利用單片機(jī)技術(shù)的三相輸電線路功率因數(shù)的采集原理介紹

1、利用單片機(jī)技術(shù)的三相輸電線路功率因數(shù)的采集原理介紹胡志坤 曹立軍 吳三川山東工程學(xué)院 山東 2550121前言三相輸電線路的功率因數(shù)cos （cos二p/s）是電力傳輸?shù)闹匾?jīng)濟(jì)技術(shù)參 數(shù)，關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、損耗、輸電質(zhì)量等方面的問題。但是電力負(fù)荷本身 需要有功和無功，無功的損耗降低了線路的功率因數(shù)，因此，只有給線路補(bǔ)償無 功才能達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。最常用的方法是用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。怎樣才能恰到好處地補(bǔ)償呢?正確地求得三相輸電線路的功率因數(shù)是補(bǔ)償?shù)?關(guān)鍵問題。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，專用工業(yè)電腦芯片的不斷問世，其可靠性、功能、 體積等性能有大幅度提高，而價(jià)格有了大幅度的下降。我們

2、使用的 CPU 芯片 （AT89C2051 ， 20 只管腳 ） 與 MCS 51 系列單片機(jī)兼容，內(nèi)帶有 2K 可編程閃速存 儲(chǔ)器E眾0M, 5個(gè)中斷源等功能，價(jià)格僅十元左右。因此，采用工業(yè)計(jì)算機(jī)芯片 作為三相無功補(bǔ)償器的核心部件具有線路簡單，采樣正確、控制靈活、成本低等 優(yōu)點(diǎn)。三相輸電線路功率因數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)三相輸電線路的功因率數(shù)，實(shí)際上是任一相電壓與該相電流之間夾角的余弦值。圖1 給出了三相輸電線路的相電壓、相電流的矢量圖。圖 1 相電壓、相電流矢量圖如果考慮三相三線（如高壓無功補(bǔ)償控制器）的情況下，又如何求得輸電線路 的功率因數(shù)呢?實(shí)際上只要求得兩相線電壓與另一相的線電流之間的夾角a就可

3、 以求得功率因數(shù)cos。如圖2所示。圖 2 線電壓與另一相線電流矢量圖在圖2中，q二斗-比，因此斗比匚!w滯后 /2,而q比比滯后a，貝昨=n /2-a。這樣線路的功率因數(shù)cos 二cos（n /2-a ）=sina由上式可見,線電流q與其他兩相線電壓qv夾角a的正弦值sina即為三相 輸電線路的功率因數(shù)cos。通過PT（電壓互感器）獲得線電壓信號，由CT（電流互感器）獲得另一相線電 流的信號。兩信號的相位差的正弦值sina即為功率因數(shù)cos的值。見圖3。圖 3 線電壓與另一相線電流波形圖利用電腦芯片獲得線電壓與另一相線電流的相位差a和功率因數(shù)cos可以利用AT89C2051的兩個(gè)外中斷口的一

4、個(gè)定時(shí)口完成求相位角a的任務(wù)。 由電壓互感器和電流互感器獲得qv和1的電壓信號u uv和uiw經(jīng)兩只零比較器可獲得兩個(gè)方波信號U、U，則兩個(gè)下降沿的相位差也為a:見圖4。uv IW圖 4 (a) 圖 4 (a) 方波的形式若將兩個(gè)方波信號U和U分別加到AT89C2051的外部中斷口I和IWuv匚Z3,二3每uiw的下降沿獲得一個(gè)外部中斷信號，同時(shí)，二3每次Uuv的下降 沿獲得另一個(gè)外部中斷信號。兩中斷信號之間間隔的電角度即為a角度數(shù)。利用AT89C2051的定時(shí)中斷可以產(chǎn)生1 一個(gè)脈沖，其脈沖的頻率為f=50 X360=18kHz。則定時(shí)器的周期t=1/f=1/18ms。如果在AT89C205

