diào)節(jié)器的互感器 目前的工 藝做到互感器初級和次級的電流或電壓信號的相位差很小 一般相位誤差只有 正負(fù)幾分到幾十分 取決于互感器的精度等級 完全能夠滿足無功補(bǔ)償?shù)男枰?因此 采集電流和電壓信號時(shí)可以不需要額外的校正或補(bǔ)償電路 無功補(bǔ)償裝 置所需測量的電網(wǎng)電壓和各支路電流通過兩級互感器耦合提供給控制器 電壓互感器采用西安橫山微型互感器研究所生產(chǎn)的 HPT304A 型精密互感 器 HPT304A 是一種電流型的微型電壓互感器 一次輸入電壓為 0 1000V 13 隔離耐壓為 2500V 二次輸出電壓為 0 10V 額定電流比是 2mA 2mA 精度 為 0 1 非線性度 0 1 因?yàn)橛腥方涣麟娦盘?但這里只列舉一路交流電信號 電壓量經(jīng)電壓互 感器變成小電壓 再經(jīng) 1N4007 組成的整流橋和濾波電路把交流量變換成為直 流量以便進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換電阻 R2 滑動變阻器可調(diào)節(jié)輸入電壓 1N5993 將電壓 穩(wěn)定在 5V 最終信號輸入 TLC2543 的 AIN 0 口 電壓模擬量采集電路如圖 3 3 所示 D7 1N5993 C5 10uF C4 10uF 1 2 3 4 D1 BRIDGE1 T1 HPT 304A UA UC R1 4k C6 0 1uF R2 1k A IN 0 圖 3 3 電壓模擬量采集電路 電流互感器的原邊電流 Ia 為 0 10A 電流互感器采用西安銥星的 CTL205 微型精密電流互感器 其額定變比為 10A 5mA 精度為 0 05 非線 性度 0 02 線性工作范圍為 0 25A 主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)監(jiān)控 測量及儀 表等方面 電流量經(jīng)電流互感器變成小電壓 再經(jīng) 1N4007 組成的整流橋和濾波電路 把交流量變換成為直流量以便進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換電阻 R2 滑動變阻器可調(diào)節(jié)輸入電 壓 1N5993 將電壓穩(wěn)定在 5V 最終信號輸入 TLC2543 的 AIN1 口 如圖 3 4 所示 D8 1N5993 C8 10uF C7 10uF 1 2 3 4 D2 BRIDGE1 T2 CTL 205 UA UC R3 2k C9 0 1uF R4 2 5k A IN 1 圖 3 4 電流模擬量采集電路 本系統(tǒng)中的 A D 轉(zhuǎn)換器采用 TLC2543 芯片 25 它是 TI 公司生產(chǎn)的 12 位 開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 具有三個(gè)控制輸入端 片選端 串行數(shù)cs 據(jù)輸入端 DATA INPUT 以及輸入 輸出時(shí)鐘端 I O CLOCK 其簡單的 3 線 SPI 串行接口可以非常容易地與微處理器進(jìn)行通信 11 路輸入通道可采集 11 14 路模擬信號 是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的低成本方案 芯片所用管腳及作用如表 3 2 所示 表 3 2 TLC2543 管腳及作用 管腳號管腳名稱管腳作用 1 6AIN 0 AIN 5模擬量輸入端 13REF 負(fù)基準(zhǔn)電壓端 14REF 正基準(zhǔn)電壓端 15CS片選端 16DATA OUTA D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端 17DATAINPUT串行數(shù)據(jù)輸入端 18I O CLOCK輸入 輸出時(shí)鐘端 19EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束端 交流電壓量 電流量分別經(jīng)電壓互感器 電流互感器變換成適用于微機(jī)處 理的弱信號后 再經(jīng)整流濾波電路把交流量變換為直流量以便進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 A D 