【正文】 型簡單的技術方案以實現(xiàn)基于 51 單片機無功功率補償裝置，以 51 單片機為主控芯片，控制繼電器組控制補償電容的大小，然后通過功率因數(shù)檢測電路，電壓電流檢測模數(shù)轉換電路，液晶顯示電路，鍵盤控制電路，數(shù)據(jù)儲存電路構成的補償裝置，實現(xiàn)電網(wǎng)的功率因數(shù)補償，這種補償具有簡單，靈活，不容易引起電網(wǎng)的震蕩。所以同步調相機是個不錯的工具，但是同步調相機屬于旋轉類的設備 ,它的噪音和損耗在運行中都是比較大 第 6 頁 共 65 頁 的 ,并且運行和維護復雜 ,而且反應慢 ,很難滿足要求的快速動態(tài)補償。并且不止大多數(shù)的元件需要消耗無功功率，大多數(shù)的負載同樣也需要消耗無功功率，因此，最大的不合理的地方就是這么多的無功功率如果都讓發(fā)電設備供給并讓它長距離的輸送，而且通常這種情況也不大可能。而且消耗無功功率的增加將會使電流和當前的設備及線路損耗也一起增加 ,從而會失去大量的有功能量。在本章中還詳細介紹了本課題的任務要求以及論文結構的安排。 附錄 3：程序代碼清單 .................................... 錯誤 !未定義書簽。 文參考獻 .................................................... 錯誤 !未定義書簽。 關鍵字 ：無功補償 ST89C52 單片機 功率因素 自動控制 第 2 頁 共 65 頁 Abstract As we all know,In the industrial production process,Classification and statistical work of different goods and modities in the pipeline is a daunting in the process of packing shipment of the era of manual will cost a lot of manpower. A fully automatic reactive power pensation devices. This device is in the previous inspection manual or electromagic reactive power pensation devices based on selfdesigned by the author, mainly using AT89C51 singlechip microprocessor as the realization of automatic to the power grid voltage and current sampling, puting, to gain COS ∮ and active. The device can be realized from the power factor COS ∮ = pensation to the COS ∮ = , power factor and can ensure that changes in the automatic switching to realtime shows that the current power factor, current and active, and can achieve the manual and automatic control. The system hardware circuit structure is simple, including laser sensor module, shaping circuit module, control unit module, humanputer interaction module, and digital camera interface circuit module. The control unit uses STC89C52 as the core controller. Humanputer interaction module includes a separate keyboard and LCD1602 LCD display circuit. Through the test of this design fully meet the requirements of the design requirement. Keywords: Reactive power pensation。 