【正文】 2021 屆 電氣與電子工程 學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 20212341 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2021 年 5 月 30 日 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) Design of Simple Power Quality Analyzer 簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 副教授 講師 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)閱人 得分 答辯小組組長(zhǎng) 得分 成績(jī)： 院長(zhǎng) 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題 目 簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 承 擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣與電子 工程學(xué)院 導(dǎo)師 姓名 導(dǎo)師 職稱 副教授 講師 一、主要內(nèi)容 采用單片機(jī) 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電能質(zhì)量檢測(cè)儀，可以實(shí)現(xiàn) 9 次諧波電氣值的測(cè)量。 二、 基本要求 1. 能得到電壓、電流有效值、功率、功率因數(shù)； 2. 諧波電路設(shè)計(jì)要合理，可以得到相應(yīng)的諧波值； 3. 硬件成果數(shù)據(jù)測(cè)試； 4. 用 Protel 完成電路圖繪制。 三、研究方法 。 2. 通過(guò)比較和計(jì)算完成各種設(shè)備的選擇； 3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，調(diào)試完成各模塊電路設(shè)計(jì)。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 1. 有關(guān) MSP430f149 單片機(jī)方面的文獻(xiàn)資料； 2. 有關(guān)濾波方面的文獻(xiàn)資料； 3. 有關(guān)電源模塊方面的文獻(xiàn)資料； 4. 有關(guān)諧波分析的資料。 五、進(jìn)度計(jì)劃 1. 第 1 周 第 3 周 收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成 開(kāi)題報(bào)告 ； 2. 第 4 周 第 7 周 進(jìn)行 方案 論證，確定 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方案： 3. 第 8 周 第 13 周 完成硬件電路設(shè)計(jì)； 4. 第 14 周 第 16 周 整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ，準(zhǔn)備答辯 。 教研室主任簽字 時(shí) 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題 報(bào)告 題 目 簡(jiǎn)易電能質(zhì)量分析儀設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 一、研究背景 隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，在現(xiàn)代人類社會(huì)生活中電力已經(jīng)成為不可缺少的重要能源之一。改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及人民生活和生產(chǎn)的正常等均有重要意義。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益。因此，正確的檢測(cè)和分析諧波是有效抑制和補(bǔ)償諧波的基礎(chǔ)，也是提高電能質(zhì)量的基礎(chǔ)。 二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外有關(guān)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究正掀起高潮，從所適用的功率 理論的擴(kuò)展 ,到電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立；從全國(guó)性的電能質(zhì)量普查、監(jiān)測(cè)到用戶終端電氣環(huán)境的定義 。各種電能質(zhì)量問(wèn)題分析方法的提出，以及用戶電力技術(shù)等電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究和裝置的開(kāi)發(fā)正深入進(jìn)行。 1996 年， IEEE 將每?jī)赡暾匍_(kāi)一次的電力諧波國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議更名為電力諧波與電能質(zhì)量學(xué)術(shù)會(huì)議，把電能質(zhì)量提高到一個(gè)新的高度來(lái)認(rèn)識(shí)。 目前，國(guó)內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究大多局限在諧波問(wèn)題的范圍內(nèi) ,也提出和開(kāi)發(fā)了一些監(jiān)測(cè)和改善電能質(zhì)量的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，包括各種有源電力濾波器、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置， 以及動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等，與國(guó)外的差距是非常明顯的。 三、課題進(jìn)行的主要工作及采用的方法 本文基于 MSP430F149 單片機(jī)，其最大采樣頻率為 25 600 Hz， RS232 串行通信波特率為 9 600 bps 結(jié)合由四雙向模擬開(kāi)關(guān) CD4066 與 RC帶通濾波電路等構(gòu)成 。 分為單片機(jī)主控制模塊，電源模塊、信號(hào)采集模塊和液晶顯示模塊。待測(cè)的模擬信號(hào)是電網(wǎng)中的交流高電壓和交流大電流，為了隔離高電壓和大電流需要進(jìn)行幅值轉(zhuǎn)換變成低電壓和小電流，然而，這里不僅僅幅值是最重要的，為了不產(chǎn)生附加的畸變，變換過(guò)程中的頻率響應(yīng)應(yīng) 具有適當(dāng)?shù)膸挕ＴO(shè)計(jì)選取了 DVDI001 臥式穿芯小型精密電壓互感器和 TA14194 臥式穿芯小型精密交流電流互感器來(lái)來(lái)滿足以上要求。而輸出數(shù)據(jù)由 1602 液晶顯示出來(lái)。 四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果 可實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻交流電低次諧波的簡(jiǎn)單電氣特性測(cè)量。并可以通過(guò) LCD1602 將檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。 指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘 要 隨著我國(guó)科技的進(jìn)步和生產(chǎn)技術(shù)自動(dòng)化水平的提高，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會(huì)中非常重要且必須的能源，因此對(duì)于電 能質(zhì)量的研究就顯得越來(lái)越重要。電能質(zhì) 量監(jiān)測(cè)作為電能質(zhì)量監(jiān)控的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理和技術(shù)監(jiān)督中起著很重要的作用，同時(shí)也是保證電力系統(tǒng)良好供電質(zhì)量的必要手段。 文章在對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種電能質(zhì)量檢測(cè)裝置。本文著重介紹了該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分。在以單片機(jī) MSP430F149 構(gòu)成的主控制模塊為基礎(chǔ)的前提下，分別設(shè)計(jì)了電源模塊、信號(hào)采集模塊、輸出顯示模塊。電源模塊通過(guò)對(duì)交流市電進(jìn)行變壓整流及穩(wěn)壓輸出為系統(tǒng)提供電源。信號(hào)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集處理。各種電氣參數(shù)則通過(guò)輸出顯示模塊 1602 顯示出來(lái)。 關(guān)鍵詞： 電能質(zhì)量 MSP430F149 選頻電路 諧波測(cè)量 Abstract With our advances in technology and production technology level of automation, power has bee very important and must be the energy of the modern human ociety, the quality of electricity has bee increasingly important. Power quality monitoring as a key link in the power quality monitoring plays an important role in power system operation and management and technical supervision, but also the necessary means to ensure good quality of power supply of the power system. Designed on the basis of analyzing the indicators of power quality and its prehensive evaluation method, a power quality detection device. This article focuses on the hardware part of the design system. Microcontroller MSP430F149 constitute the main control module based on the premise, namely, design a power supply module, the signal acquisition module, the output display module. AC mains transformer rectifier and voltage regulator output, the power supply module provides power for the system. Signal acquisition module for analog signal acquisition and processing. Various electrical parameters displayed in the output display module 1602. Key words: power quality MSP430F149 selected frequency circuit harmonic measurement 目 錄 第 1 章 緒論 ....................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 引言 ....................................................................................................................... 1 選題背景及設(shè)計(jì)意義 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................. 1 我國(guó)的研究現(xiàn)狀 ......................................................................................... 3 本文的主要工作 ................................................................................................... 4 第 2 章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 5 交流采樣原理 ....................................................................................................... 5 電能質(zhì)量參數(shù)算法 ............................................................................................... 6 快速傅里葉變換算法原理 ......................................................................... 6 基本交流電參數(shù)計(jì)算原理 ......................................................................... 9 第 3 章 裝置硬 件設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 12 單片機(jī)主控制模塊 ............................................................................................. 12 MSP430F149 單片機(jī)簡(jiǎn)介 ........................................................................ 13 MSP430F149 引腳分布及工作方式 ........................................................ 14 電源模塊 ............................................................................................................. 16 交直轉(zhuǎn)換模塊 ........................................................................................... 1