轉(zhuǎn)換電路再把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入 CPU 由于 TLC2543 是電壓輸入 的 因此在兩路輸入中 電壓可以直接輸入 而電流要在輸入處接一個(gè)適當(dāng)阻 值電阻 使其轉(zhuǎn)換成電壓再輸入 當(dāng) A D 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓有超過它的最高 輸入電壓時(shí) 就會損壞 A D 轉(zhuǎn)換芯片 因此我們在它的輸入端接上對地 5 1 V 的穩(wěn)壓管 這樣 當(dāng)有高于基準(zhǔn)電壓的輸入電壓出現(xiàn)時(shí) 利用穩(wěn)壓管可以把它 穩(wěn)定在正常范圍之內(nèi) 模擬量采集電路以及 A D 轉(zhuǎn)換電路如圖 3 5 所示 D7 1N5993 C5 10uF C4 10uF 1 2 3 4 D1 BRIDGE1 T1 HPT 304A UA UC R1 4k C6 0 1uF R2 1k D8 1N5993 C8 10uF C7 10uF 1 2 3 4 D2 BRIDGE1 T2 CTL 205 UA UC R3 2k C9 0 1uF R4 2 5k AIN 0 1 AIN 1 2 AIN 2 3 AIN 3 4 AIN 4 5 AIN 5 6 AIN 6 7 AIN7 8 AIN8 9 AIN 9GND 10 AIN 10 12 REF 13 REF 14 CS 15 OUT 16 INPUT 17 CLOCK 18 EOC 19 VCC 20 U5 TL C2543 圖 3 5 模擬量采集轉(zhuǎn)換電路 15 TLC2543 的 I O 時(shí)鐘 數(shù)據(jù)輸入 片選 由引腳 P1 0 P1 1 P1 2 提供 cs TLC2543 的轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)通過 P1 3 腳接收 在最后的 I O CLOCK 下降沿之后 EOC 從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸為止 每根線均 采用光耦隔離 這種采樣電路精度高 硬件電路簡單 并使模擬部分與數(shù)字部 分實(shí)現(xiàn)了完全隔離 數(shù)據(jù)輸出電路如圖 3 6 所示 U9 PC817 U10 PC817 U11 PC817 U12 PC817 5 R23 4 7k R25 4 7k R27 4 7k R29 4 7k R30 4 7k R28 4 7k R26 4 7k R24 4 7k P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 5 5 5 5 5 5 5 5 INT1 89S52 AIN 0 1 AIN 1 2 AIN 2 3 AIN 3 4 AIN 4 5 AIN 5 6 AIN 6 7 AIN7 8 AIN8 9 AIN 9GND 10 AIN 10 12 REF 13 REF 14 CS 15 OUT 16 INPUT 17 CLOCK 18 EOC 19 VCC 20 U5 TL C2543 圖 3 6 數(shù)據(jù)輸出電路 3 4 功率因數(shù)測量電路設(shè)計(jì) 由于電力系統(tǒng)中三相負(fù)載的不平衡 為了能真實(shí)反映三相功率因數(shù)值 故 從一相取相電流信號 從另外兩相取線電壓信號 相電流和線電壓之間的夾角 為線電壓滯后相電流的角度 隨功率因數(shù)角 的變化而變化 二者之間 有著對應(yīng)關(guān)系 因此 本文采用通過采樣三相中任意一相的電流以及另外兩相 的線電壓之間的相位差 的方法設(shè)計(jì)了三相系統(tǒng)的功率因數(shù)采樣檢測電路 26 如圖 3 7 所示 16 U13 PC817 U14 PC817 AR7 LM339 AR8 LM339 D13 1N4148 D14 1N4148 D15 1N4148 D16 1N4148 5 5 5 5 5 5 U8 74LS136 UA UB iC iC R22 4 7k R21 4 7k R20 4 7k R17 4 7k R16 4 7k R15 4 7k GND GND INT0 圖 3 7 功率因數(shù)測量電路 電路的輸入是 A B 相之間的線電壓以及 C 相電流 輸出是包含功 AB u C i 