5、1內(nèi)部設(shè)定一個(gè) 軟計(jì)數(shù)器，將周期為1/18ms的定時(shí)器的中斷作為計(jì)數(shù)輸入，則軟計(jì)數(shù)器每增加 1 ，說明增加 1 。將外部中斷匚二輸入的中斷信號使該軟計(jì)數(shù)器置0，再將外部中斷匚二的輸入中斷信號出現(xiàn)時(shí)去讀軟計(jì)數(shù)器的即時(shí)計(jì)數(shù)值，則其讀數(shù)就為a的值。見圖5 所示。圖5利用定時(shí)器和外部中斷獲取a外部中斷匚二I中斷CPU讀取了a值后，立即采用查表的方法求得sina，即 三相輸電線路的功率因數(shù)cos的值。硬件介紹圖6 給出了 AT89C2051 管腳定義圖利用單片機(jī)AT89C2051作為核心的三相輸電線路功率因數(shù)采集裝置的電原理見 圖 7 。圖6 AT89C2051 管腳定義圖 圖 7 三相輸電線路功率因數(shù)

6、采集電原理圖軟件介紹初始化程序清單ORG 0000HAJMP STAR；ORG 0003HAJMP INT0；ORG 0013HAJMP INT1ORG 000BHAJMP T1；初始化程序入口地址；外部中斷 0入口地址；外部中斷 1 入口地址；定時(shí)中斷 1 入口地址STAR： MOV TMOD, #25H ;送定時(shí)方式控制字(T1, 8位自裝入)MOV TL1, #0C8H； 1占用時(shí)間l/18ms，共占用定時(shí)次數(shù)為(l/18ms)/(l M s)MOV TH1，#0C8H； (機(jī)器周期)=56，則自裝入數(shù)為 256-56=200=C8HSETB IT0；外中斷0負(fù)跳變觸發(fā)方式SETB IT

7、1；外中斷1負(fù)跳變觸發(fā)方式SETB EX0 ；允許外部中斷0中斷SETB EX1 ；允許外部中斷1中斷SETB TR1 ；允許定時(shí)器1工作SETB ET1 ；允許定時(shí)器1中斷SETB PT1 ；定時(shí)器1的中斷優(yōu)先權(quán)MOV SP, #55H;設(shè)堆棧指針SETB EA ；允許所有中斷定時(shí) 1 的中斷程序?yàn)椋篢1：PUSH PSWPUSH ACCMOV A, 30H;30H 存放的十六進(jìn)制角度值A(chǔ)DD A, #1； 30H 作為軟計(jì)數(shù)器MOV 30H, APOP ACCPOP PSWRETI外中斷0的中斷程序?yàn)椋篒NT0：PUSH PSWPUSH ACCMOV 30H, #00H；給軟計(jì)數(shù)器清零PO

8、P ACCPOP PSWRETI外中斷1的中斷程序?yàn)椋篒NT1：PUSH PSWPUSH ACCM0V40H,30H；讀軟計(jì)數(shù)器的值放入40H存儲(chǔ)單元中（十六進(jìn)制的a值）POP ACCPOP PSWRETI主程序清單為：功率因數(shù)以十進(jìn)制表示，存放在50H字節(jié)存儲(chǔ)單元中，若50H的內(nèi)容為98, 說明其功率因數(shù)為0.98。而超前、滯后標(biāo)志存放在20H單元中，20H內(nèi)容為0， 說明電流滯后，20H內(nèi)容為1，說明電流超前。LOOP：CLR CMOV A，40H；判斷a是否大于90，若大于90，說明SUBB A， #90；電流超前于電壓JNC CQ； a 90。，轉(zhuǎn)走M(jìn)OV A，40HAJMP CBCQ

9、：SETB 20H； a 90，使超前、滯后標(biāo)志位置 1MOV A，40HCB：MOV， DPTR，#TABMOVC A， A+DPTRMOV 50H， ACT：；補(bǔ)償處理程序LJMP LOOP ；主程序返回TAB： DB00020305070910121416DB17192122242628293133DB34363739414244454748DB50525354565759606263DB64666768697172737475DB77787980818283848586DB87878889909191929393DB94959596969797979898DB98999999999999999999DB99999999999999999998DB98989797979696959594DB9393929