【正文】 ?12NkbBiI三相有功功率： ??13NkbkaciuP視在功率： BACIUS3無功功率： 2PQ??功率因數(shù)： S?cos（）（）（）（）（）（）（）（）4．2 投切原則本次設(shè)計(jì)的裝置主要的投切標(biāo)準(zhǔn)是功率因數(shù)和測(cè)量電壓，本裝置采用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)為 。(1) 瞬時(shí)功率因數(shù)瞬時(shí)功率因數(shù)是指某一刻的功率因數(shù)，可由功率因數(shù)表直接測(cè)量，也可以用在同一時(shí)間有功功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)計(jì)算，按下式計(jì)算 UIP3cos??式中，P 為功率表測(cè)出的三相功率讀數(shù)（ ） ；U 為電壓表測(cè)出的線電壓的讀kW書（ ） ；I 為電流表測(cè)出的線電流的讀數(shù)（ ） 。當(dāng)管腳輸出為低電平時(shí)，將會(huì)封鎖住 MOC3021，則繼電器釋放，發(fā)光二級(jí)管熄滅，電容器組退出電路。此處選用的是 BB 公司的高精度運(yùn)放 OPA2277。r 2CpF波。圖中電阻 和 要求溫度系數(shù)優(yōu)于R39。建議 取 , 取 ， 取值1C39。(1) 精密電壓互感器　SPT204ASPT204 是一款毫安級(jí)精密電流互感器，輸入額定電流為 2 ，額定輸出電mA流為 2 。4 RSRS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。常用的 WDT芯片如 MAX813 ,5045, IMP 813 等,價(jià)格 4~10 元不等。AT89C52 ADC0809 CLK (2) 查詢法 EOC 必須接到 AT89C52 的一條 I/O 線上。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。此地址經(jīng)譯碼選通8 路模擬輸入之一到比較器。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。下面說明各引腳功能。 (2) 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕＿@個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 、 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。(8) EA/VPP：外部訪問允許。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。VCC（40 腳）和 VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。(8) 2 個(gè)外部中斷源，共 8 個(gè)中斷源。3．1．2 測(cè)量精度(1) 電壓、電流： 級(jí)(2) 有功功率、無功功率、功率因數(shù)： 級(jí)3．1．3 控制器原理由以上功能，可得到控制器的機(jī)構(gòu)圖如圖 圖 控制器結(jié)構(gòu)原理圖3．2 硬件介紹3．2．1 微處理器AT89C52[7]是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。3．1 無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求3．1．1 補(bǔ)償控制應(yīng)符合技術(shù)條件本次裝置設(shè)計(jì)的基本技術(shù)條件 [6]：(1) 控制方式：可控硅與接觸器聯(lián)合控制，即在投切時(shí)采用可控硅，正常運(yùn)行時(shí)采用接觸器的方式。且主要適用于大容量大負(fù)荷的配變。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)貎?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入；用電設(shè)備停止運(yùn)補(bǔ)償()裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。)(tIcX這是完全的補(bǔ)償，線路上的電流 是為產(chǎn)生負(fù)載實(shí)際功率(平均功率)而攜帶tIr能量最小的電流，因而在線路上造成的損失是最小的。圖 并聯(lián)電容器的補(bǔ)償電流向量圖圖中的用電負(fù)荷總電流 可以分解為有功電流分量 ，和無功電流分量 I PIQI(電感性的) 。39。電網(wǎng)中的線損公式如下： )()(3221 jXRQpjXRISC??????式中： 11jQPS??， 22jP其中有功線損 的計(jì)算公式為：，RUQC221?????這其中由于無功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)而引起的有功線損 的計(jì)算公式為：QP?PCQ2?由上述分析可見，要減少電力網(wǎng)中的電壓損耗和電網(wǎng)的線損率，提高用戶端的電壓質(zhì)量的重要措施之一，是減少電力網(wǎng)元件中的無功傳輸，可以從提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)和進(jìn)行無功補(bǔ)償兩方面來解決這個(gè)問題。 (5) 第 5 章 結(jié)論與展望第 2 章 無功補(bǔ)償?shù)睦碚摲治鲭娏W(wǎng)中的變壓器和電動(dòng)機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工做的。1．3 設(shè)計(jì)提要該課題的研究主要有兩方面內(nèi)容：第一是無功補(bǔ)償?shù)幕驹砗驮陔娋W(wǎng)中最佳無功補(bǔ)償方式的討論。 可以從 到 范圍內(nèi)變??90?18化。主回路如圖 11 所示，是由多臺(tái)電力電容器并聯(lián)以及由可控硅構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)代并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置中的輸出回路就引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑的改變輸出無功電流的大小和方向，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處。無功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的 [2]。我國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入了大電網(wǎng)、大機(jī)組時(shí)代，大量的無功在網(wǎng)間傳送，造成了巨大的網(wǎng)絡(luò)損耗。本文主要研究了無功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)性能的改善，以及控制器的軟硬件的配置。關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償,單片機(jī),低電壓ABSTRACT What this article studies is based on the alteration of reactive power pensation of low voltage, then design an equipment for reactive power pensation of low voltage. As a kind of reactive power pensation, this equipment is basis on the electrical work monitor data ，and provides reactive power for city’s low voltage power grids. This thesis has discussed the importance of the reactive power pensation for the power grids ，and introduced the hardware and software of the controller. This device’s hardware core is AT89C52 SCM ，which has many merits such as high operating speed. This monolithic integrated circuit is the low voltage which American ATMEL Corporation produces, a high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits；The software uses the assembly language to carry on the translation；The manmachine operation contact surface uses the LCD demonstration, the demonstration effect is quite good。