一种基于单片机电压采样的功率因数在线检测
[09-12 16:03:00] 来源:http://www.88dzw.com 单片机学习 阅读:8983次
文章摘要:摘要:在分析现有功率因数检测电路的基础上,提出了基于单片机电压采样的功率因数检测方法。叙述了电压采样测量功率因数的原理,设计出了以 PIC16F877单片机核心的功率因数在线检测电路。并采用两种不同的负载进行了功率因数在线检测试验,通过对试验结果分析、比较可以看出该在线检测电路具有较高的精度。1.引言功率因数是交流电路中的重要参数,是衡量电力系统是否经济运行的一个重要指标,也是供电线路在线监测系统的重要检测量,在功率因数补偿系统中需对其进行实时测量 [1]。因此设计出结构简单、检测精度高的功率因数在线检测电路十分必要。而功率因数的测量一般都要对被测电路的电压、电流进行采样,然后进行处理提取功率
一种基于单片机电压采样的功率因数在线检测,标签:单片机开发,单片机原理,单片机教程,http://www.88dzw.com摘要:在分析现有功率因数检测电路的基础上,提出了基于单片机电压采样的功率因数检测方法。叙述了电压采样测量功率因数的原理,设计出了以 PIC16F877单片机核心的功率因数在线检测电路。并采用两种不同的负载进行了功率因数在线检测试验,通过对试验结果分析、比较可以看出该在线检测电路具有较高的精度。
1.引言
功率因数是交流电路中的重要参数,是衡量电力系统是否经济运行的一个重要指标,也是供电线路在线监测系统的重要检测量,在功率因数补偿系统中需对其进行实时测量 [1]。因此设计出结构简单、检测精度高的功率因数在线检测电路十分必要。而功率因数的测量一般都要对被测电路的电压、电流进行采样,然后进行处理提取功率因数信号,通常由电压、电流取样电路、整形电路、同步周期测量、相位测量等组成,其缺点是结构较复杂,检修困难,有时会出现功率因数的测量精度不高的问题 [2]。为此,作者基于电压采样,经单片机软件进行分析、计算可得出被测电路的功率因数,通过显示电路显示出功率因数的大小,并由通信接口电路将被测功率因数进行远距离传输。这样既简化功率因数测量电路的结构,提高功率因数的测量精度,又增强了功率因数检测电路的功能。
2.原理分析
通过对电压的提取来检测功率因数的原理如图 1 (a)所示,首先采用 3个高精度的 WB系列数字式交流电压真有效值传感器分别对被测电路的电源电压 U1、附加可调电阻 RP两端电压 U2及负载电压 U3进行检测。可调电阻 RP的作用是使附加电阻尽可能小,以减小对被测负载的影响,又可得到数值适当的电压U2满足功率因数计算的要求。由电路理论 [3],可画出电压 U_1 、U_2 和U_3 的相量图如图 1(b)所示,则 COSφ即是被测负载的功率因数。
图 1 电压测量原理示意图与电压相量图
根据几何学中的余弦定理可得,
由式( 2)可知,只要将电压 U1、U2、U3经过运算后就可求出负载的功率因数 COS?。为减小测量电路的硬件开销,数据的处理与计算由单片机软件完成。
3.单片机输入输出电路设计
单片机输入输出电路主要是对传感器检测的电压信号需要进行处理,主要包括信号转换、计算、存储及功率因数的显示和数据传输。为此,我们设计出了以单片机及有关部件组成的电路如图 2所示。
电压传感器完成对电压的检测,其中 1-3端用于检测电源电压 U1、1-2端用于检测附加电阻电压 U2、2-3端用于检测负载电压 U3。
单片机选用 PIC16F877单片机,该芯片是目前集成外围设备模块最多、功能最强的单片机系列之一 [4]。该单片机芯片带有 8通道、10位分辨率的数模转换器 ADC模块,并具有 4K的 FLASH程序存储器。RA端口是一个只有 6个引脚的双向 I/O端口,它在基本输入/输出功能的基础上复合了 A/D转换器功能,通过端口方向控制器可定义端口引脚为输入或输出。RB、RC分别为具有 8个引脚的输入/输出可编程接口,每个I/O口能提供或吸收 20mA的电流,能直接驱动发光二极管和固态继电器,并有看门狗电路。具有外部电路结构简单,使用方便,性能可靠的特点。功率因数由单片机直接输出通过 4位红色高亮度数码管,对功率因数进行显示,显示精度达到0.001。
3个检测电压经输入接口 RA的 RA0、RA1、RA2管脚输入给单片机,首先经 A/D转换器将功率因数转换成数字信号并进行保存,并将经转换后的数据经 RC和 RB接口进行实时显示。另外还可经过串行接口与监控系统实现通信,及时将线路的功率因数传送给监控系统。目前常用的串行通信有两种 [5],一种为 RS-232串行通信,另一种为 RS-485串行通信。但由于 PIC16F877单片机串行输入、输出接口均为 TTL或 CMOS电平,而监控系统的 PC机通常为 RS-232规范的外部总线标准串行接口,并采用负逻辑,因而 PIC16F877单片机的串行输入、输出接口电平不匹配,需要进行转换,这里采用 MAX232芯片来实现电平转换的功能。MAX232芯片的外围电路简单,只需外接 4个 0.1μF电容即可。
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