【正文】 ） 該電路能實現(xiàn)無功功率因數(shù)檢測，電容組自動投切功能； 3） 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)償電容值和實際補(bǔ)償電容值。 ⑶還可以降低線路損耗，由公式 %100)c o s/c o s1( 21 ???? ??P 得出前后的功率因數(shù)， 1cos? 為補(bǔ)償前的系統(tǒng)的原有功率因數(shù)，而 2cos? 為補(bǔ)償后的系統(tǒng)功率。 方案二：利用 AD0809 測量方案。但是由于在電路中擁有大量的計算，包括平方運(yùn)算，開方運(yùn)算以及復(fù)數(shù)運(yùn)算，對于單片機(jī)的要求比較高，并且擁有大量的要數(shù)據(jù)存儲，明顯提升了電路成本以及軟件開發(fā)難度。 方案一：并聯(lián)電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償方案。在過勵磁運(yùn)行時，它想讓系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源作用，能夠提供系統(tǒng)電壓；在欠勵運(yùn)行時，它想讓系統(tǒng)提供感性無功功率而用來起到無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。 第 12 頁 共 65 頁 另外在系統(tǒng)中，還對系統(tǒng)的電壓電流進(jìn)行了測量，利用幅值檢測電路將正弦波信號幅值檢測出來，通過利用 AD0832 分別測量電網(wǎng)電壓以及電流值，并且計算出當(dāng)前電網(wǎng)的有功功率和武功功率。當(dāng) 1T 大于 5ms，假設(shè)時間差為 t? ，則處理方法為： 1Tt?? ? ?msTms 50 1 ?? 110 Tmst ??? ? ?msTms 105 1 ?? ms101Tt?? ? ?msTms 1510 1 ?? 120 Tmst ??? ? ?msTms 2021 1 ?? 可以根據(jù)計數(shù)值 T確定負(fù)載特性。 第 15 頁 共 65 頁 過零比較器的工作原理是當(dāng)信號在 0 之上的時候，高電平就是它的輸出，而當(dāng)信號的值在 0之下的時候，低電平就是它的輸出了，這 樣輸入的信號就可以轉(zhuǎn)換成原來頻率的方波信號。詳細(xì)的電路設(shè)計如圖 6所示： D10C11GND100MR28U1 CH0D11C12GND100MR29I1 CH1 圖 6 峰值檢測電路 在圖 6所示電路中所示，此電路原理是通過二極管的單向?qū)ㄌ匦?，用交流信號不斷的給后級電容充電，當(dāng)交流信號的電壓大于電容的電壓時，二極管導(dǎo)通，給電容充電，電容的電壓不斷升高 ，當(dāng)交流信號的電壓小于電容電壓的時候，二極管的截止，電容電壓保持在前一刻值，最終使電容電壓保持在交流信號的峰值。該芯片采用電壓逐次比較的方式將模擬信 號量化為數(shù)字信號。 單片機(jī)控制單元設(shè)計 本設(shè) 計中的控制系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，和液晶顯示電路兩部分。 在本次設(shè)計中我們選的是 STC89C52 單片機(jī)，它是一種微處理器，既可以編程又可以去除的高性能存儲器。 ● P1 口：是一個八位的雙向輸入 /輸出口，并且可以提供上拉電阻。 如果有需要的信號要輸送到里面，那么時鐘信號就必須要流過一個二分頻觸發(fā)器，所以，對于外面信號的脈沖寬度我們可以不做要求，但是我們一定要確定這個信號的電平的寬度。 在本設(shè)計中我們就可以運(yùn)用到外部中斷，因為外部中斷是外部設(shè)備發(fā)出的，比如：Timer 發(fā)出的中斷信號等。 字符型液晶又是 LCD1602 的另一個稱呼，如圖 8 所示。 電路中為 了計時方便計算，本設(shè)計的晶振選用 12MHz 無源外部晶振。由于液晶顯示以及程序設(shè)計靈活，可以省去數(shù)碼管顯示的繁瑣操作。 控制電路液晶電路12346578RST(VPD)9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20VCC403938373635343332EA/VDD31ALE/PROG30PSEN292827262524232221U1STC89C52GND1VCC2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1VCCVCC10KR2Res TapVCCVCC12Y112MC222pC322pR1010kC110uFVCCS3SWPBP00P02P03P04P05P06P07P01123456781615141312111091KR3Res Pack3VCCP00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P10P11P12P13P14P15P16P17P30P31P32P33P34P35P36P37D1LED1GND470R21P15 圖 10 控制器最小系統(tǒng) 第 23 頁 共 65 頁 存儲電路設(shè)計 本次電路中使用 64位非遺失性鐵電隨機(jī)存儲器，它是一種串行非 易失性記憶體，它的邏輯結(jié)構(gòu)為 8192*8 位，接口為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線接口，與串行 EEPROM 的功能操作相似，不同之處在于鐵電存儲器比 EEPROM 寫的速度快的多，無延時 ,如圖 11 所示。而 SSR50DA 固態(tài)繼電器為雙向可控硅輸出，零電壓開啟，零電流關(guān)斷；輸入回路與輸出回路之間有光電隔離很好的保證了抗干擾性。 第 25 頁 共 65 頁 K1RelaySPSTR121000GND5V25pFC5CapHHQ1PNP 圖 13 無功補(bǔ)償電容投切電路及其控制電路電路圖 如圖 13 所示：無功補(bǔ)償電容投切電路由繼電器，三極管以及電容構(gòu)成，其工作原理如下，通過單片機(jī)的 口來控制 PNP 三極管的導(dǎo)通與截止，由三極管來驅(qū)動繼電器的通斷，從而控制電容是否投切到網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為 HH 的線路中，當(dāng)單片機(jī) 輸入高電平時，三極管 截止，繼電器斷開，電容不投切，當(dāng)單片機(jī) 輸入低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，電容投切到電路中。 