利用單片機技術(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，只有給線路補償無 功才能達到提高功率因數(shù)的目的。最常用的方法是用并聯(lián)電容器進行無功補償。怎樣才能恰到好處地補償呢?正確地求得三相輸電線路的功率因數(shù)是補償?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 系列單片機兼容，內(nèi)帶有 2K 可編程閃速存 儲器E眾0M, 5個中斷源等功能，價格僅十元左右。因此，采用工業(yè)計算機芯片 作為三相無功補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。三相輸電線路功率因數(shù)的數(shù)學(xué)表達三相輸電線路的功因率數(shù)，實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的兩個外中斷口的一

4、個定時口完成求相位角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方波信號U、U，則兩個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的下降沿獲得一個外部中斷信號，同時，二3每次Uuv的下降 沿獲得另一個外部中斷信號。兩中斷信號之間間隔的電角度即為a角度數(shù)。利用AT89C2051的定時中斷可以產(chǎn)生1 一個脈沖，其脈沖的頻率為f=50 X360=18kHz。則定時器的周期t=1/f=1/18ms。如果在AT89C205

5、1內(nèi)部設(shè)定一個 軟計數(shù)器，將周期為1/18ms的定時器的中斷作為計數(shù)輸入，則軟計數(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數(shù)器置0，再將外部中斷匚二的輸入中斷信號出現(xiàn)時去讀軟計數(shù)器的即時計數(shù)值，則其讀數(shù)就為a的值。見圖5 所示。圖5利用定時器和外部中斷獲取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；定時中斷 1 入口地址STAR： MOV TMOD, #25H ;送定時方式控制字(T1, 8位自裝入)MOV TL1, #0C8H； 1占用時間l/18ms，共占用定時次數(shù)為(l/18ms)/(l M s)MOV TH1，#0C8H； (機器周期)=56，則自裝入數(shù)為 256-56=200=C8HSETB IT0；外中斷0負跳變觸發(fā)方式SETB IT

7、1；外中斷1負跳變觸發(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 ；允許定時器1工作SETB ET1 ；允許定時器1中斷SETB PT1 ；定時器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 1 的中斷程序為：T1：PUSH PSWPUSH ACCMOV A, 30H;30H 存放的十六進制角度值A(chǔ)DD A, #1； 30H 作為軟計數(shù)器MOV 30H, APOP ACCPOP PSWRETI外中斷0的中斷程序為：INT0：PUSH PSWPUSH ACCMOV 30H, #00H；給軟計數(shù)器清零PO

8、P ACCPOP PSWRETI外中斷1的中斷程序為：INT1：PUSH PSWPUSH ACCM0V40H,30H；讀軟計數(shù)器的值放入40H存儲單元中（十六進制的a值）POP ACCPOP PSWRETI主程序清單為：功率因數(shù)以十進制表示，存放在50H字節(jié)存儲單元中，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MOV 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：；補償處理程序LJMP LOOP ；主程序返回TAB： DB00020305070910121416DB17192122242628293133DB34363739414244454748DB50525354565759606263DB64666768697172737475DB77787980818283848586DB87878889909191929393DB94959596969797979898DB98999999999999999999DB99999999999999999998DB98989797979696959594DB9393929