【正文】 當(dāng)信號(hào)靠近 220V交流電源線時(shí)，還會(huì)引入 50Hz 的干擾。時(shí)鐘 /RAM的讀 /寫數(shù)據(jù)以 1 字節(jié)或多達(dá) 31 字節(jié)的字符組方式通信。由于KS0107B(或 HD61203)不與 MPU 發(fā)生聯(lián)系，因此只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)。把管腳 2 21 的值 10記錄在一個(gè)字節(jié)變量的低四位的前 2 位。在 CAN 總線兩端的 CAN 接頭上接入3 電能 質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 120 歐匹配電阻，以消除阻抗不連續(xù)時(shí)的反射現(xiàn)象，在 CAN 接頭與地間接電感 L 起濾波作用。其在國(guó)內(nèi)外工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，成為最有發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。如果電網(wǎng)頻率恒定，則采樣間隔 t=T/N，而電網(wǎng)的頻率通常有一定的波動(dòng)，所以要不斷調(diào)整采樣間隔。可根據(jù)需要選擇該六位的未使用位是在高 6 位還是低 6 位。同時(shí)，運(yùn) 放 MCP604 還是一個(gè)二階低通濾波器，濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為 ，可以濾除高頻干擾信號(hào)，防止交流信號(hào)采樣時(shí)的混疊效應(yīng)。抑制頻率混疊的另一種方法是用抗混疊濾波器濾除信號(hào)中 Nyquist 曲線以上的頻率成分，使之滿足采樣定理。 M＋－U5C H B 300SRm20Ω＋ 15V－ 15VIm公共地O U TG N DV I N 1 圖 磁補(bǔ)償型電流傳感器 CHB— 300S接線方法 (2) 電壓傳 感器 CHV— 100 電壓傳感器 CHV— 100 有五只接線端子。 3 電能 質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 13 磁補(bǔ)償式的工作原理是磁場(chǎng)平衡，即主回路電流 Ip 在聚磁 環(huán)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過一個(gè)次級(jí)線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)，具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時(shí)，在導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚集，感應(yīng)霍爾器件使之有一個(gè)信號(hào)輸出，這一信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一 個(gè) 補(bǔ)償電流 Is。 3 電能 質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 M C L R /V P P1R A 0 /A N 0 / C V R E F2R A 1 /A N 13R A 2 /A N 2 / V R E F －4R A 3 /A N 3 / V R E F ＋5R A 4 /T 0 C K 16R A 5 /A N 4 / S S / L V D IN7R E 0 / R D / A N 58R E 1 / A N 6 /W R / C 1 O U T9R E 2 / A N 7 /C S / C 2 O U T10V D D11V S S12O S C 1 / C L K I N13R A 6 /O S C 2 / C L K O U T14R C 0 /T 1 O S O /T 1 C K 115R C 1 /T 1 O S I16R C 2 /C C P 117R C 3 /S C K / S C L18R D 0 /P S P 0/ C 1 I N ＋19R D 1 /P S P 1/ C 1 I N －20R D 2 /P S P 2/ C 2 I N ＋21R D 3 /P S P 3/ C 2 I N －22R C 4 /S D I / S D A23R C 5 /S D O24R C 6 /T X / C K25R C 7 /R X /D T26R D 4 /P S P 4 /E C C P 1 /P 1 A27R D 5 /P S P 5 /P 1 B28R D 6 /P S P 6 /P 1 C29R D 7 /P S P 7 /P 1 D30V S S31V D D32R B 0 /I N T 033R B 1 /I N T 134R B 2 /C A N T X / I N T 235R B 3 /C A N R X36R B 437R B 5 /P G M38R B 6 /P G C39R B 7 /P G D40U1P I C 1 8 F 4 5 811314V C CV C C273635236910 G N DG N D38394015161718 232425261920 2122333428C31 u FR13 3 0 ΩS1S W P BV C C1D2D IO D EQ1N P N 1L S 1S P E A K E RV C CR24 . 7 K Ω28D3L E D123VINVO U TG N DU2H 7 8 0 5C40 . 3 3 u FC50 . 1 u FV C C12J3C O N 2D1D IO D EY14 M H ZC12 2 p FC22 2 p F1314 圖 單片機(jī) PIC18F458控制 圖 數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集是一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送往計(jì)算機(jī)并進(jìn)一步予以分析處理、傳輸、顯示與記錄的過程。圖 所示為 PIC18F458 單片機(jī)的 控制圖 。 