針對這種情況，本課題設計了一種全自動無功補償裝置。 第 1 頁 共 65 頁 摘 要 眾所周知的，在現(xiàn)在的電力網(wǎng)中，因為現(xiàn)在的低壓電網(wǎng)里面的大多數(shù)電力設施都是感性的負載，由于它的特性，所以普遍存在著功率因素較低，在電網(wǎng)中消耗的線路損耗較大，造成電力能量比較差，所以，在實際中，無功補償很完美的運用在各行各業(yè)。主要采用 ST89C52 單片機進行自動控制。 Power Factor。 附錄 ........................................................ 錯誤 !未定義書簽。 第 5 頁 共 65 頁 1. 引言 本章介紹了本研究課題的背景及意義，闡述了其發(fā)展狀況。 選題背景 隨著持續(xù)增長的中國國民經(jīng)濟 GDP(中國人民生產總值 ),在這個過程中，我國的電力工業(yè)取得了很大的進步，這個進步在平常的生活中是顯而易注的。接下來就使功率因數(shù)降低 ,系統(tǒng)的電壓下降。 很多人都知道以前的無功功率補償裝置為并聯(lián)電容 器和同步調相機。但并聯(lián)電容器就簡單多了，它的經(jīng)濟性、靈活性、方便性都是不錯的 ,唯一的有點不好的地方是它的阻抗是一定的 ,不能夠按 照負載無功功率需求變化 ,也就是說無法實現(xiàn)動態(tài)無功功率補償。 本設計的要求 本次設計所需要做的工作是：在無功功率補償裝置要求和電網(wǎng)（ 220,100A）情況下， 設計了基于 51 單片機的無功功率補償裝置。最后，通過系統(tǒng)仿真測試系統(tǒng)的使用性。 第二部分，分析基于單片機無功功率補償?shù)脑恚λ每刂破餍酒M行介紹。 最后，對文章進行了總結與展望 第 8 頁 共 65 頁 2 系統(tǒng)方案總體設計 系統(tǒng)需求分析 根據(jù)任務書要求：本文要設計出一套基于單片機的無功功率補償裝置。 無功功率裝置原理 電網(wǎng)的輸出功率由兩部分組成；一個是有功功率 ,一 個是無功功率。 無功補償?shù)囊饬x ⑴補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。還有供電行業(yè)的運行效益主要是被線路損耗的大小所影響著。 該方案實用性和可靠性強，能夠簡單的實現(xiàn)功率因數(shù)測量，同時便于安裝。具體方法是用電氣角度2/? 為采樣間隔的樣本去采集一個周期循環(huán)內的兩個數(shù)據(jù)，所以它所要求的數(shù)據(jù)窗寬度是四分之一個周期。按照這個方法來計算電壓電流的有效值和電路的有效值 U 和阻抗 XRZ j?? ，則 ZR/cos ?? 。利用多功能計量芯片 ADE7763 來實現(xiàn)功率因數(shù)的測量。 綜合以上方案對比分析，本設計功率因數(shù)測量選用方案一。 靜止電容器的的結構還是比較簡單的，因為它就是由幾個部件組成的，而裝機的體積可以大點也可以根據(jù)情況搞小一點，而且又可以一起使用或者分開裝來實現(xiàn)就地補償無功功率。 方案二：同步調相機無功補償方案。該方案因為在運行中的實際需要還有 穩(wěn)定性的要求，過勵磁的最大容量的一半左右才是欠勵磁的最大容量。整個系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路包括功率因數(shù)測量電路，信號調理電路， AD 數(shù)模轉換模塊，電容投切電路，液晶顯示器 （ lcd1602 字符型液晶），數(shù)據(jù)存儲電路 6大部分。 第 13 頁 共 65 頁 3 系統(tǒng)硬件電路設計 如圖 1所示中，本設計硬件電路設計包括 6大部分電路。其計算公式為： 周期 fT 1? （ 1） 相位差 ?? 2??Tt （ 2） 功率因 數(shù) ?cos? （ 3） 交流電頻率為 50Hz，則周期為 20ms。 基于單片機的測量原理分析 本設計中利用測量方法如圖 2所示。 在本設計中外部中斷都采用下降沿來開啟中斷，進入中斷后一個外部中斷用來開啟定時器，另一個用來管段定時器，計算出這個時間差就完成了功率因數(shù)的測量。然后經(jīng)過過零比較器器把交流電壓信號變換同相位，同頻率的方波信號，并且把這個方波信號提供單片機的外部中端口 0使用。