【正文】 一個周期內(nèi)采樣點數(shù) N 之間滿足關(guān)系式 sTNT ?? 。從對周期信號的復(fù)原與頻譜分析角度考慮， 當(dāng)采樣頻率和信號基頻不同步時，模擬信號用離散信號代替會出現(xiàn)泄露誤差。這是因為采 樣間隔由單片機(jī)定時器控制，受其時鐘周期 dT 有限的限制，由定時器給出的采樣間隔與理論計算所得采樣值比將存在著截斷誤差，該誤差積累 N 點后，必然引起周期誤差和方法誤差。其原理如 圖 所示： + Uv Ut N2 N1 U1 U2 15 CVA12 31雙二極U1VCCVA82KRA182KRA282KRA3430RVASAVCAVBCVC12 31雙二極U2VC82KRC182KRC282KRC3430RVCSAVAAVB VRVRGNDVCCGND510RVA510RCVF 圖 電阻分壓電路原理 電流調(diào)理電路 電流調(diào)理通常也由兩種方法：第一種采用電流 分流；第二種采用的是電流互感器。但是，沒能使主回路和二次回路隔開。 TL494 說明如下： TL494 是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。 ◆ 推或拉兩種輸出方式。 圖 TL494工作圖 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個手段：當(dāng)反饋電壓從 變化到 ，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時間中下降到零。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。 輸 入 濾波 電 路整 流 濾波 電 路D C D C變 換 器輸 出電 路誤 差 電 壓檢 測 電 路P W M控 制 器光 電耦 合 器開 關(guān) 變 壓 器O U TI N 圖 電源總電路圖 電源模塊的基本原理 基本原理如下： 21 P6KE200AD1Vin VoutGND781892VR1A4C1K3C2DB107U11N4007D244331122扼流 24mHT1HER104D41KV103C3100uFC7100uFC9HER104D5100uFC10100uFC12HER104D6470uFC13470uFC15電感 33uHL1100R410uFC6Vin VoutGND780592VR2A1K2C4E3IC1817b10uFC2NL14K681RK+5VHGND231TL431U2104C14104C11104C8104C16510R110KR3HER104D3HGND100uFC5V1100uFC4510R5V2GNDSGNDLGNDGNDR2V1V2+18VD7S4X3F5L2C1 U3104C5564 512378910T2 圖 電路總原理圖 交流電源經(jīng)過整流橋 DB107 和電容 C2 整流和濾波后，產(chǎn)生直流高壓 U1 給高頻變壓器一次繞組供電。 除標(biāo)準(zhǔn)的漏極、源極和控制極外，不同封裝的 TOP243YN 還另有 1 至 3 個引腳，這些引腳根據(jù)不同封裝形式，可以實現(xiàn)如下功能：線電壓檢測（過壓／欠壓，電壓前饋／降低 DCMAX)、外部精確設(shè)定流限、遠(yuǎn)程開／關(guān)控制、與外部較低頻率的信號同步及頻率選擇 (132 kHz/66 kHz)。也用作電源旁路和自動重啟動／補(bǔ)償電容 的連接點。 頻率 (F) 引腳： (僅限 Y、 R或 F封裝 ) 選擇開關(guān)頻率的輸入引腳：如果連接到源極引腳則開關(guān)頻率為 132 kHz，連接到控制引腳則開關(guān)頻率為 66 kHz。將如上引腳與源極引腳連接時， TOPSwitchGX 以類似 TOPSwitch 的三端模式工作，在此種模式下， TOPSwitchGX 仍能實現(xiàn)如下多項功能而無需其他外圍元件： （ 1） 完全集成的 10 ms 軟啟動，限制啟動時的峰值電流和電壓，顯著降低或消除大多數(shù)應(yīng)用中的輸出過沖。 （ 8） 絕對容差更小，降低溫度變化對開關(guān)頻率、電流限制及 PWM 增益的影響。而與控制引腳連接時，頻率減半 。 3個引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽極（ ANODE）和參考端（ REF）。 RS422 和 RS485 與 RS232 不一樣，數(shù)據(jù)信號采用的是差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線。 DE：驅(qū)動器輸出使能。 顯示電路的設(shè)計 選擇 MSP430F149 單片機(jī) 通過性能、價格、處理速度等多方面的比較選擇，我們最終決定采用高性能、 特 低功耗、 高集成度技術(shù)的 MSP430F149單片機(jī)。