在本設(shè)計中，設(shè)計的目標(biāo)是對于 220V 交流電的無功補(bǔ)償設(shè)計，由于系統(tǒng)要計算電容的補(bǔ)償量，需要對系統(tǒng)的各種阻抗分析，所以這個輔助電源最好不能接到電網(wǎng)中，接到電網(wǎng)中將給電網(wǎng)帶來很大的不確定因素，導(dǎo)致不能定量的分析，但是當(dāng)系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計完成后，可以將這個輔助電源上掛到系統(tǒng)中。但在使用和維護(hù) C 語言編寫的程序時，就不會遇到這樣的困擾，這時候 C語言的優(yōu)勢就大大的體現(xiàn)出來了。將定時器的定時值配置好 ，初始化完成后，開啟中斷。 中斷程序流程圖如圖 16所示。 在計算投切的過程中需要理論依據(jù)， 1? 為補(bǔ)償前的功率因數(shù)， 2? 是補(bǔ)償后的功率因素， P是系統(tǒng)的功率，則計算 需要補(bǔ)償?shù)碾娙菘梢杂檬?1和式 2 計算得到公式 3. )2ta n1ta n( ?? ?? PQ （ 1） CUQ ?2? （ 2） ? ??2 )2ta n1ta n( UPC ?? （ 3） 通過用公式 3就可以通過測量出需要補(bǔ)償?shù)碾娙葜?，在實際的計算中將電容的值分別設(shè)計為 25uF, 50uF, 100uF, 200uF, 400uF, 800uF, 1600F, 3200uF 八組電容值，計算出電容 C后，用得到的電容 C除以 25uF 就可得到一個數(shù)值 N,將這個 N直接賦給控制端 P2便可以得到相應(yīng)的電容值。本文選用 Proteus 作為本系統(tǒng)的建模仿真環(huán)境。 Proteus 仿真建模原理圖詳見附錄。 g an employment tribunal clai Employment tribunals sort out disagreements between employers and employees. You may need to make a claim to an employment tribunal if: ? you don39?；?51 單片機(jī)的無功補(bǔ)償設(shè)計的 Proteus 建模圖如圖 18所示。而且，proteus 也在不斷的進(jìn)步 中，它在 2021 年的時候，又在軟件里面添加了一些功能，比如數(shù)字信號處理， Cortex 等系列的處理器。 在實際的測量電力系統(tǒng)的功 率因數(shù)的時候，這也是一種最為簡單最為方便的方法，特別是對于在系統(tǒng)中對于控制器成本要求比較高的環(huán)境中，這也可以很大程度上節(jié)約成本。該中斷程序包括兩個外部中斷，以及定時器 1工作在定時模式，用于計量功率因數(shù)角度。系統(tǒng)開機(jī)后首先進(jìn)行初始化 ,包括定時器 ,中斷 ,ADC，存儲器以及液晶顯示器的初始化。另外， C 語言還有效率高的，可移植性強(qiáng)等特點。 12P2電源Vin VoutGNDVR1Volt RegC11470uFC1210uFC13GNDVCCAC2V+1AC4V3D5Bridge2T1Trans CuplS6SWDPSTC14 第 26 頁 共 65 頁 圖 14 系統(tǒng)電源電路 如圖 14 所示，電路圖的原理如下， 220V 交流電經(jīng)過線性變壓器 T1 變壓后轉(zhuǎn)換成一個峰值比較小的交流信號，通過整流橋后，交流小信號變換成一個脈動的直流信號，經(jīng)過后級的電容 C14 和 C11 的濾波，信號變換成一個脈動很小的直流信號，通過 5V 的穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路后，輸出 5V 的直流電壓，后級接兩個電容用于穩(wěn)壓以及減少輸出電壓的的脈動。 圖 12 SSR 固態(tài)繼電器及驅(qū)動電路圖 電容投切電路設(shè)計 在本次設(shè)計中，使用的是 PNP 型的三極 管來驅(qū)動繼電器。通過計算功率因數(shù)，把計 第 24 頁 共 65 頁 算出來的數(shù)字和我們原來設(shè)定好的數(shù)字比較下，根據(jù)比較的結(jié)果，送到單片機(jī)里面，讓單片機(jī)自己運(yùn)行需要幾組電容器。以保證單片機(jī)輸出 1時，液晶數(shù)據(jù)口接收到的信號為高電平。 LCD 液晶接口電路如圖 10右所示。又 C1,S3， R10 組成復(fù)位電路，由數(shù)據(jù) 第 22 頁 共 65 頁 手冊知 51 單片機(jī)為高電平復(fù)位，單片機(jī)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(jī)上電復(fù)位，當(dāng)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(jī)開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，復(fù)位完成。所以由上面可以知道，在我們進(jìn)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(jìn)行初始化，這樣我們才 能確定 Timer的運(yùn)行狀態(tài)和 T1和 T0的動作。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。在實際中，經(jīng)過設(shè)計，我們就可以把這個放大器作為內(nèi)置的振蕩器。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。 （ 1） STC89C52 介紹： STC89C52 是 51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，在它的內(nèi)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。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(shè)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(guān)系，可以在程序編寫中通過化簡后得到相應(yīng)的計算，從而簡化單片機(jī)運(yùn)行的時間。經(jīng)過 ADC 的采樣便可以