【導(dǎo)讀】分析了此裝置所用的投切裝置TSC主電路四種接線方式及這四種方。發(fā)電路等關(guān)鍵問題，并提出了解決的方案。在軟件方面，系統(tǒng)采用AT89C51單片機，顯示，顯示效果較好；A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809，是一款比較實用的A/D轉(zhuǎn)換裝置。有體積小、原理簡單、智能投切等優(yōu)點。

　　

【正文】 C51的中斷請求輸入線 INT0或 INT1上 ，AT89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機啟動 A/D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作 ， 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時 ， EOC由 0—1經(jīng)過非門傳到 INT端 ， AT89C51收到中斷請求信號 ， 若AT89C51開著中斷 ， 則進入中斷服務(wù)程序 ， 在中斷服務(wù)程序中單片機讀取 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 顯示 本次設(shè)計采用 1602 型 LCD[9]顯示 ， 現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。 1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小 ， 功耗低 ， 顯示內(nèi)容豐富等特點。 1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個字符 ， 有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0~D7 和 RS， R/W， EN三個控制端口 ， 工作電壓為 5V， 并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。 1．外型尺寸： 80X36X13（ LXWXH） 2．接口信號說明 1602 型 LCD 的接口信號說明如表 所示： 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第 21 頁 表 1602 型 LCD 接口信號說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 3．主要技術(shù)參數(shù) 表 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16X2 個字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （ ） 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 (WXH)mm 4．與 8051 接口電路 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 22 頁 M162 液晶顯示模塊可以和單片機 AT89C51 直接接口 ， 電路如圖 所示。 圖 AT89C51 與 DM162 接口電路 模擬信號調(diào)理電路 互感器信號轉(zhuǎn)換及電流 —電壓轉(zhuǎn)換電路 在此用到的是北京 星格公是司研制的精密電壓互感器 [11]SPT204A 和電流互感器SCT254AK。其特性分別如下： SPT204 實際上一款毫安級精密電流互感器 ， 輸入額定電流為 2mA， 額定輸出電流為 2mA。使用時需要將電壓信號變換成電流信號 ， 推薦使用電路如圖 所示。圖中 ， R1 是限流電阻 ， 不論額定輸入電壓多大 ， 調(diào)整 R1的值 ， 使額定輸入電流接近為 2mA， 就滿足使用條件。副邊電路是電流 /電壓變換電路 ， 當(dāng)需要電壓輸出時采用。調(diào)整圖中反饋電阻 R 和 r 的值可得到所需要的電壓輸出。電容 C2 是 400 至 1000pF 的小電容 ， 用來濾波。 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 第 23 頁 電 流互 感器rR 1R運放C 2輸 出 V 圖 I—U轉(zhuǎn)換 運算放大器 [10]視精度要求使用 ， 使用性能較好的運算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。此處選用的是 BB公司的高精度運放 OPA2277。它具有以下特點 ： 超低失調(diào)電壓 ： P?10 超低溫漂 ： V?? 超低失調(diào)電流 ： nA1? 高開環(huán)增益 ： 134dB 寬供電范圍 ： VV 18~2 ?? OPA2277具有連續(xù)的供電范圍 VV 18~2 ?? ， 這使它不像大多數(shù)的 OP系列運放局限于固定的工作電壓。