【文章內(nèi)容簡介】 (26)22 2211()()()RZff fT???????將式(25)中計算得到的數(shù)據(jù)代入式(26)中即可算出 。cos?直流分量法的優(yōu)點是測得的 是試驗全電路的功率因數(shù)，缺點是只適用于非周cos?期分量電流值 較大時。 越小， 越大，故此方法只適用于 值較小的情況dIdI下。從式(26)中可以看出， 還與電源頻率 值有關(guān)。因此，采用此方法時還必f須測量實際電源的頻率。 沖擊系數(shù)法沖擊系數(shù)法與直流分量法相同，都是利用電路閉合初始過程中電流呈現(xiàn)不對稱這一特性。沖擊系數(shù)法同樣適用于 值較小的情況。cos?沖擊系數(shù)法的測量過程如下：首先，利用電路中的選相合閘開關(guān)，選取電源電壓過零瞬間閉合電路，拍攝相應(yīng)的預(yù)期電流波形,接著，從預(yù)期電流波形上量取第一半波峰值電流( )和電流周期分量1aI(即穩(wěn)態(tài)電流)峰值( )。mI最后，根據(jù) 和 的比值計算出沖擊系數(shù) ,即1a K8 (27)1amIK?接著根據(jù) 值查表 22，即可得到電路的功率因數(shù)值。K表 22 沖擊系數(shù)與功率因數(shù)功率因數(shù)沖擊系數(shù)功率因數(shù)沖擊系數(shù)功率因數(shù)沖擊系數(shù)功率因數(shù)沖擊系數(shù)0 該方法具有實現(xiàn)過程十分簡便的特點。只需在預(yù)期電流的波形圖上測量出兩個數(shù)據(jù)，且所測得的 是全電路功率因數(shù)。但是缺點是必須配備選相合閘開關(guān)，對選相cos?合閘開關(guān)的精度要求較高，以確保在電壓過零瞬間閉合電路。在本次設(shè)計中，將選用適合于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及具有較廣應(yīng)用范圍的相角差法進(jìn)行功率因數(shù)的測量計算。 本文采用的測量方法利用相角差法求功率因數(shù)，最主要的就是求出電源電壓與試驗電流的相角差。在單片機上可以對相角差進(jìn)行計算。在對波形信號的處理中，首先對電壓信號進(jìn)行分析，并記下過零點的位置，記為K。接著對電流信號進(jìn)行分析，從 K 值開始計數(shù)，尋找電流從正值轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值的采樣點，9記為 K1。則所經(jīng)過的采樣點數(shù)為(K1K)點。如圖 24 所示:圖 24 相位前推法則相位角差為： (28)式中 ——電壓信號頻率；f ——波形信號采樣頻率。0此時，算出來的相角差的數(shù)值是大于 的。為了得到較為規(guī)范的相角差，可考慮360?將 減去 的整數(shù)倍。根據(jù)得到的相角差，求其余弦值，即可得到電路的功率因數(shù)。?36?0(1)36fK?????103 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的主電路由電流過零檢測電路、電壓過零檢測電路、電源模塊電路以及驅(qū)動電路構(gòu)成，控制部分以單片機芯片 AT89C51 為核心，輔以抗負(fù)載干擾電路加上顯示電路來實現(xiàn)異步電動機的功率因數(shù)顯示、檢測、控制。系統(tǒng)由單片機負(fù)責(zé)收集電壓電流相位差值，計算電動機功率因數(shù)，同時輸出控制信號，經(jīng)過光電隔離電路后，驅(qū)動晶閘管產(chǎn)生期望的輸出電壓波形來控制電機運行。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖 31：圖 31 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖11 電源電路設(shè)計電源電路的分析：功率因數(shù)表工作電壓范圍很寬，所以對穩(wěn)壓電源有特殊要求。一般電網(wǎng)電壓在130～250V 或 250～500V 之間，考慮到一定的余量，其電壓適應(yīng)能力至少在 3 倍以上，此外還要有一定的安全區(qū)，電源部分可采用專門設(shè)計的可控硅式[3]或磁飽和式寬動態(tài)范圍穩(wěn)壓電源?？煽毓枋诫娫垂ぷ麟妷簞討B(tài)范圍寬，損耗小，性能好，技術(shù)要求較高；磁飽和式電源技術(shù)要求較低，但總損耗較大，工作電壓動態(tài)范圍也較窄。 5V 直流電源電路5V 直流電源采用 LM7805 集成穩(wěn)壓器的，這是一個輸出正 5V 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。采用集成穩(wěn)壓器 7805，Cb、Cc、CC9 分別為輸入端和輸出端濾波電容，R 為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805 應(yīng)配上散熱板。 DDDD8 都是作為整流使用。