主要體現(xiàn)在諧波嚴(yán)重超標(biāo)，造成變壓器、電機(jī)、電容器組和線路的損耗加劇，甚至危及設(shè)備安全；產(chǎn)生的負(fù)序電流對(duì)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，降低工作效率，增加能耗；由于沖擊無功的作用，對(duì)電壓造成嚴(yán)重的波動(dòng)和閃變，降低生產(chǎn)效率，單位能耗增加，同時(shí)造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。據(jù)了解，我國(guó)每年的電力缺口在 15%左右，同時(shí)，每年有 20%以上的電力在輸送過程白損耗。在第一個(gè)工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動(dòng)，交流傳動(dòng)，電磁合閘，交流不間斷電源和無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。但它的優(yōu)點(diǎn)也明顯，即結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，電容器利用率高，使用中不存在諧波污染等。該裝置在電容和電感之間形成無功損耗，電容利用率低并且電抗器體積較大，成本高。文中針對(duì)這種補(bǔ)償器的控制器的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)作了較詳盡的分析。接在交流電網(wǎng)中的電容器，在一個(gè)周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的放電功率相等，這種充電功率叫做容性無功功率。無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砜捎蓤D 2．2 來解釋：P?39。例如一臺(tái) 1000 千伏安的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為 時(shí)，可供700 千瓦的有功負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到 時(shí)，可供 900 千瓦的有功功率。這時(shí)，負(fù)荷所需的無功功率全部由I39。因此，影響功率因數(shù)的主要因素有三種，一是異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備；二是供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響；三是電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。(2) 隨器補(bǔ)償，是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。2．3．3 從提高運(yùn)行電壓需要來確定補(bǔ)償容量配電線路末端電壓較低，通常是通過無功補(bǔ)償來提高供電電壓的，因此，有時(shí)要從提高線路電壓來確定補(bǔ)償容量。(4) 補(bǔ)償方式：采用三相共補(bǔ)。 (3) 32 個(gè)雙向 I/O 口。(11) 有 PDIP、PQFP、TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口 P0 寫 “1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。對(duì)端口 P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。如 EA 端為高電平（接 VCC 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到pF04?XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。 (5) 模擬輸入電壓范圍 0～+5 ，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 (4) ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路。 kHz(10) REF（+） 、REF（）：基準(zhǔn)電壓。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。例如 ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128 ，相當(dāng)于 6 的 MCS51 單片機(jī)共 64 個(gè)機(jī)s?MHz器周期。當(dāng) ADC0809 用于 AT89C52 單片機(jī)s?系統(tǒng)時(shí)，若 AT89C52 采用 12 的晶振，則 ADC0809 的時(shí)鐘信號(hào)可以由MzAT89C52 的 ALE 經(jīng)過一個(gè)四分頻電路獲取。(3) 中斷法 EOC 必須經(jīng)過非門接到 AT89C52 的中斷請(qǐng)求輸入線 INT0 或INT1 上，AT89C52 的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。該監(jiān)控電路的主要功能如下：(1) 系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓 ，RESET 端輸出 200 的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。8 DB0 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位（最低位）9 DB1 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位10 DB2 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位11 DB3 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位12 DB4 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4 位13 DB5 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位14 DB6 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位15 DB7 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7 位（最高位） （也是 busy flag）16 BLA 背光電源正極17 BLK 背光電源負(fù)極表 寄存器選擇控制表RS R/W 操作說明0 0 寫入指令寄存器（清除屏等）0 1 讀 busy flag（ DB7） ，以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0~DB6）值1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)busy flag（DB7）：在此位為被清除為 0 時(shí)，LCD 將無法再處理其他的指令要求。R 39。?k202CpF濾波。R電源供電模式，適用于單極性 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入。運(yùn)算放大器推薦使用 OP 系列，使用性能較好的運(yùn)算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。由于 OPA2277 具有內(nèi)部補(bǔ)償失調(diào)電流的電路，故在使用中不需要在輸入腳上接上補(bǔ)償失調(diào)電流的電阻，如上圖所示，這同樣減少了 PCB 布板和使用的復(fù)雜度。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號(hào)，達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。r var有計(jì)算負(fù)荷計(jì)算（）（）???2221cos ??????????caLrcrLcaLav PKQKPS?式中， 為有功負(fù)荷系數(shù)（一般為 ~）。當(dāng)檢測(cè)到的三相電壓大于標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)（通常取 400 ） ，即電網(wǎng)處于容性狀V態(tài)，無功補(bǔ)償過量，則立即切除第三組電容；繼續(xù)檢測(cè)電壓，若