而且軌至軌的特性使其輸出電壓的范圍能跟隨電源工作范圍 ，這就能在保證輸出電壓的大小的前提下 ， 盡可能的減少工作電壓 ， 達(dá)到節(jié)能的目的。由于 OPA2277具有內(nèi)部補償失調(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 [12]。 互感器的次級連接是電流轉(zhuǎn)電壓電路 ， 該電路是將互感器的電流輸出信號變換成電壓信號 ， 以符合 CPU采樣信號是電壓信號的特性。以電流互感器 SCT254AK為例 ，若互感器的副邊電流為 i ， 要求的輸出電壓為 u ， 則 iu? 特性為 ： iRu ??? R—輸入和輸出腳間的跨接電阻。 選擇合適的電阻 R， 通常采用電阻串接電位器的結(jié)構(gòu) ， 可以使輸出電壓在VV 5~5 ?? 之間變化。 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第 24 頁 SCT254A K是一款精密電流互感器 ， 輸入額定電流為 5A， 額定輸出電流為 。當(dāng)需要將電流輸出信號變換成電壓信號時 ， 推薦使用電路和電壓互感器使用電路類似。調(diào)整圖中反饋電阻 R和 r的值可得到 所 需要的電壓輸出。電容 C2是 400至 1000pF的小電容 ， 用來去 A和濾波。該電流互感器是接在主回路上的電流互感器之后。主回路的電流互感器的變比視實際使用中變壓器輸出的電流而定。當(dāng)電流較大時 ， 可選用較大變比的電流互感器 ， 一般有 100： 1或 1000： 5等系列可供選用。 電壓、 電流采樣及信號處理電路 用電流互感采樣得到交變的電流信號 ， 在通過以下電路把電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榘氩妷盒盘柸鐖D ： rRs++5 0 A : 5 m AR 1R 1C 1 0 . 1 u P電 流 互感 器1~U 2~U 圖 電流采樣調(diào)理電路 電容 1C 主要起抗干擾和濾波的作用 ， 前個運放可實現(xiàn) ui? 轉(zhuǎn)換 ， 根據(jù)： iRu ??? R—輸入和輸出腳間的跨接電 阻 ， 調(diào)節(jié)滑動變阻器 ， 使 1~U 在 VV 5~5 ?? 變化。第二個運放對電壓進行取反 ， 得到輸出電壓 12 ~~ UU ?? ， 從而使采樣得到的電壓于實際電流同向。調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片同樣可以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓大小的效果如圖 .。 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第 25 頁 0 . 1 u PR pR 23 8 0 V : 3 . 8 V3~U 4~U電 壓 互感 器 圖 電壓采樣和調(diào)理電路 輸出控制 電路 控制電路 [10]采用光電隔離電路、驅(qū)動電路 ， 控制繼電器 ， 再控制電容器組投切的形式。如圖 。 r12VA_1A_2A3/MOC3021(3)DLE3Q1*續(xù)電器 IN400712V 圖 光電隔離及驅(qū)動電路 這部分電路的設(shè)計采用單片機的 I/O口灌電流的方法控制可控硅實現(xiàn)開關(guān)與繼電器控制 ， 用光電耦合器 MOC3021作為可控硅的驅(qū)動器 ， 同時實現(xiàn)強、弱電的隔離 [13]。光電偶合器通過一個非門與 89C51的一個輸出口連接 ， 當(dāng)此腳輸出高電平時 ， 使 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第 26 頁 MOC3021打開驅(qū)動雙向可控硅 ， 使晶體管導(dǎo)通和繼電器 吸合 ， 驅(qū)動電容器組投入運行 ， 發(fā)光二級管發(fā)光指示。當(dāng)管腳輸出為低電平時 ， 將會封鎖住 MOC3021， 則繼電器釋放 ， 發(fā)光二級管熄滅 ， 電容器組退出電路。 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 第 27 頁 第四章 軟件設(shè)計 在軟件設(shè)計上我們采用匯編語言 ， 用匯編語言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件 ， 其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少 ， 運行速度快 ， 有著高級語言不可替代的用途。 投切原則 本次設(shè)計的裝置主要的投切標(biāo)準(zhǔn)是功率因數(shù)和測量電壓 ， 本裝置采用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)為 ?? 。 