電源電路圖如圖 32：圖 32 電源電路 LM7805 資料和典型電路圖表 31 LM7805 資料12MC7805/LM7805 單位 Parameter 參數(shù) Symbol 符號 Conditions 條件 最小 典型 最大 TJ =+25 oC Output Voltage 輸出電壓 VO ≤ Io ≤ , PO ≤ 15W VI = 7V to 20V VVO =7V to 25V 100 Line Regulation 線性調(diào)整率(Note1) Regline TJ=+25 oC VI =8V to 12V 50 mV IO = 9 100 Load Regulation 負(fù)載調(diào)整率(Note1) Regload TJ=+25℃ IO =250mA to 750mA 4 50 mVQuiescent Current 靜態(tài)電流 IQ TJ =+25℃ mA IO =5mA to Quiescent Current 靜態(tài)電流變化 ΔIQ VI=7V to 25V mA Output Voltage 輸出電壓 Drift ΔVO/ΔT IO=5mA mV/℃ Output Noise Voltage 輸出噪聲電壓 VN f =10Hz to 100KHz, TA=+25℃ 42 μV/Vo Dropout Voltage 電壓差 VDrop IO =1A, TJ =+25℃ 2 V Output Resistance 輸出電阻 rO f =1KHz 15 mΩ Short Circuit Current 短路電流 ISC VI =35V, TA =+25℃ 230 mA 13內(nèi)部電路圖如圖 33：圖 33 內(nèi)部電路圖外形引腳排列圖管腳圖圖 34：Peak Current 峰值電流 IPK TJ =+25℃ A 14圖 34 外形引腳排列圖管腳圖15 12V 直流電源電路12V 直流電源采用 LM7812 集成穩(wěn)壓器的，這是一個輸出正 12V 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。采用集成穩(wěn)壓器 7805，Ca、CC7 分別為輸入端和輸出端濾波電容，R 為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805 應(yīng)配上散熱板。 電源輸入端采用整流橋整流。電源電路圖如圖 35：圖 35 電源電路LM7812 資料和典型電路圖三端穩(wěn)壓集成電路 lm7812。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78 系列和負(fù)電壓輸出的 lm79 系列。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝。用 lm78 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806 表示輸出電壓為正 6V，lm7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 16最大輸出電流 ，LM78XX 系列輸出電壓分別為5V。6V。8V。9V。10V。12V。15V。18V。24V。圖 36 LM7812 內(nèi)部電路圖在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器,小功率 穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 當(dāng)制作中需要一個能輸出 以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為 N 個 ，但應(yīng)用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 在 lm78 ** 、lm79 ** 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是 TO220 和 TO202 兩種封裝。 17 表 32 LM7812 電 參 數(shù) 　 　 參數(shù) 符號 測試條件 最小值 典型值 最大值 單位輸出電壓 Vo Tj=25℃ V1o,Poamp。lt。