PIC18F458 系列概述 PICl8F458 單片機(jī) 在保持低價(jià)格的前提下含有 A/D 轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部 E2PROM 存儲(chǔ)器、比較輸出、捕捉輸入、 PWM 輸出、 12C 總線和 SPI 總線接口電路、異步串行通信 (USART)接口電路、 CAN 總線接口電路、模擬電壓比較器、可讀寫 FLASH 程序存儲(chǔ)器等許多功能。數(shù)據(jù)采集通過電壓傳感器 CHV— 100 和電流傳感器 CHB— 300S 經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部的 A/D 進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換完成。鍵盤：用于控制顯示各種界面，通過菜單功能，方便進(jìn)行顯示界面的切換。整個(gè)系統(tǒng)電路有以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器單元、最小系統(tǒng)、人機(jī)接口、串口通信模塊。 (2) 開發(fā)方便。 2）新型算法的開發(fā)。如傳統(tǒng)的測(cè)量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測(cè)量功率損耗的有功表、無(wú)功表，測(cè)量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡 度計(jì)、電壓波動(dòng)和閃變儀。 1988 年美國(guó) 博士首次提出了 Custom Power 的概念，即將電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)運(yùn)用于中 、低壓配、用電系統(tǒng)，以減小諧波畸變，消除電壓波動(dòng)、電壓閃變、電壓的不平衡和供電的短時(shí)中斷，從而提高供電可靠性和電能質(zhì)量的新型綜合技術(shù)。 3）改善 電能質(zhì)量還要對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行研究。當(dāng)三相電源電壓畸變不對(duì)稱時(shí)，對(duì)于三相四線制電路，電壓中除了含有諧波分量外，還含有正序，負(fù)序，零序分量。也就是說，同方向小于 30ms 的快速變化不計(jì)入電壓變動(dòng)。 電網(wǎng)諧波的增加，將導(dǎo)致電器設(shè)備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生 諧波諧振的可能性增加，同時(shí)可能引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)，儀器指示和電度計(jì)量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問題。 電網(wǎng)諧波含量 諧波即對(duì)周期性的變流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解得到頻率大于 1 的整數(shù)倍基波頻率的分量。電能質(zhì)量通常用電網(wǎng)的實(shí)際狀況與理想系統(tǒng)的差距來(lái)衡量。非技術(shù)含義是指用電責(zé)任和義務(wù)的履行質(zhì)量，如用戶是否按時(shí)、如數(shù)繳納電費(fèi)等。研究電流質(zhì)量有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，降低線路損耗，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的質(zhì)量問題，而后者往往并不總是用電造成的。電能質(zhì)量的具體指標(biāo)通常為國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布的涉及電能質(zhì)量五個(gè)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動(dòng)和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標(biāo)限制。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。電能質(zhì)量問題已引起各國(guó)電力工 作者的高度重視豫 電能質(zhì)量通常包括電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，電能質(zhì)量的高低，已成為影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。 power quality detector。同時(shí)，人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息型社會(huì)，高速計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、數(shù)字存儲(chǔ)器等電子設(shè)備在人們的生活、生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，這些精密設(shè)備對(duì)電能的供應(yīng)提出了更高的要求。 目前，諧波、電磁干擾、功率因數(shù)降低己并列為電力系統(tǒng)的三大公害。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對(duì)稱且相差 120 度。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。 (4) 用電質(zhì) 量。但大多數(shù)專家認(rèn)為，對(duì)現(xiàn)代電能質(zhì)量的定義應(yīng)理解為 “導(dǎo)致用戶電力設(shè)備不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差，造成用電設(shè)備故障或錯(cuò)誤動(dòng)作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題 ”，這個(gè)定義概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果，當(dāng)然這里的 “偏差 ”應(yīng)作廣義的理解，它還包括供電可靠性的問題。