【正文】 and LCD1602 LCD display circuit. Through the test of this design fully meet the requirements of the design requirement.Keywords: Reactive power pensation。目前市面上傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置大多數(shù)是手動投切，體積大，精度低，不能合理的實(shí)現(xiàn)武功補(bǔ)償，易產(chǎn)生震蕩。并且電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償問題也逐漸吸引了廣泛的關(guān)注,特別是我國的電力行業(yè)，這是由于電力技術(shù)和各種電力電子裝置的快速發(fā)展，并且它們在電力系統(tǒng)、生產(chǎn)業(yè)、服務(wù)業(yè)及家庭中的運(yùn)用越來越普遍，因?yàn)檫@些技術(shù)和裝置讓這些過程越來越簡單。無功補(bǔ)償如果不能進(jìn)行就地補(bǔ)償,負(fù)荷要消耗的無功功率都靠其他設(shè)備遠(yuǎn)距離的供給，那么就會讓發(fā)電等一些設(shè)施不會完全有效的工作,惡化了電網(wǎng)供電質(zhì)量,在嚴(yán)重的情況下可能會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓完全的崩潰,造成了大面積停電的情況。而同步調(diào)相機(jī)的原理可以認(rèn)為是產(chǎn)生無功功率的同步電動機(jī)。 隨著電力電子器件快速的發(fā)展，無功補(bǔ)償控制器在也在某種意義上體現(xiàn)了不同的發(fā)展階段。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：功率因數(shù)檢測電路，電容自動投切電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，控制電路單元和人機(jī)交互單元的設(shè)計(jì)六個部分。本設(shè)計(jì)的詳細(xì)任務(wù)要求是：（1）了解51單片機(jī)的特點(diǎn)，使用方法以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)；（2）掌握無功補(bǔ)償裝置的工作原理；（3）設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的無功功率補(bǔ)償電路，設(shè)計(jì)出裝置的總體方案；（4）該電路能實(shí)現(xiàn)對電路的功率因數(shù)檢測，控制電容組投切功能；（5）該電路能實(shí)現(xiàn)對電路的電壓電流測量，測量數(shù)據(jù)存儲功能（6）該電路要求有友好的人機(jī)交互界面，能方便顯示當(dāng)前電路的電壓電流值，以及當(dāng)前的無功功率因數(shù)值，以及需要補(bǔ)償電容值和實(shí)際補(bǔ)償電容值。第三部分，完成整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。并完成對系統(tǒng)電路的仿真。在同一個電路里面，電容和電感中的電流矢量的方向是完全相反的，基本是一個向東一個向西。⑵可以減少設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行中需要的最大容量，并且消減制作的成本，當(dāng)功率因數(shù)從低向高增加的時候，如果要節(jié)約設(shè)計(jì)中的設(shè)備容量，只要裝設(shè)容性的器件就可以了，相反的，增加了發(fā)供電的容量。所以，考核運(yùn)行效益的其中一個重要指標(biāo)就是功率因素，那么，無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)劃和進(jìn)行在當(dāng)前情況下是一定要進(jìn)行的 系統(tǒng)方案選擇基于任務(wù)需求，無功功率補(bǔ)償裝置檢測中的各種電路有很多方案，下面將分析各方案優(yōu)缺點(diǎn)。本方案實(shí)現(xiàn)起來硬件簡單，軟件比較容易實(shí)現(xiàn)，并且軟件計(jì)算比較簡單，對于處理器的要求不高，在實(shí)際應(yīng)用中可以選用比較便宜的單片機(jī)來處理，可以很大程度上降低成本以及難度，然而精度不是很高。對于50Hz的工頻來說就是5ms。該方案電路結(jié)構(gòu)簡單，可以同時測量電網(wǎng)的電壓電流值以及功率因數(shù)。該芯片將AD轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理功能集成到單個芯片內(nèi)，能能夠完成有功電能，視在電能等菜蔬的準(zhǔn)確測量，依據(jù)有功電能和視在電能，就可以有微控制器計(jì)算出功率因數(shù)。在測量功率因數(shù)方案確定為基于單片機(jī)的中斷法測量后，確定利用測量的功率因數(shù)來進(jìn)行無功功率補(bǔ)償方案如下。