15W Vi= to 20v V線性調(diào)整率 △Vo Tj=25℃,Vi= to 25V 100 mVTj=25℃,Vi=8V to 12V 50 mV負(fù)載調(diào)整率 △Vo Tj=25℃,lo= to 9 100 mVTj=25℃,lo=250mA to 750mA 4 50 mV靜態(tài)電流 IQ Tj=25℃ 8 mA靜態(tài)電流變化率 △IQ lo=5mA to mAVi=8V to 25V mA輸出電壓溫漂△Vo/△T lo=5mA mV/ ℃輸出噪音電壓 VN f=10Hz to 100KHz,Ta=25℃ 42 μV紋波抑制比 RR f=120Hz,Vi=8V to 18V 62 73 dB輸入輸出電壓差 Vo lo=,Tj=25℃ 2 V輸出阻抗 Ro f=1KHz 15 mΩ短路電流 1SC Vi=35V,Ta=25℃ 230 mA峰值電流 1PK Tj=25℃ A18 變壓器的選擇(1)單相控制隔離變壓器 HS3524 220V/15V 簡介：表 33 變壓器參數(shù)外形結(jié)構(gòu)： 立式 電源相數(shù)： 單相鐵心形狀： EI 型 加工定制： 是冷卻形式： 液/油浸式 頻率特性： 低頻應(yīng)用范圍： 防水 防潮方式： 灌封式鐵心形式： 殼式 冷卻方式： 油浸自冷式型號： RCO 繞組形式： 自耦品牌： 瑞科變壓器外觀如圖 37：圖 37 變壓器外觀19(2)單相變壓器 RCO220V/9V 簡介：表 34 變壓器參數(shù)外形結(jié)構(gòu)： 立式 電源相數(shù)： 單相鐵心形狀： E 型 加工定制： 是冷卻形式： 干式 頻率特性： 低頻應(yīng)用范圍： 控制 防潮方式： 開放式鐵心形式： 殼式 冷卻方式： 油浸自冷式型號： BK SBK DG JBK5 QZB 繞組形式： 自耦品牌： 宏名變壓器外觀圖如圖 38：圖 38 變壓器外觀20光纖傳輸 功率輸出觸發(fā)脈沖控制信號控制系統(tǒng) 觸發(fā)電路 主電路圖 310 觸發(fā)電路在晶閘管裝置中的地位 驅(qū)動電路設(shè)計 晶閘管因受其自身工藝條件的限制，晶閘管的耐壓不可能無限制地提高，但晶閘管的應(yīng)用環(huán)境所要求的耐壓卻越來越高。為了滿足高耐壓就不得不采用晶閘管串聯(lián)技術(shù)，為保證高壓串聯(lián)晶閘管安全可靠地運行，高壓串聯(lián)晶閘管的驅(qū)動與保護必將成為所有晶閘管應(yīng)用廠家必須研究開發(fā)的重點課題。筆者根據(jù)晶閘管自身的性能特點，設(shè)計了一種完善的高壓晶閘管的驅(qū)動與保護電路，可靠地避免了晶閘管在應(yīng)用的過程中因觸發(fā)不可靠及諧波而損壞。 晶閘管的觸發(fā)系統(tǒng)晶閘管一般觸發(fā)電路圖如下圖 39：圖 39 觸發(fā)系統(tǒng)圖晶閘管觸發(fā)電路的作用是將控制信號 Uk 轉(zhuǎn)變成延遲角 α（或 β）信號，通過觸發(fā)電路向晶閘管提供門極電流，決定各個晶閘管的導(dǎo)通時刻。因此，觸發(fā)電路與主回路一樣是晶閘管裝置中的重要部分。兩者之間即相對獨立，相互依存。正確設(shè)計的觸發(fā)電路可以充分發(fā)揮晶閘管裝置的潛力，保證運行的安全可靠。觸發(fā)電路在晶閘管變流裝置中的地位如圖 310 所示，可把觸發(fā)電路和主回路看成一個功率放大器，以小功率的輸入信號直接控制大功率的輸出。21ibmio t1 t2 t3ib1 圖 311 強觸發(fā)脈沖波形 觸發(fā)脈沖的要求 晶閘管裝置種類很多，工作方式也不同，故對觸發(fā)電路的要求也不同。具體如下：觸發(fā)信號可以是交流，直流或脈沖形式。由于晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門極即失去控制作用，為減少門極損耗，一般觸發(fā)信號采用脈沖形式。觸發(fā)信號應(yīng)有一定的功率及寬度。觸發(fā)電路的任務(wù)是提供控制晶閘管的門極觸發(fā)信號。由于晶閘管門極參數(shù)的分散性以及其觸發(fā)電壓、電流隨溫度變化的特性，為使各合格元件在各種條件下均能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電流、電壓必須大于門極觸發(fā)電流 IGT和觸發(fā)電壓 UGT，既脈沖信號出發(fā)功率必須保證在各種工作條件下都能使晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖信號應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿要陡，保證觸發(fā)的晶閘管可靠導(dǎo)通。如果觸發(fā)脈沖過窄，在脈沖終止時主回路電流還未上升到晶閘管的擎住電流，則晶閘管會重新關(guān)斷。對于三相全橋是整流電路，要求觸發(fā)脈沖信號是間隔 600 的雙窄脈沖或大于 600 小于 1200 的寬脈沖或脈沖列。為使串聯(lián)晶閘管元件能同時導(dǎo)通，觸發(fā)電路應(yīng)能產(chǎn)生強觸發(fā)脈沖。在大電流晶閘管串聯(lián)電路中，要求串聯(lián)元件能同時導(dǎo)通，各元件的 di/dt 都應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。由于元件特性的分散性，先導(dǎo)通元件的 di/dt 就會超過允許值而損壞，故應(yīng)采取圖 13所示的強觸發(fā)脈沖。強觸發(fā)電流幅度為觸發(fā)電流值的 5 倍左右，前沿陡度應(yīng)不小于，最好大于 1A/uS(即 0~t1d 段)；強觸發(fā)寬度對應(yīng)時間 t2 應(yīng)大于