頻率偏差對(duì)電力系統(tǒng)極其設(shè)備的影響，取決于偏離值的大小和偏移持續(xù)時(shí)間。 為了定量表示電力系統(tǒng)正弦波形的畸變程度，采用以各次諧波含量及諧波總量大小表示的下列波形畸變指標(biāo)： (1) 諧波含有率（ HR）： h 次諧波分量的有效值（或幅值）與基波分量的有效值（或幅值）之比。電壓波動(dòng)值為電壓均方根值的兩個(gè)極值 Umax和 Umin 之差 ΔU，通常以其額定電壓 UN的百分?jǐn)?shù) 表示其相對(duì)百分值，即： %100*/ NUUV ??? ()電壓的快速變動(dòng)是指供電電壓在兩個(gè)相鄰的，持續(xù)一定時(shí)間的電壓均方根值 U1 和 U2之間的差值，稱為電壓變動(dòng)。波動(dòng)性負(fù)荷在系統(tǒng)阻抗上將引起電壓降上的波動(dòng)。 電能質(zhì)量的改善措施 電能質(zhì)量的好壞是電力工業(yè)水平的重要標(biāo)志。 (3) 無(wú)源濾波器是傳統(tǒng)的抑制諧波電流的主要手段，它通過 LC 諧振吸收電網(wǎng)中的諧波電流但只能抑制固定頻率的諧波，同時(shí)也可能造成系統(tǒng)諧振。 用戶電力技術(shù)是基于用戶對(duì)電能質(zhì)量越來(lái)越高的要求的，提供多級(jí)別的電能質(zhì)量服務(wù)將成為未來(lái)供電的趨勢(shì)。 電能質(zhì)量的分析 和監(jiān)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。 2 電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 7 2 電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用 單片機(jī) PICl8F458 作為核心微處理器，結(jié)合電流、電壓傳感器進(jìn)行對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過 CAN 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到高速實(shí)時(shí)，充分利用PICl8F458 單片機(jī)的多功能集成而簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)中的外圍電路。 系統(tǒng)組成 基于 PIC 單片機(jī)的電能質(zhì)量檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 PIC 在一個(gè)芯片內(nèi)集成了眾多的功能模塊并具備優(yōu) 秀微處理器特性和 CMOS 工藝特點(diǎn) ,因此它可以減少外部器件 ,提高產(chǎn)品可靠性和降低成本 ,另外它具有低功耗及寬工作電平 ,寬工作溫度的特點(diǎn)。它的通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá) 5KBps/10KM，通訊速率最高可達(dá) 1MBps/40M。它的代碼壓縮率高，例如 1KB 程序存儲(chǔ)器空間，對(duì)于像 51 系列單片機(jī)，大約只能存放 500 多條指令；而對(duì)于 PIC 系列單片機(jī)，則能有效利用存儲(chǔ)器的空間，存放多達(dá)1024 條指令。 特殊的單片機(jī)特性 ? 上電復(fù)位電路 (POR)、上電延時(shí)定時(shí)器 (PWRT)和振蕩器起振定時(shí)器 (OST)； 3 電能 質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 ? 帶 有片內(nèi) RC 振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器 (WDT)； ? 可編程代碼保護(hù)； ? 休眠 (SLEEP)省電方式； ? 可選擇不同的振蕩器工作方式，包括： — 4 鎖相環(huán) (主振蕩器 )； — 2 路振蕩器 (32kHz)時(shí)鐘輸入； ? 通過 2 個(gè)引腳可進(jìn)行在線串行編程 (ICSP)。芯片工作時(shí)如果 S1 按下，此時(shí)芯片的 1 腳變?yōu)榈碗娖?，芯片?fù)位，當(dāng) S1 釋放時(shí)，芯片繼續(xù)正常工作。霍爾電流電壓傳感器模塊有優(yōu)越的電 性能，是一種先進(jìn)的能隔離主電流回路與電子控制電路的電檢測(cè)元件，它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點(diǎn)，克服了互感器和分流器的不足（如：互感器只適用于 50Hz 工頻測(cè)量；分流器無(wú)法進(jìn)行隔離檢測(cè)。其中， Np為原邊匝數(shù)， Ip 為原邊電流， Is 為次級(jí)補(bǔ)償電流。 電壓傳感器 CHV— 100 的工作原理與電流傳感器相似，也是磁平 衡 方式工作。調(diào)理電路見圖 。 2) 引腳 PORTA 的 RA0～ RA7 是用作 8 位模擬通道的。 表 1 A/D 轉(zhuǎn)換模擬輸入通道分配情況 A/D 模擬輸入通道 采樣模擬信號(hào) ANO 電網(wǎng)三相電壓信號(hào) AN2 AN3 AN1 電網(wǎng)三相電流信號(hào) AN4 AN5 測(cè)頻電路 在周期性電參量的測(cè)量中，進(jìn)行同步采樣是準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)時(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。 3 電能 質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 16 A R 1O P 0 7A R 2L M 3 9 3 AR31 0 k ΩR41 0 k ΩR65 . 1 K ΩD z 1D z 2+55+55V IN 0 27R51 0 0 k Ω 圖 測(cè)頻電路接線圖 通信轉(zhuǎn)換電路 為了更好的對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存測(cè)量結(jié)果，我們?cè)O(shè)計(jì)了通信接口，以便對(duì)測(cè)量數(shù)