率因數(shù)信息的方波信號 工作過程為 由電壓互感器取得的線電壓信號 3 u 輸入到比較器 LM339 的同相輸入端 由電流互感器取得的相電流信號 AB u 首先轉(zhuǎn)化成電壓 然后輸入到 LM339 的另一個(gè)同相輸入端 再分別轉(zhuǎn)化成 C i 相應(yīng)的方波信號和 由于比較器接成零比較器而且是同相輸入 因此方波信號 和的上升沿均決定于輸入信號由負(fù)變正這一過零時(shí)刻 兩個(gè)方波信號和 1 u 經(jīng)異或門后得到一新的方波信號 將方波信號送入到單片機(jī)的外中斷 2 u 3 u 3 u INT0 引腳 把單片機(jī)的外中斷 INT0 和定時(shí)器 T0 聯(lián)合使用 就可以檢測出經(jīng) 異或門之后的方波信號的脈沖寬度 該方波信號的脈沖寬度隨功率因數(shù) 3 u 17 角 的變化而變化 二者之間有著對應(yīng)關(guān)系 測量出脈沖寬度后 就可以根據(jù) 三者之間的對應(yīng)關(guān)系換算出 功率因數(shù)角 但由于利用該方法測量功率因數(shù)的接線方式有 12 種 每種接 線方式的相位關(guān)系又不一樣 因此功率因數(shù)的計(jì)算以及超前滯后的判斷方法是 有差別的 14 針對圖 3 7 的電路中 組合的接線方式來討論的計(jì)算及 AB u C i 超前或滯后的判斷方法 具體分析如下 設(shè)三相的電壓分別為 電流分別為 假設(shè)電網(wǎng)三相平 A u B u C u A i B i C i 衡 則它們的表達(dá)式如下 3sin 210 ABBAm uuuUt 3 2 sin 120 Cm iIt 其中 表示每相電壓幅值 表示每相電流幅值 表示角頻率 相電 m U m I 流滯后相電壓角 即功率因數(shù)角 設(shè)為滯后的相角 由于滯后的相角為 而滯后的相角 AB u C i B i B u AB u C u 為 所以有 針對三種負(fù)載情況 表達(dá)式如下 90 90 當(dāng)負(fù)載為純阻性時(shí) 即 時(shí) 90 0 當(dāng)負(fù)載為感性時(shí) 即 0 90 0 90 當(dāng)負(fù)載為容性時(shí) 即 時(shí)90 180 90 0 在圖 3 7 中 線電壓和 C 相相電流的采樣信號經(jīng) LM339 進(jìn)行上升 AB u C i 18 沿過零觸發(fā)后 得到反映相位的方波信號和 和異或后得到方波信 1 u 2 u 1 u 2 u 號 假定的脈沖寬為 當(dāng)負(fù)載分別為純阻性負(fù)載 容性負(fù)載和感性負(fù)載 3 u 3 u 時(shí) 感性負(fù)載時(shí)取 容性負(fù)載時(shí)取 45 45 設(shè) T 為正弦波的周期 則 和 T 滿足下面的表達(dá)式 當(dāng)負(fù)載為純阻性時(shí) 4T 0 當(dāng)負(fù)載為感性時(shí) 4T 當(dāng)負(fù)載為容性時(shí) 4T 2T 設(shè)所對應(yīng)的角度為 顯然 還可以得到 由與之 360T 間的關(guān)系 可以得到 90 90 90 最終得到所測量的脈沖寬度與功率因數(shù)角之間的關(guān)系 針對三種負(fù)載情況 時(shí)的關(guān)系表達(dá)式如下 當(dāng)負(fù)載為純阻性時(shí) 0 當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)0 90 36090T 當(dāng)負(fù)載為容性時(shí) 90 90 360 0T 本設(shè)計(jì)中采集的信號為線電壓和相電流 因此檢測相電流線電壓的 AB u C i 時(shí)間差 即可得到時(shí)間 根據(jù)落在周期的范圍可確定功率因數(shù)的超前滯后 T 情況 然后根據(jù)公式計(jì)算出功率因數(shù)角 利用單片機(jī)的中斷和定時(shí)器定時(shí)功 能可完成對的檢測 本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)采用外中斷 INT0 和定時(shí)器 T0 的聯(lián)合使 19 用 當(dāng)方波信號由負(fù)變正時(shí) 啟動定時(shí)器 T0 T0 開始計(jì)數(shù) 當(dāng)由正變負(fù) 3 