【正文】 反映的瞬時(shí)功率之和 )(21 CABCCAA iiuiuiuPPP ?????? （ 23） 根據(jù)基爾霍夫第一定律，三相三線電路中電流的瞬時(shí)值之和為零，即 0??? CBA iii （ 24） 有 BCA iii ??? （ 25） 將式 （ 25） 代 入 式（ 23） 可得 ： CCBBAA iuiuiuPPP ????? 21 （ 26） 式 （ 26） 為三相電路的有功功率瞬時(shí)值的表達(dá)式，因此可以說，當(dāng)按圖 中任何一種接線方式 測量三相三線電路的有功功率時(shí) ，功率表都能正確地反映三相電路的有功功率 【 5】 ?，F(xiàn)在重要部門、重要設(shè)施所使用的 級以上的 功率因數(shù) 表一直使用國外的成熟產(chǎn)品 【 4】 。 由于內(nèi)有微處理芯片，因此測量精度較高，使用壽命長，又具備事件記錄功能，可以記錄出現(xiàn)異常越限或者故障事件時(shí)的回路狀態(tài)，便于用戶分析事故原因。 因此 電力電測數(shù)字儀表 的 問世， 也就 標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命， 同時(shí) 也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技 2 術(shù) 的先河 【 3】 。 因此，設(shè)計(jì)一種多功能、實(shí)時(shí)性高、精度高和成本低的 數(shù)字式功率因數(shù) 表是電工儀表行業(yè)研究員一直追求的目標(biāo) 。 直 到了 20 世紀(jì) 60 年代， 由于 電子技術(shù)得到了長足的發(fā)展，人們將電子線路與熱量針式儀表（能常用的是磁電式儀表）相結(jié)合，于是就產(chǎn)生了電子式儀表。 phase shift method of electronic measurement of reactive power, reactive power and through the active power of the strike, and then calculate the power factor. KEY WORDS: Power factor, two table method, MSP430, electrical measuring instruments 目錄 第一章 前 言 ............................................................... 1 設(shè)計(jì)背景及意義 ..................................................... 1 概述 .......................................................... 1 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r .............................................. 1 III 設(shè)計(jì)目的及意義 ..................................................... 2 第二章 功率測量的理論基礎(chǔ) .................................................. 3 三相有功功率的測量原理 ............................................. 3 三相無功功率的測量原理 ............................................. 4 視在功率的計(jì)算原理 ................................................. 5 功率因數(shù)的計(jì)算原理 ................................................. 5 線電壓、線電流的測量原理 ........................................... 5 頻率的測量原理 ..................................................... 6 第三章 電路的總體方案 ...................................................... 7 方案比較 ............................................................ 7 電路總體框圖 ....................................................... 10 第四章 系統(tǒng)硬件電路 ....................................................... 12 交流采樣的原理 .................................................... 12 電壓、電流調(diào)理電路 ................................................ 14 電壓調(diào)理電路 ................................................. 14 電流調(diào)理電路 ................................................. 15 電壓、電流變送電路 ........................................... 17 電源電路的設(shè)計(jì) .................................................... 20 電源模塊的基本原理 ........................................... 20 電源模塊中的主要芯片 ......................................... 21 通信模塊 ..................................................... 26 顯示電路的設(shè)計(jì) .................................................... 27 選擇 MSP430F149 單片機(jī) ........................................ 27 A/D 采樣模塊 ................................................. 31 按鍵 模塊 ..................................................... 32 顯示模塊 ..................................................... 34 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 36 功率因數(shù)表軟件主模塊 ............................................... 36 FLASH 讀、寫模塊 ................................................... 40 顯示模塊 .......................................................... 41 數(shù)據(jù)分離 ..................................................... 41 74HC595 送數(shù)子程序 ........................................... 