如圖 5所示。而這一個電路中由于二極管的壓降為 ，所以利用這個原理使電容兩側電壓始終保 持為交流信號的峰值減去二極管的壓降。經(jīng)過 ADC 的采樣便可以求得電壓電流信號的峰值。 如圖 7 所示， ADC0832 中使用的電壓參考源和電源共用一只腳 VCC，在本設計中，使用兩個 ADC0832 分別對電壓電流進行采樣，采樣得到的值是 0255 的數(shù)值。則由以下公式可以求得電壓和電流的值分別為： 3/*)*256n(1kU u ?? （ 4） 3/*)*256n(2kI I ?? （ 5） 第 18 頁 共 65 頁 上面公式的簡述：由 ADC0832 的硬件設施，我們可以知道它的量程為 256，而工作電壓是 5V，所以可以根據(jù) 5/256/ Un ? 算出 U，這個 U 就是峰值檢測電路的輸出電壓 ，這個電壓加上二極管的壓降 ，則為電壓電流傳感器輸出電壓： U1=U+，則 U1 乘以變比就為測量信號的峰值，除以 3 就為所測信號的有效值 通過式（ 4）（ 5）中的關系，可以在程序編寫中通過化簡后得到相應的計算，從而簡化單片機運行的時間。顯示電路采用的是成本低廉的 LCD1602 來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)碼管顯示。 （ 1） STC89C52 介紹： STC89C52 是 51 系列單片機的典型產品，在它的內部含有 CentralProcessingUnit 、RAM、 ROM、 Timer/counter、并行 /串行接口和中斷系統(tǒng)的幾個組成部件還有控制 control、數(shù)據(jù) imformation、地址 add 等 3大總線。所以在本次設計中， 我們選的 第 19 頁 共 65 頁 STC89C52 是一個不錯的選擇，并且這是一種很方便，有很經(jīng)濟的方案。如果在 P1 口輸入高電平的時候，那么我們可以確定為高電阻輸入。但是當它作為外面存儲器 的時候，在輸出地址 1，它就可以用里面的上拉電阻，當作為外面存儲器進行工作的時候，它就會輸出其存儲的內容。在實際中，經(jīng)過設計，我們就可以把這個放大器作為內置的振蕩器。 根據(jù)上面的介紹，我們知道，單片機有很多的好處比如體積不大，消耗的能量小，很容易和其他的設備組合起來，所以如果能跟各種傳輸設備連接，可以對各種需要進行測量的進行測量，比如電壓，功率等等。而 中斷源 就是我們對于引起中斷或者發(fā)出中斷的這一類來源的稱呼。 定時器 在單片機的定時器里面有兩個十六位的 Timer/counter，在它們里面有些特殊的寄存器，用來存儲數(shù)據(jù)，它們都是可以被編程的，所以，我們可以通過編程用來控制這些寄存器，這樣就可以讓單片機工作在我們想要的狀態(tài)。所以由上面可以知道，在我們進行程序仿真的時候，為了防止上一次的仿真對本次的仿真造成影響，在一開始時我們就要對 Timer 里面所有的寄存器進行初始化，這樣我們才 能確定 Timer的運行狀態(tài)和 T1和 T0的動作。很多個 5x1 之類的 點陣 位構成了 1602，而每一個要顯示的東西都能被這些點陣位顯示出來，而且這些位里面無論是橫著的位還是豎之間的位都有一定的距離，這樣就有了了字符之間的行間距的用處，但是也正因為是這樣的，所以顯示出來的圖形的效果就不是很好了（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。又 C1,S3， R10 組成復位電路，由數(shù)據(jù) 第 22 頁 共 65 頁 手冊知 51 單片機為高電平復位，單片機上電時，電容 C1 和 R10 組成的 RC 電路中電容緩慢充電，使 RST 端保持一個幾個微秒的高電平，使單片機上電復位，當電容 C1 充滿電后RST 腳電平通過下拉電阻將電平拉低為零，單片機開始進入運行狀態(tài)，復位完成。形成晶體諧振電路為單片機提供一個 12MHz 的穩(wěn)定的時鐘源。 LCD 液晶接口電路如圖 10右所示。加上現(xiàn)在液晶成本低廉，在本設計中是一個很好的選 擇。以保證單片機輸出 1時，液晶數(shù)據(jù)口接收到的信號為高電平。在本次電路中，將單片機的 P36 和 P37 分別用來讀寫 FM24C64，可以充分利用單片機資源，先使用 I2C 協(xié)議將此款存儲器的讀寫函數(shù)寫出 來，當有數(shù)據(jù)需要存儲