u 3 u 時(shí) T0 停止計(jì)數(shù) 由此得到與時(shí)間差成正比的計(jì)數(shù)值 N0 假設(shè)電網(wǎng)周期 T 所對應(yīng)的計(jì)數(shù)值為 N 則功率因數(shù)的超前滯后情況只需通過和00 4NN 來判斷 相電流線電壓的相位差和功率因數(shù)角可通過下 40 2NNN 式計(jì)算 0 360N N 3 4 0 360 9090 N N 從而得到電網(wǎng)的功率因數(shù) cos 3 5 I O 擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)理論上有 4 個(gè) 8 位并行 I O 口 但在本設(shè)計(jì)中需要連接鍵 盤 LCD 觸發(fā)電路 由于系統(tǒng)外擴(kuò)有存儲器或其它接口芯片 P0 口常復(fù)用 作地址 數(shù)據(jù)總線 P2 口用于提供高 8 位地址 P3 口常工作在第二功能 真正 用作 I O 口的只有 P1 大部分的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免地要進(jìn)行 I O 口的擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 I O 口擴(kuò)展主要有兩種方法 第一種是使用簡單的邏 輯門電路和帶三態(tài)控制的緩沖器組成 用于擴(kuò)展單個(gè) 8 位輸出或輸入口 另一 種方法是用專門的可編程并行接口芯片如 8155 8255 等擴(kuò)展 I O 口 而本設(shè) 計(jì)主要介紹一下使用 8255 擴(kuò)展 I O 口的方法 8255 是通用可編程并行接口芯片 為四十腳雙列直插式封裝型 片內(nèi)有 三個(gè) 8 位并列 I O 口 分別稱為 PA 口 PA0 PA7 PB 口 PB0 PB7 PC 口 PC0 PC7 其中 PC 口又分高 4 位口 PC4 PC7 和低 4 位口 PC0 PC3 通過編程可設(shè)三種工作模式 應(yīng)用管腳及作用如表 3 3 接口 電路如圖 3 8 所示 20 表 3 3 8255 管腳及作用 管腳號管腳名稱管腳作用 8 9A0 A1端口選擇信號 5RD讀信號 低電平有效 36WR寫信號 低電平有效 6CS片選信號 低電平有效 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 U3 8255 RESET 1D 3 2D 4 3D 7 4D 8 5D 13 6D 14 7D 17 8D 18 1Q 2 2Q 5 3Q 6 4Q 9 5Q 12 6Q 15 7Q 16 8Q 19 OE 20 LE 1 U11 74LS373 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 T 1 P11 T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 8052 RESET WR RD 5 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 圖 3 8 I O 口擴(kuò)展電路 3 6 晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 控制器是無功補(bǔ)償裝置的核心處理單元 但控制器將采樣信號換算后 發(fā) 出相應(yīng)的投切控制信號時(shí) 必須有高頻觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管 如何選擇適當(dāng) 的時(shí)刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通以對電容器進(jìn)行無沖擊投切動作 是 TSC 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 技術(shù) 總的原則是電源電壓與電容器預(yù)先充電電壓相等的時(shí)刻 而通常的做法 都不可避免地有各種缺點(diǎn) 因此本文采用設(shè)計(jì)獨(dú)立的 TSC 脈沖觸發(fā)裝置 利 用 ULN2003AN 其輸出達(dá)到 500mA 來驅(qū)動脈沖觸發(fā)裝置工作 從而控制晶閘 管的導(dǎo)