42 顯示主程序流程圖 ............................................. 42 按鍵模塊 ........................................................... 43 按鍵查詢流程圖 ............................................... 43 按鍵系統(tǒng)菜單 ................................................. 44 按鍵密碼界面 ................................................. 45 第 六章 總結(jié) ............................................................... 46 參考文獻(xiàn) .................................................................. 47 致謝 ...................................................................... 48 附錄 ...................................................................... 49 IV 1 第一章 前 言 設(shè)計(jì)背景及意義 概述 在世界 能源日益減少的大形勢下，能源的節(jié)約和利用率成為眾多國家和民眾討論的話題，而要提高能源的利用率， 就要測量 其利用率 。 其中功率因數(shù)求取算法 采用 了 90176。 其主要算法為三相電路二功率表法 ，可用于三相對稱或不對稱電路中。 其中功率因數(shù) 表硬件 電路 包括信號調(diào)理 電路、 電源 電路、顯示電路 三大模塊 。電子移相法計(jì)量 無功，通過對無功功率和有功功率的求取，進(jìn)而算出功率因數(shù) ?cos 。由于 功率因數(shù) ?cos ，是有功功率和視在功率的比值，即 SP??cos ,在一定的額定電壓和額定電流下，功率因數(shù)越高，有功所占的比重越大， 電能的利用率越高； 反之越低 。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，電子工業(yè)和電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)字儀表 也就 應(yīng)運(yùn)而生。 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 20世紀(jì)中葉，微電子和信息產(chǎn)業(yè)等新技術(shù)的發(fā)展，有力的支持了功率因數(shù)表 的革新，高精度電子式標(biāo)準(zhǔn)表的出現(xiàn)滿足了校驗(yàn)技術(shù)的要求。 近年來， 隨著國外大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 的推出 ， 新型電力 電測數(shù)字儀表，如雨后春筍般涌現(xiàn)。 它的 主要意義在比機(jī)械式功率因數(shù)表安裝方便，精確度高，還可 以實(shí)現(xiàn)有功、無功電能的測量和 多相回路測量 。 因此，研制 級以上的高精度、數(shù)顯功率因數(shù)表對于我國電工儀表行業(yè)具有重要的意義。 在上述證明過程中，并沒有三相電源和三相負(fù)載對稱的條件，因此這種測量三相總有功功率的兩表法 ，不管三相電路 是否對稱，都是適合的。 三相 無功 功率的測量 原理 在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會碰到無功功率的測量問題，眾所周知，在三相電路中三相無功功率等于各相無功功率之和。 視在功率的計(jì)算原理 在本設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算出有功功率和無功功率， 再 由 三者之間的 關(guān)系可以算出 總 視在功率。功率因數(shù) 越低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率越大，從而 設(shè)備的利用率 越低 ，增加了線路供電損 耗 。隨著微電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，全電子式 功率因數(shù) 表應(yīng)運(yùn)而生。相位差的計(jì)算原理是利用輸入兩路信號過零點(diǎn)時(shí)的時(shí)間差，以及信號的頻率來計(jì)算 2 路信號的相位差。通信采用的 是 RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，由于該標(biāo)準(zhǔn)有很好的抗共模干擾的能力和高速的傳輸速度以及很遠(yuǎn)的傳輸距離。 圖 框圖 方案三： 軟件 計(jì)算 法 對于采用 A/D 采樣數(shù)值計(jì)算方法計(jì)量有功的電子式 功率因數(shù) 表，還可以 通過 計(jì)算 求出 無功 功率 。2? 相應(yīng) 5ms，共采樣 20 次。方案二雖然設(shè)計(jì)和軟件處理都比較簡單，但是設(shè)計(jì)成本較高。 單片機(jī)同時(shí)控制顯示模塊，以友好的方式顯示操作人員要讀取的信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換 。 12 第四章 系統(tǒng)硬件電路 按照硬件的功能，本硬件設(shè)計(jì)包括三大模塊。 交流采樣的原理 交流 采樣法是按照一定的規(guī)律對被測信號的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再用一定的數(shù)值算法求得被測量，它與直流采樣的差別是用軟件功能代替硬件功能。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，如今的微型機(jī)、單片機(jī)處理速度大大提高，同時(shí)也出現(xiàn)了種類繁多而且 性價(jià) 比 也 比較好的 高速 DA 轉(zhuǎn)換器，為交流采樣法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 N 選取越大，越接近理想波形，但實(shí)時(shí)性差，計(jì)算量大。同步采樣法的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一是硬件同步采樣法；二是軟件同步采樣法。在對 某 些 用電系統(tǒng)中包含有多次 諧波分量的電壓和電流周期信號進(jìn)行測試分析時(shí)，這是造成誤差的主要來源。 2. 軟件同步采樣 軟件同步采樣法的一般實(shí)現(xiàn)方法是：首先測出被測量信號的周期 T ，用該周期除以一周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) N ， NTTs ? 得到采樣間隔，并確定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值， 用定時(shí)中斷方式實(shí)現(xiàn)同步采樣?？梢圆捎貌蓸舆^程中修改定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，動態(tài)確定采樣周期，來減少周期誤差，提高準(zhǔn)確度。 電壓互感器的原理如下圖所示： 圖 電壓互感器原理圖 其二次側(cè)的電壓與一次側(cè)的電壓的關(guān)系如下式： 112