在運(yùn)行中，如果我們要實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償，我們可以調(diào)節(jié)電容器的功率，方法有很多種，常見的是可以將電容器組合成幾組，分成不同的大小組，然后可以根據(jù)負(fù)荷和電路中的變化，按需求分組切除或者投入各組，那樣，通過繼電器投切電容器就可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功率的調(diào)節(jié)了。該方案下，調(diào)相機(jī)就相當(dāng)于一臺不帶載運(yùn)行的電動機(jī)。綜合以上方案的優(yōu)缺點(diǎn)，聯(lián)系本課題研究的對象，基于51單片機(jī)的無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際情況，選擇方案一為無功功率補(bǔ)償方案。 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理，系統(tǒng)是基于51單片機(jī)的無功功率補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)中，利用51單片機(jī)作為主控制器，利用電壓電流互感器將電網(wǎng)上的電壓電流變換成在以內(nèi)的小信號，經(jīng)過過零比較電路將信號轉(zhuǎn)換成與原信號正弦波同相位的方波，然后分別將這兩個方波信號輸送給51單片機(jī)兩個外部中斷，分別利用著兩個外部中斷控制51單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器1的啟動和停止，利用兩個方波的下降沿來測量兩個方波的之間的時間差，通過時間差就可以求出相位差，功率因數(shù)就是；測量出功率應(yīng)屬后通過利用單片機(jī)的內(nèi)部運(yùn)算計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)碾娙葜?，通過單片機(jī)驅(qū)動繼電器來控制并聯(lián)電容的投切。 功率因數(shù)測量電路 功率因數(shù)測量原理本設(shè)計(jì)中采用51單片機(jī)的INT0和INT1接收的信號的時間差來測量功率因數(shù)，下面介紹功率因數(shù)測量的原理。由于功率因數(shù)的大小在零到一之間，因此t會在0到5ms。在改系統(tǒng)中主要由單片機(jī)電路，顯示電路，兩個過零比較電路構(gòu)成。圖3 外部中斷的時序圖 基于單片機(jī)的無功功率因數(shù)測量電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，采用電流傳感器和電壓傳感器將單相交流信號上的電壓信號和電流信號采集出來，經(jīng)過由運(yùn)放組成的過零比較器，將電壓型號和電流信號分別變換成同頻率的方波。如圖4所示。 圖5電流號測量相位電路圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)交流信號的峰值檢測電路有很多種，它的作用是將交流信號的峰值通過檢測電路將交流信號變換成為一個直流信號，直流信號的電壓值為交流信號的峰值。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖7所示，為了充分的利用控制器I\O端口資源，本社就選用通用串行ADC0832作為本設(shè)計(jì)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖中的兩個ADC分別是測量電壓和電流的信號，具體控制信號詳見途中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。ADC0832是國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款經(jīng)典的8位單通道ADC芯片。經(jīng)過前面分析，電壓電流通過互感器得到的變比分別為k1=60,電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的變比k2=100,而通過圖6變換的來的電壓信號是峰值，這里給定的是有效值U。 使用兩片ADC0832分別來對電壓信號和電流信號進(jìn)行采樣，可以有效的避免他們之間的相互干擾，可以方便快捷的測得每時每刻電壓電流信號。 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)的簡稱，因?yàn)樗诳刂祁I(lǐng)域的靈活和便利，所以又叫微控制器。中央處理器(CPU)在整個單片機(jī)中的身份是一位“核心成員”,這個處理器的數(shù)據(jù)寬度是八位的,所以對于8位二進(jìn)制代碼來說，處理起來得心應(yīng)手，在整個單元系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理的元件就是CPU，并且讓它們工作在合適的位置,完成了運(yùn)算和I/O控制和其他的一些操作。如圖8所示是常用的一種單片機(jī)，型號為STC89C52。當(dāng)進(jìn)行程序編譯的時候，它可以當(dāng)做原碼的輸入，當(dāng)運(yùn)行的時候，它就當(dāng)做原碼的輸出，這個時候它的外部就需要拉高。 ●P3口：P3口的基本物理性質(zhì)跟P1和P2差不多。在本次設(shè)計(jì)中，我們需要用外面的時鐘驅(qū)動器件，所以，我們對XTAL2口應(yīng)采取閑置。所以，在實(shí)際中，如果用單片機(jī)代替電子電路控制的話，那樣就會智能多了；用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣化的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。很明顯，中斷源可以分為兩個大類，就是發(fā)生在硬件中的或者軟件中，而在硬件中的中斷源還可以分成發(fā)生在外部的和發(fā)生在內(nèi)部的兩種。下面我們對它們的特性進(jìn)行闡述。 顯示部分在這次設(shè)計(jì)中， 我們選擇LCD1602圖9 LCD1602液晶這個液晶顯示器是一個用在工業(yè)中顯示字符的顯示器，32個字符是它所能一起顯示出來的極限。 1602LCD的意義是指它能顯示的東西是16x2,也就是說它可以讓需要顯示的東西變?yōu)閮尚?，而在每一行中都有十六個用來顯示數(shù)據(jù)的模塊來顯示內(nèi)容。當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行的過程中，通過按下按鍵S3也可以形成一個高電平狀態(tài)，使單片機(jī)手動復(fù)位。為了方便起振，起振電容選用22pF。本設(shè)計(jì)中液晶主要用于功率因數(shù)和電壓電流信號的動態(tài)顯示。圖中單片機(jī)的P0口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口。由于LED的導(dǎo)通電流為10mA所以需在電路上加上限流電阻，因電源電壓為5V，所以在此為保證燈的亮度，選擇470Ω的電阻限流，此電路用做顯示中斷進(jìn)入成功。 在本次設(shè)計(jì)中，核心部分就是無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜魍肚须娐返脑O(shè)計(jì)，并且核心控制程序也是關(guān)于無功補(bǔ)償?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)。為了防止其他器件的干擾和電路里面可能出現(xiàn)的電流電壓的震蕩，所以我們用來投切器件用SSR50DA固態(tài)繼電器。負(fù)載電壓能達(dá)到24380VAC，完全滿足設(shè)計(jì)的要求。在電路中一共使用了八組繼電器，每個繼電器控制一個電容的投切，分別用單片機(jī)的P2口控制，電容的值呈現(xiàn)二進(jìn)制編排，選擇相應(yīng)的驅(qū)動電阻R12可以控制驅(qū)動電流的大小，設(shè)置100完全可以使繼電器工作。系統(tǒng)電源電路如圖14所示。建立起這個一個系統(tǒng)供電電源后，便可以向存儲單元，單片機(jī)以及液晶，還有ADC和運(yùn)放供電，使他們正常的工作。 C語言介紹C語言在發(fā)展初就是為了方便人們使用的，所以，在開始就讓它結(jié)構(gòu)化。例如，原來使用的匯編語言編寫的程序，由于別人編寫的程序不易被讀懂，在一段時間后再去做升級和維護(hù)就會感覺非常的不方便。本節(jié)將分別對系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)和中斷程序設(shè)計(jì)作詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。通過初始化，將系統(tǒng)的一切外設(shè)配置好。具體如圖15所示。兩個外部中斷分別工作在下降沿模式，用兩個外部中斷程序來控制定時器1的啟停，這樣根據(jù)圖3所示原理，就可以很方便的測量出系統(tǒng)的功率因數(shù)角度。定時器初值計(jì)算方法為：由于選用的16位定時法。 電容投切程序設(shè)計(jì)電容控制透氣程序是本次程序設(shè)計(jì)中的核心程序，其中包括電容的智能增減，電容投切多少的問題。在本章節(jié)，本文將通過PROTEUS建模仿真?；赑roteus強(qiáng)大的仿真功能和多編譯環(huán)境的兼容性。這樣系統(tǒng)是跟實(shí)際情況相類似的，不過在仿真中沒有現(xiàn)實(shí)中的霍爾傳感器，所以系統(tǒng)中用一個變壓器來側(cè)系統(tǒng)的電壓來換算得到系統(tǒng)的電壓電流的相位，所以串聯(lián)到系統(tǒng)中的變壓器的后級會對系統(tǒng)有一定的影響，但是由于本系統(tǒng)采用的是循環(huán)掃描8組電容的方法，挑選一組最恰當(dāng)?shù)碾娙萃肚械较到y(tǒng)中，不會影響系統(tǒng)的功率因數(shù)校正。根據(jù)硬件原理圖，我們可以在Proteus軟件中調(diào)出同樣型號的器件組成仿真系統(tǒng)。下面分別介紹系統(tǒng)的歡迎界面，在閃爍兩次后，進(jìn)入到系統(tǒng)測量顯示程序中，通過改變電感值，分別設(shè)計(jì)在歡迎界面，5mH,7mH,9mH,11mH,13mH,15mH的