隨器補償應(yīng)以配變?nèi)萘康?6%～ 8%選擇電容器容量效果較好 ， 因為這大約相當(dāng)于配電變壓器空載時的無功功率 ， 又電容器補償容量可近似為 221CUQ? ， 則本次設(shè)計一共設(shè)了 3組容量為 25FP電容器組 ， 方便控制和調(diào)節(jié)補償容量 ， 采用三相共同補償。 當(dāng)檢測到到的功率因數(shù)小于 ；再進行第二次檢測 ， 計算得到功率因數(shù)再于默認(rèn)值進行比較 ， 若實際功率因數(shù)仍然小于 ， 繼續(xù)投入第二組電容器組 ， 以次類推 ， 直到實際功率因數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn) [13]。 當(dāng)檢測到的三相電壓大于標(biāo)準(zhǔn)電壓時（通常取 400V） ， 即電網(wǎng)處于容性狀態(tài) ， 無功補償過量 ， 則立 即切除第三組電容；繼續(xù)檢測電壓 ， 若電壓仍然高于標(biāo)準(zhǔn)的話 ， 則切除第二組電容器組 ， 以次類推 ， 直到實際電壓小于標(biāo)準(zhǔn)。 主要的程序流程如下圖 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 第 28 頁 開 始電 壓 檢 測初 始 化過 壓 ？電 流 檢 測無 功 計 算補 償 ？投 電 容 器 切 電 容 器YYNN 圖 單片機程序流程圖 功率因數(shù)計算 在進行控制之前 ， 首先要測量電路的各相參數(shù) ， 比如電壓、電流、無功功率、有功功率、功率因數(shù)等。在此采用的是有效值算法 ， 該算法比平均值算法更具真實性 ，其原理如下所述。 根據(jù)定義 ， 電壓 )(tu 的有效值 U是 )(tu 加在電阻 R上單位時間內(nèi)所做的功 ， 其 U數(shù)學(xué)表達(dá)式 [2]是： dttutuRRUtO)()(12 ?? ? 即： ? ?? t dttutuU0)()( 將上式在時間上進行離散 ， 就得到 U的離散表達(dá)式。 式中： )(tu ——電壓采樣周期中的第 i 個采樣點的值 對電流有效值 I 有相似的離散表達(dá)式： 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第 29 頁 ??? ??10 )]()([1 Nk kikiNI 式中 ： )(ki ——電流采樣周期中的第 ??? ??10 )]()([1 Ni iuiuNUi 個采樣點的值 由上兩式可得視在功率 IUS ?? 有功功率 P的定義為：單位時間內(nèi) ， 電壓 )(tu 和電流 )(ti 所作的不可逆的功 ， 其數(shù)學(xué)表達(dá)式是： dttituP t? ??0)()( 對其作離散處理 ， 即每隔一定的時間間隔測得一個電 壓值和一個電流值 ， 將其相乘 ， 最后把一個采樣周期內(nèi)的所有乘積值相加并求平均值 ， 其數(shù)學(xué)表達(dá)式是 ： ??? ??10 )]()([1 Nk kikuNP 式中： )(ku ——采樣周期內(nèi)的第 k 個電壓采樣值 )(ki ——采樣周期內(nèi)的第 k 個電壓采樣值 電網(wǎng)的功率因數(shù)受電壓和電流相位差 ， 波形畸變以及三相不對稱等因素的影響。三相不對稱路的功率因數(shù)和含諧波的 非正弦電路的無功功率情況較為復(fù)雜且沒有科學(xué)而統(tǒng)一的定義 ， 故在此只考慮三相對稱電路的功率因數(shù)和無功計算 ， 測量時僅對兩相間線電壓和另一相電流進行采樣 ， 采樣的電壓為 ACU ， 采樣電流為 BI ， 每個周期的采樣點數(shù)為 N ， 則計算公式如下： AC相間的線電壓為： ????1121 Nk ac kAC uNU B相的線電流： ????1121 Nk bkB iNI 三相有功功率： ????113 Nk bkac k iuNP 視在功率： BACIUS 3? 無功功率： 22 PSQ ?? 功率因數(shù)： SP??cos 遼寧科技大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 第 30 頁 第五章 結(jié)論 無功補償技術(shù)在邊沿科學(xué)如電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展的推動下 ， 在電力系統(tǒng)領(lǐng)域取得了很大的發(fā)展 ， 形成了多種補償方式。本文在對無功補償技術(shù)進行分析的基礎(chǔ)上 ， 針對傳統(tǒng)無功補償裝置的缺點提出了一種新型的智能無功補償控制器 ， 該裝置 適合對大用戶進行無功補償 ， 也就是隨器補償 ， 其優(yōu)點如下 ： 裝置結(jié)構(gòu)簡單 ， 通過硬件軟件配合 ， 穩(wěn)定性高 ， 用單片機控制 ， 可實現(xiàn)真正的智能控制 ， 具有很高的性價比。 采用 LCD顯示 ， 可實時顯示電壓、電流和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。