硬件乘法器更加強(qiáng)了器件性能并提供寬代碼和硬件兼容的系列。 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有內(nèi)部基準(zhǔn)、采樣保持和自動掃描功能 178。其中， P0、 P1和 P2 口具有中斷能力； TP0 具有三態(tài)輸出能力； S 和 COM 是為液 晶的驅(qū)動而專門設(shè)置的端口。 由于 MSP430F149的 A/D口輸入最高為 ，而經(jīng)過信號調(diào)理電路后最終得到的電壓、電流峰值接近于 ，故采用 就可滿足要求。到 +70℃溫度范圍。 非編碼鍵盤 包含 分立式 按鍵和 矩陣 式按鍵。 在編碼鍵盤中， 只要按下 某一個鍵，就能產(chǎn)生這個鍵的代碼（編碼）。該器件大動態(tài)的操作范圍使其適用于變化范圍很大的電源和具有優(yōu)異調(diào)整能力的應(yīng)用場合 【 13】 。常見的鍵盤接口電路可以直接用端口進(jìn)行模擬，用查詢或中斷方式控制?？稍陔娐钒迳洗芯幊蹋恍枰獠烤幊屉妷?，由保密熔絲完成的可編程代碼保護(hù) 178。低工作電流 —— 7μ A32kHz ， —— 250 μ A1MHz ， 178。數(shù) 28 字控制的振蕩器可使器件從低功耗方式迅速喚醒，在少于 6ms 的時間內(nèi)達(dá)到激活方式。 A：接 受（發(fā)送）同向端。 由于本設(shè)計大多數(shù)是用在工廠或者電廠，所以一般儀表的數(shù)目較多，在本設(shè)計中采用了 485 通信。 通信模塊 目前常用的 串行 接口標(biāo)準(zhǔn)有 RS23 RS42 RS485，其中 RS232 被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。器件的輸出阻抗典型值為 。外部流限 (X)引腳通常通過一個電阻與源極連接，從外部將流限降低到接近工作峰值的電流。 （ 5） 頻率調(diào)制功能可降低 EMI。 TOPSwitchGX 產(chǎn)品系列功能描述 與 TOPSwitch 類似， TOPSwitchGX也是一款集成式開關(guān)電源芯片，能將控制引腳輸入電流轉(zhuǎn)化為高壓功率 MOSFET 開關(guān)輸出的占空比。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。通過內(nèi)部的開關(guān)高壓電流源提供啟動偏置電流。 另一路 5V 電壓值是由 TL431 提供穩(wěn)定電壓， R2 和 R1 能設(shè)定輸出電壓值，并能為輸出提供一個假負(fù)載，用以提高輕載時的負(fù)載調(diào)整率。考慮到系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性， 采用市電進(jìn)行整流 、穩(wěn)壓后得到直流高壓，送入高頻變壓器一次側(cè)，則二次側(cè)輸出低壓，對其進(jìn)行整流、穩(wěn)壓、濾波后可得到直流輸出 【 8】 。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。當(dāng)控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小 。 ◆ 內(nèi)置誤差放大器。 其設(shè)計如圖 所示。如果二次繞組接有負(fù)載那么二次繞組中就有電流 11NI 流過，二次繞組的磁勢 22NI 也產(chǎn)生磁通，其絕大部分也通過鐵芯閉合，鐵芯中的磁通是一次、二次繞組磁通合成的，稱為主磁通 。 14 電壓、電流調(diào)理電路 電 壓 調(diào)理電路 電壓調(diào)理主要有兩種方法：第一種采用電壓互感器；第二種采用分壓的方法。特別是含有偶諧波時，一個周期內(nèi)可能有二次過零。同步采樣法需要保證采樣截斷區(qū)間正好等于被測連續(xù)信號周期的整周期倍。 圖 交流采樣的原理示意圖 交流采樣的原理誤差主要有兩項：一項是用時間上離散的數(shù)據(jù)近似代替 時間上連續(xù)的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，這主要是由每個正弦信號周期中的采樣點數(shù)決定的，實際上它取決于 DA 轉(zhuǎn)換的速度和 CPU 的處理時間；另一項是將連續(xù)的電壓和電流進(jìn)行量化而產(chǎn)生的量子化誤差，這主要取決于 DA 轉(zhuǎn)換的位數(shù)。 通過通信，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)向上位機(jī)的傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存，以及人員對數(shù)據(jù)分析。 ?????? c o sc o sc o sc o sc o s 22T0)]t(2[T1T0T1P QPSUIdtUIu i d t ??????? ?? (37) 式中： I， i – 正弦電流的有效值和瞬時值 U， u– 正弦電壓的有效值和瞬時值 ω – 正弦電壓的角頻率 φ – 電壓、電流的相位差 即功率因數(shù) ?cos 為 22cos QPP??? (38) 10 圖 電流滯后于電壓為 ? 的波形圖 電路總體框圖 通過比較，方案一的硬件電路過于復(fù)雜，在波形嚴(yán)重失真的電力系統(tǒng)或非正弦電路中，由于電壓、電流波形發(fā)生畸變，諧波電壓、電流間也產(chǎn)生無功功率，因此用測量相位差的方法 無法準(zhǔn)確地測量功率因數(shù) 。電壓和電流信號經(jīng)過互感器調(diào)理，直接送入電能測量芯片，然后由單片機(jī)和電能測量芯片通信獲得電能信號、包括有功功率、無功功率、電壓有效值、電流有效值、頻率等，單片機(jī)通過對這些數(shù)據(jù)的計算可以得到功率因數(shù)，同時單片機(jī)負(fù)責(zé)顯示各個電能參數(shù)和電能脈沖的輸出以及與外部的通信。通過電壓互感器和電流互感器得到低壓交流信號，然后通過整形電路將交流信號轉(zhuǎn)換為 TTL 方波脈沖。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù) 指標(biāo) ，也是衡量電氣設(shè)備效率的一個 重要參 數(shù)。功率表 PW1 和 PW2 的讀數(shù)應(yīng)分別為 )30c o s(1 AAAB IUP ???? （ 27） )30c o s (2 CCCB IUP ???? （ 28） 總功率 P 為 ?c o s321 UIPPP ??? （ 29） 這里要特別說明的是，當(dāng)用兩表法測量三相電路功率時，電路的總功率等于兩個功率表讀數(shù)的代數(shù)和?，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】 。 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 也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技 2 術(shù) 的先河 【 3】 。 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。 其中功率因數(shù)求取算法 采用 了 90176。 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 。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 。 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)滿足了校驗技術(shù)的要求。 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 以實現(xiàn)有功、無功電能的測量和 多相回路測量 。 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。 視在功率的計算原理 在本設(shè)計中，通過計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。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)運而生。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。2? 相應(yīng) 5ms，共采樣 20 次。 單片機(jī)同時控制顯示模塊，以友好的方式顯示操作人員要讀取的信息，實現(xiàn)人機(jī)交換 。 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。 N 選取越大，越接近理想波形，但實時性差，計算量大。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，這是造成誤差的主要來源?？梢圆捎貌蓸舆^程中修改定時器的計數(shù)值，動態(tài)確定采樣周期，來減少周期誤差，提高準(zhǔn)確度。 電流分流器的原理如下圖 所示： 圖 電流分流器原理圖 如圖 所示的電流分流器的原理，分流電阻 Rs，當(dāng)大電流 I 流過時，會產(chǎn)生相應(yīng)的成正比的微弱的電壓 u。而電